三相异步电动机基本工作原理解析

1.磁铁旋转对导体的作用

下面通过一个实验来说明异步电动机的工作原理，实验如图2-6a所示，在一个马蹄形的磁铁中间放置一个带转轴的闭合线圈，当摇动手柄来旋转磁铁时会发现，线圈会跟随着磁铁一起转动。为什么会出现这种现象呢？

图2-6b是与图2-6a对应的原理简化图，当磁铁旋转时，闭合线圈的上下两段导线会切割磁铁的磁场，两段导线都会产生感应电流。由于磁铁是逆时针方向旋转，如果假设磁铁不动，那么线圈则可以看作顺时针方向运动。

线圈产生电流方向的判断：从图中可以看出，磁场方向由上往下穿过导线，上段导线的运动方向可以看成向右，下段导线则可以看成向左，根据右手螺旋定则（具体内容详见第1章）可以判断出线圈的上段导线的电流方向由外往内，下段导线的电流方向则是由内往外。

线圈运动方向的判断：当磁铁逆时针旋转时，线圈的上、下段导线都会产生电流，通电导体在磁场中会受到力，受力方向可根据左手定则来判断，判断结果可知线圈的上段导线受力方向是往左，下段导线受力方向往右，这样线圈就会沿逆时针方向旋转。

如果将图2-6中的单匝闭合导体转子换成图2-7a所示的笼形转子，然后旋转磁铁，结果也会发现笼形转子也会随磁铁一起转动。图中笼形转子的两端是金属环，金属环中间安插多根金属条，每两根相对应的金属条通过两端的金属环构成一组闭合的线圈，所以笼形转子可以看成是多组闭合线圈的组合。当旋转磁铁时，笼形转子上的金属条会切割磁感线而产生感应电流，有电流通过的金属条受磁场的作用力而运动，根据图2-7b的示意图可分析出，各金属条的受力方向都是逆时针，所以笼形转子沿逆时针方向旋转起来。

图2-6 单匝闭合线圈旋转原理

图2-7 笼形转子旋转原理

综上所述，当旋转磁铁时，磁铁产生的磁场也随之旋转，处于磁场中的闭合导体会因此切割磁感线而产生感应电流，而有感应电流的导体在磁场又会受到磁场力，在磁场力的作用下导体就旋转起来。(www.xing528.com)

2.异步电动机的工作原理

采用旋转磁铁产生旋转磁场让转子运动，并没有实现电能转换成机械能。实践和理论都证明，在转子的圆周空间放置互差120°的三组线圈，如图2-8所示，然后将这三组线圈按星形或三角形联结接好，图2-9所示为按星形联结接好的三组线圈，然后将三组线圈与三相交流电压接好，有三相交流电流流进三组线圈，这三组线圈会产生类似图2-7磁铁产生的旋转磁场，处于此旋转磁场中的转子上的各闭合导体有感应电流产生，磁场对有电流流过的导体产生作用力，推动各导体按一定的方向运动，转子也就运转起来。

图2-8 三相电动机互差120°的三组绕组

图2-9 三组绕组与三相电源进行星形联结

图2-8实际上是三相异步电动机的结构示意图。线圈绕在铁心支架上，由于线圈和铁心都固定不动，故称为定子，定子中间是笼形转子。转子运转可以看成是由线圈产生的旋转磁场推动的，旋转磁场有一定的转速，旋转磁场的转速n（又称同步转速）、三相交流电的频率f和磁极对数p（一对磁极有两个相异的磁极）有以下关系：

n=60f/p

电动机在运转时，其转子的转向与旋转磁场是相同的，但由于转子是由旋转磁场作用而转动的，因此转子的转速要小于旋转磁场的转速，并且要滞后于旋转磁场，也就是说转子与旋转磁场的转速不同步。这种转子转速与旋转磁场转速不同步的电动机称为异步

电动机。