绕线式异步电动机

概念定义

绕线式异步电动机是按转子绕组形式划分的一类异步电动机，也称绕线转子感应电动机或滑环电动机。它采用可绕制线圈的转子，线圈末端经滑环引至外部启动或控制设备。绕线式结构用于三相电动机，与转子电路通常不连接外部电路的鼠笼式异步电动机形成区别。

工作原理

三相交流电通入定子绕组后产生旋转磁场，其同步转速由电源频率和定子磁极数决定，按每分钟转数计算时为 ns=120f/p，其中 f 为电源频率，p 为磁极数。旋转磁场与转子之间的相对运动使转子绕组切割磁感线，产生感应电动势和感应电流。转子电流形成的磁场依照楞次定律反抗原有磁通变化，电磁力推动转子沿定子旋转磁场方向转动。

转子必须与旋转磁场保持转速差，才能持续产生感应电流和电磁转矩。转差率可表示为 s=(ns-nr)/ns，其中 nr为转子机械转速。负载增加时，转子转速下降、转差增大，转子感应电流及转矩随之改变，直至电磁转矩与机械负载转矩达到平衡。

技术构成

绕线式异步电动机主要由产生旋转磁场的定子、带绕组的转子、滑环以及外接转子电路组成。转子常采用双层波绕组，并以铜杆或扁电磁线制成半线圈元件。转子绕组通过滑环接入外部可变电阻，可在启动和加速阶段调整转子回路电阻，从而改变速度—转矩特性，并控制启动电流和启动转矩。

外接电阻也可用于调速，但电动机在低速运行时会有较大的电阻功率损失，尤其不利于长期定速运行。部分大型滑环电动机采用滑差能量回收系统，从转子电路取得能量，经整流和逆变后送回电源，以减少转子能量直接消耗在电阻上的情况。两台滑环电动机还可采用级联接线，将一台电动机的转子连接到另一台电动机的定子；当两者转子机械耦合时，可形成特定的低速运行方式。

应用场景

绕线式异步电动机适用于需要调整启动、加速或速度—转矩特性的驱动场景。电动吊车等设备曾采用这类电动机配合外加可变电阻进行速度控制；早期三相交流铁路机车也曾使用两台滑环电动机级联控速。其可控启动电流和较大启动转矩适合启动阶段负载较重的机械。

随着电力电子技术发展，变频器可通过改变供电频率和相应电压控制异步电动机转速。在许多工业应用中，变频器驱动的鼠笼式异步电动机已取代部分传统绕线转子调速方案。不过，既有大型滑环电动机及采用滑差能量回收的系统仍继续使用。

技术演进

旋转磁场理论在19世纪逐步形成。尼古拉·特斯拉于1887年独立研发三相异步电动机，并在1888年提交的技术论文中描述可自行启动的绕线转子感应电动机。早期威斯汀豪斯公司的感应电动机采用二相供电和绕线型转子；其后，鼠笼转子、变频驱动及电力电子控制的发展，使异步电动机的结构和调速方式进一步多样化。