第3章　农村常用电动机

3.1　三相异步电动机

相交流异步电动机，又称为三相交流感应电动机。由于三相异步电动机具有结构简单、制造容易、工作可靠、维护方便、价格低廉等优点，现已成为工农业生产中应用最广泛的一种电动机。例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床、风机、水泵、压缩机、搅拌机、起重机等生产机械；在农业方面，它被广泛用于拖动排灌机械及脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等各种农副产品加工机械。

3.1.1　三相异步电动机的结构与工作原理

（1）三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机主要由两大部分组成，一个是静止部分，称为定子；另一个是旋转部分，称为转子。转子装在定子腔内，为了保证转子能在定子腔内自由转动，定、转子之间必须有一定的间隙，称为气隙。此外，在定子两端还装有端盖等。笼型三相异步电动机的结构如图3-1所示。

图3-1　笼型三相异步电动机的结构

（2）三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机工作原理的示意图如图3-2所示。在一个可旋转的马蹄形磁铁中，放置一个可以自由转动的笼型绕组，如图3-2（a）所示。当转动马蹄形磁铁时，笼型绕组就会跟着它向相同的方向旋转。这是因为磁铁转动时，它的磁场与笼型绕组中的导体（即导条）之间产生相对运动，若磁场顺时针方向旋转，相当于转子导体逆时针方向切割磁力线，根据右手定则可以确定转子导体中感应电动势的方向，如图3-2（b）所示。由于导体两端被金属端环短路，因此在感应电动势的作用下，导体中就有感应电流流过，如果不考虑导体中电流与电动势的相位差，则导体中感应电流的方向与感应电动势的方向相同。这些通有感应电流的导体在磁场中会受到电磁力f的作用，导体受力方向可根据左手定则确定。因此，在图3-2（b）中，N极范围内的导体受力方向向右，而S极范围内的导体的受力方向向左，这是一对大小相等、方向相反的力，因此就形成了电磁转矩T_e，使笼型绕组（转子）朝着磁场旋转的方向转动起来。这就是异步电动机的简单工作原理。

图3-2　三相异步电动机工作原理示意图

实际的三相异步电动机是利用定子三相对称绕组通入三相对称电流而产生旋转磁场的，这个旋转磁场的转速n_S又称为同步转速。三相异步电动机转子的转速n不可能达到定子旋转磁场的转速，即电动机的转速n不可能达到同步转速n_S。因为，如果达到同步转速，则转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动，因而在转子导体中就不能产生感应电动势和感应电流，也就不能产生推动转子旋转的电磁力f和电磁转矩T_e，所以，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。由于转子电流由感应产生的，故这种电动机又称为感应电动机。

旋转磁场的转速为

可见，旋转磁场的转速n_S与电源频率f₁和定子绕组的极对数p有关。

例如：一台三相异步电动机的电源频率f₁=50Hz，若该电动机是四极电机，即电动机的极对数p=2，则该电动机的同步转速，而该电动机的转速n应略低于1500r/min。

3.1.2　三相异步电动机的铭牌

在电动机铭牌上标明了由制造厂规定的表征电动机正常运行状态的各种数值，如功率、电压、电流、频率、转速等，称为额定参数。异步电动机按额定参数和规定的工作制运行，称为额定运行。它们是正确使用、检查和维修电动机的主要依据。图3-3为一台三相异步电动机的铭牌实例，其中各项内容的含义如下：

图3-3　三相异步电动机的铭牌

①型号。型号是表示电动机的类型、结构、规格及性能等的代号。

②额定功率。异步电动机的额定功率，又称额定容量，指电动机在铭牌规定的额定运行状态下工作时，从转轴上输出的机械功率。单位为W或kW。

③额定电压。指电动机在额定运行状态下，定子绕组应接的线电压。单位为V或kV。如果铭牌上标有两个电压值，表示定子绕组在两种不同接法时的线电压。例如，电压220/380，接法△/Y，表示若电源线电压为220V时，三相定子绕组应接成三角形，若电源线电压为380V时，定子绕组应接成星形。

④额定电流。指电动机在额定运行状态下工作时，定子绕组的线电流，单位为A。如果铭牌上标有两个电流值，表示定子绕组在两种不同接法时的线电流。

⑤额定频率。指电动机所使用的交流电源频率，单位为Hz。我国规定电力系统的工作频率为50Hz。

⑥额定转速。指电动机在额定运行状态下工作时，转子每分钟的转数，单位为r/min。一般异步电动机的额定转速比旋转磁场转速（同步转速n_S）低2％～5％，故从额定转速也可知道电动机的极数和同步转速。电动机在运行中的转速与负载有关。空载时，转速略高于额定转速；过载时，转速略低于额定转速。

⑦接法。接法是指电动机在额定电压下，三相定子绕组6个首末端头的连接方法，常用的有星形（Y）和三角形（△）两种。

⑧工作制（或定额）。指电动机在额定值条件下运行时，允许连续运行的时间，即电动机的工作方式。

⑨绝缘等级（或温升）。指电动机绕组所采用的绝缘材料的耐热等级，它表明电动机所允许的最高工作温度。

⑩防护等级。电机外壳防护等级的标志由字母IP和两个数字表示。IP后面的第一个数字代表第一种防护形式（防尘）的等级；第二个数字代表第二种防护形式（防水）的等级。数字越大，防护能力越强。

3.1.3　三相异步电动机的接法

三相异步电动机的接法是指电动机在额定电压下，三相定子绕组6个首末端头的连接方法，常用的有星形（Y）和三角形（△）两种。

三相定子绕组每相都有两个引出线头，一个称为首端，另一个称为末端。按国家标准规定，第一相绕组的首端用U1表示，末端用U2表示；第二相绕组的首端和末端分别用V1和V2表示；第三相绕组的首端和末端分别用Wl和W2表示。这6个引出线头引入接线盒的接线柱上，接线柱标出对应的符号，如图3-4所示。

图3-4　接线盒的接线方法

三相定子绕组的6根端头可将三相定子绕组接成星形（Y）或三角形（△）。星形连接是将三相绕组的末端连接在一起，即将U2、V2、W2接线柱用铜片连接在一起，而将三相绕组的首端U1、V1、W1分别接三相电源，如图3-4（b）所示。三角形连接是将第一相绕组的首端U1与第三相绕组的末端W2连接在一起，再接入第一相电源；将第二相绕组的首端V1与第一相绕组的末端U2连接在一起，再接入第二相电源；将第三相绕组的首端W1与第二相绕组的末端V2连接在一起，再接入第三相电源。即在接线板上将接线柱U1和W2、V1和U2、W1和V2分别用铜片连接起来，再分别接入三相电源，如图3-4（c）所示。一台电动机是接成星形或是接成三角形，应视生产厂家的规定而进行，可从铭牌上查得。

三相定子绕组的首末端是生产厂家事先预定好的，绝不能任意颠倒，但可以将三相绕组的首末端一起颠倒，例如将U2、V2、W2作为首端，而将U1、V1、W1作为末端。但绝对不能单独将一相绕组的首末端颠倒，如将U1、V2、W1作为首端，将会产生接线错误。