深槽式和双鼠笼式异步电动机优化

三相鼠笼式异步电动机的最大优点是结构简单、运行可靠，但起动性能差。它直接起动时起动电流很大，起动转矩却不大，而降压起动虽然可以减少起动电流，但起动转矩也随之减少。对于绕线式异步电动机，在一定范围内增加转子电阻可以增加起动转矩，减少起动电流，因此转子回路串一定电阻可以改善起动性能。但是，电动机正常运行时又希望转子电阻比较小，这样可以减少转子铜耗，提高电动机的效率。怎样才能使鼠笼式异步电动机在起动时候具有较大的转子电阻，而在正常运行时候又自动减少呢？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起动性能目的。

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。

（2）工作原理。当转子导条中流过电流时，漏磁通的分布如图3-16（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。

图3-16　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

当电动机起动时候，由于转速低，转差率比较大，所以转子侧频率比较高，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，漏电抗越大则电流就越小。导条中槽底的漏电抗大，则槽底处的电流密度就小；槽口部分的漏电抗小，则槽口处的电流密度大，因此沿槽高的电流密度分布自上而下逐渐减少，如图3-16（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，从而减少起动电流，增加了起动转矩。由于电流好像被挤到槽口，因而也称挤流效应。

起动完毕后，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起动性能的目的。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(www.xing528.com)

（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3-17（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3-17（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。

图3-17　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；（c）机械特性曲线
1—槽口导体；2—槽底导体

（2）工作原理。双鼠笼式异步电动机起动时，转子电流频率较高，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，因而起动时上笼起主要作用。由于上笼电阻大，可以产生较大的起动转矩，同时限制起动电流，通常把上笼又称为起动笼。

双鼠笼式异步电动机起动后，随着转速的升高，转差率s逐渐减小，转子电流频率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起动性能的。

双鼠笼式异步电动机的机械特性曲线如图3-17（c）所示，可以看成是上、下笼两条机械特性曲线的合成，改变上、下笼导体的材料和几何尺寸就可以得到不同的机械特性曲线，以满足不同负载的要求，这是双鼠笼式异步电动机一个突出的优点。

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起动时的转子电阻来改善起动性能的，包括减小起动电流，增大起动转矩。因此大容量、高转速电动机一般都作成深槽式的或双鼠笼式的。

双鼠笼式异步电动机的起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。