异步电动机的转动原理及应用

三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，如果在定子绕组中通入三相对称交流电，就会杂电动机内部建立一个恒速旋转的磁场，称为旋转磁场，该磁场是异步电动机工作的基本条件。

三相交流电机动作原理

（一）旋转磁场的产生

1.定子的旋转磁场

对称三相电流通入在空间彼此相差120°的三个相同的线圈时，就能产生旋转磁场。三相异步电动机就是根据这一原理而工作的。设对称三相交流电流为

电流波形图如图4-3所示。将对称的三相交流电流分别通入在空间位置上彼此相差120°，而结构和形状完全相同的三个线圈U1U2、V1V2、W1W2中，如图4-4所示，该图简化了三相定子绕组。这里规定，各相电流分别从线圈的始端流入，从线圈的末端流出的方向为各相电流的标定方向。

图4-3　三相绕组通过三相交流电流产生的两极旋转磁场

图4-4　简化的三相绕组分布图和按星形连接的三相绕组接通三相电源

从图4-3中的电流波形曲线可以得出，当0tω=的瞬间，U相电流值为零，V相电流值为负值，W相电流值为正值，而且V相与W相此时的值在数值上大小相等。因此，U相线圈中无电流流过，V相的电流从V2端流进，V1端流出，W相电流从W1端流进，W2端流出。根据右手螺旋法则可以确定三个线圈的合成磁场方向，它们与U相的轴线重合指向U1→U2。

当120tω=°的瞬间，U相电流值为正值，V相电流值为零，W相电流值为负值，而且U相与W相此时的值在数值上大小相等。因此，V相线圈中无电流流过，U相的电流从U1端流进，U2端流出，W相电流从W2端流进，W1端流出。根据右手螺旋法则可以确定三个线圈的合成磁场方向，它们与V相的轴线重合指向V1→V2。同样可以得到tω为其他值时，三个瞬时的合成磁场方式。

综上所述，当空间彼此相差 120°的三个相同的线圈通入对称三相交流电时，就能够产生与电流变化有相同角速度的旋转磁场。

2.旋转磁场的转速

根据上面的分析可以得到，异步电动机定子绕组中的三相交流电流所产生的合成磁场是随着电流的变化在空间不断旋转，形成一个具有一对磁极的旋转磁场。三相交流电流变化一个周期，合成磁场在空间旋转一周。设三相交流电流的频率为f1，旋转磁场每分钟的转速为n1，旋转磁场磁极对数为p，即

式中，1n为同步转速，单位是转/分（r/min）；f为定子电流频率，单位是赫兹（Hz）。由此可得，旋转磁场的转速取决于电源的频率和电动机带动磁极对数。(www.xing528.com)

3.旋转磁场的方向

旋转磁场的旋转方向与三相绕组中的电流相序有关，三相绕组中按顺序通入U、V、W三相对称电流，其旋转方向与电流相序有关，当电流的相序若为U→V→W ，其旋转方向为顺时针方向。如果要改变旋转磁场的方向，即改变电流相序，只需将定子绕组与三相电源连接的导线任意两根位置交换即可。

旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要改变电源的相序，即只要把接到三相绕组始端上的任意两个电源线对调即可。改变异步电动机的转向，就是根据这一原理来实现。

（二）三相异步电动机的转动原理

三相异步电动机的转动原理如图4-5所示。三相异步电动机的定子绕组，通入三相对称交流电流，便产生旋转磁场，其转速为同步转速，即。

转子有一闭合绕组，由于旋转磁场与转子绕组存在相对运动，旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中便产生感应电动势，即有感应电流流过。转子绕组感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，若略去转子绕组电抗，则感应电势的方向即是感应电流的方向。转子中的感应电流与旋转磁场相互作用，在转子上产生电磁力F，电磁力的方向用左手螺旋定则判定。电磁力所形成的电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场的方向转动，这就是三相异步电动机的工作原理。

图4-5　三相异步电动机的转动原理

转子转动的方向与旋转磁场的方向相同，但两者的转速不相同。转子的转速称为转子转速，用n表示。n总是小于n1，因为n与n1如果相同，转子绕组与旋转磁场就没有相对运动，转子绕组中就不会感应出电势和电流，这样转子不会受到电磁转矩的作用，当然不会继续转动。n不会大于n1，否则电动机将变成发电机运行。由此可见，异步电动机转子的转速n总是和同步转速n1存在一定差别，“异步”因而得名。n和n1的差异是异步电动机产生电磁转矩的必要条件。

转子的转速n与同步转速n1的差异引出了转差率的概念，即同步转速n1与转子的转速n之差（nΔ=n1-n）称为转差；转差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即

转差率s是分析异步电动机运行时的一个极其重要的概念和变量。电动机在启动瞬间转子未转动，即n=0，s=1；如果转子不带机械负载，而且处于没有空载损耗的理想空载状态，转子将以同步转速旋转，即n=n1，s=0，这种状态在电动机的实际运行中是不存在的。异步电动机的转速范围为n=0～n1，相应的转差率的范围为s=1～0。异步电动机额定运行时的转差率一般为0.02～0.06，可见异步电动机的转速很接近旋转磁场的转速。

在实际工作中，电动机要实现正转和反转的可逆运转。由于转子旋转的方向与定子旋转磁场的方向是一致的，而改变电源的电流相序即改变旋转磁场的方向，因此可以达到改变电动机转子转动方向的目的。

例4-1　一台4磁极额定转速nN=1 440 r/min的三相异步电动机，频率为50 Hz，试求它额定负载运行时的转差率sN。