深槽式和双鼠笼式异步电动机的特点及应用

三相鼠笼式异步电动机虽然结构简单、运行可靠，但启动性能差。它直接启动时启动电流很大，启动转矩却不大，而降压启动虽然减少了启动电流，但启动转矩也随之减少。由于鼠笼式异步电动机的转子结构具有不能再串入电阻的特点，于是人们通过改变转子槽的结构，利用集肤效应，制成深槽式和双鼠笼式异步电动机，达到改善鼠笼式异步电动机的启动性能目的。

1.深槽式异步电动机

（1）结构特点。深槽式异步电动机的转子槽又深又窄，通常槽深与槽宽之比为10～12。其他结构和普通鼠笼式异步电动机基本相同。

图4.25　深槽式转子导条中电流的分布

（a）槽漏磁分布；（b）导条内电流密度分布；（c）导条的有效截面积

（2）工作原理。当转子导条中流过电流时，漏磁通的分布如图4.25（a）所示。从图中可以看到转子导条从上到下交链的漏磁通逐渐增多，导条的漏电抗也是从上到下逐渐增大，因此越靠近槽底越具有较大的漏电抗，而越接近槽口部分的漏电抗越小。

启动时，转差率比较大，转子侧频率比较高，转子导条的漏电抗也比较大。转子电流的分布主要取决于漏电抗，由于导条的漏电抗也是从上到下逐渐增大，因此沿槽高的电流密度分布自上而下逐渐减少，如图4.25（b）所示。大部分电流集中在导条的上部分，这种现象称为电流的集肤效应。集肤效应的效果相对于减少了导条的高度和截面，增加了转子电阻，从而减少启动电流，增加了启动转矩。由于电流好像被挤到槽口，因而也称挤流效应。

启动完毕后，电动机正常运行时，由于转子电流的频率很低，转子漏电抗也随之减少，此时转子导条的漏电抗比转子电阻小得多，因而这个时候电流的分布主要取决于转子电阻的分布。由于转子导条的电阻均匀分布，导体中电流将均匀分布，集肤效应消失，所以转子电阻减少为自身的直流电阻。由此可见，正常运行时，深槽式异步电动机的转子电阻能自动变小，可以满足减少转子铜耗，提高电动机效率的要求。

深槽式异步电动机是根据集肤效应原理，减小转子导体有效截面，增加转子回路有效电阻以达到改善启动性能的目的。但深槽会使槽漏磁通增多，故深槽式异步电动机漏电抗比普通鼠笼式异步电动机大，功率因数、最大转矩及过载能力稍低。

2.双鼠笼式异步电动机

图4.26　双鼠笼式电动机转子槽形及其机械特性曲线

（a）铜条转子；（b）铸铝转子1—槽口导体；2—槽底导体

（1）结构特点。双鼠笼式异步电动机转子上具有两套鼠笼型绕组，即上笼和下笼，如图4.26（a）所示。上笼的导条截面积较小，并用黄铜或青铜等电阻系数较大的材料制成，其电阻较大。下笼导条的截面积大，并用电阻系数较小的紫铜制成，其电阻较小。双笼式电机也常采用铸铝转子，如图4.26（b）所示。由于下笼处于铁芯内部，交链的漏磁通多，上笼靠近转子表面，交链的漏磁通较少，故下笼的漏电抗较上笼的漏电抗大得多。

（2）工作原理。双鼠笼式异步电动机启动时，转子频率较高，转子漏电抗大于电阻，上、下笼电流的分布主要取决于漏电抗，由于下笼的漏电抗比上笼的大得多，故电流主要从上笼流过，因而启动时上笼起主要作用。由于上笼电阻大，可以产生较大的启动转矩，同时限制启动电流，通常把上笼又称为启动笼。

双鼠笼式异步电动机启动后，随着转速的升高，转差率s逐渐减小，转子频率f2=sf1也逐渐减小，转子漏电抗也随之减少，此时漏电抗远小于电阻。转子电流分布主要取决于电阻，于是电流从电阻较小的下笼流过，产生正常运行时的电磁转矩，下笼在运行时起主要作用，故下笼又称为工作笼（运行笼）。

因此双鼠笼式异步电动机也是利用集肤效应原理来改善启动性能的。

综上所述，深槽式和双鼠笼式异步电动机都是利用集肤效应原理来增大启动时的转子电阻来改善启动性能的，因此大容量、高转速电动机一般都做成深槽式的或双鼠笼式的。

双鼠笼式异步电动机的启动性能比深槽式异步电动机的好，但深槽式异步电动机的结构简单，制造成本较低，故深槽式异步电动机的使用更广泛。但它们共同的缺点是转子漏电抗比普通鼠笼式异步电动机的大，因此功率因数和过载能力都比普通鼠笼式异步电动机的低。

小　结

异步电动机的启动性能要求启动电流小，启动转矩足够大，但异步电动机直接启动时启动电流大，而启动转矩却不大。(www.xing528.com)

小容量的异步电动机可以采用直接启动方式，容量较大的鼠笼式异步电动机可以采用降压启动方式。

降压启动时启动电流减小，但启动转矩也同时减小了，故只适用于空载和轻载场合。

定子回路串电抗或电阻器启动时启动电流随电压变化呈线性关系减小，而启动转矩随电压变化成平方关系减小。Y-△换接降压启动只适用于正常工作时定子绕组做三角形连接的异步电动机，其启动电流和启动转矩均降为直接启动时的1/3。串自耦变压器降压启动时，其启动电流和启动转矩均降为直接启动时的1/（ka为自耦变压器的变比）。

绕线式异步电动机可利用转子回路串电阻启动或转子回路串频敏变阻器启动，可减小启动电流，增加启动转矩大，改善电动机的启动性能，它适用于中、大型异步电动机的重载启动。

深槽式和双鼠笼式异步电动机都是利用“集肤效应”原理来改善启动性能的。

习　题

（1）三相鼠笼式异步电动机在额定电压下启动，为什么启动电流大而启动转矩却不大？

（2）三相鼠笼式异步电动机在什么条件下可直接启动？若不能直接启动，应采用什么方法启动？

（3）降压启动的目的是什么？为什么不能带较大的负载启动？

（4）绕线式异步电动机转子回路串电阻启动时可减少启动电流，同时增大启动转矩，那么转子回路串电感或电容启动，是否也有同样效果？或者启动电阻不加在转子内，而串联在定子回路中，是否也可以达到同样的效果？

（5）有一台异步电动机的额定电压为380V/220V，Y/△连接，当电源电压为380V时，能否采用Y-△换接降压启动？为什么？

（6）试说明深槽式和双鼠笼式异步电动机改善启动性能的原因，并比较其优缺点。

（7）一台三相鼠笼式异步电动机，PN=30kW，UN=380V，cosφN=0.87，ηN=0.92，Tst/TN=2，Ist/IN=6，用电抗器启动，试求：①当限制启动电流为4.5IN时，启动电压应降至多少？③此时可否满载启动。

（8）有一台异步电动机，其额定数据为：PN=10kW，nN=1450r/min，UN=380V，△连接，cosφ=0.87，Ist/IN=7，Tst/TN=1.4试求：①额定电流及额定转矩；③采用Y-△启动时的启动电流和启动转矩；③当负载转矩为额定转矩的50%和30%时，能否采用Y-△换接降压启动？

（9）有一台△形连接的异步电动机UN=380V，IN=20A，cosφN=0.87，Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，试问：当负载转矩TL=0.5TN时，如果采用自耦变压器降压启动，试确定自耦变压器的抽头（设自耦变压器有三个抽头：73%、64%、55%）及自耦变压器降压启动时，电网供给的启动电流是多少？

综合实训

1.实训目标

掌握三相异步电动机启动的方法及原理。

2.实训要求

（1）熟悉三相异步电动机的各种启动原理接线图，并能正确接线。

（2）了解三相异步电动机各种启动方法的特点及适用场合。