异步电动机的工作原理详解

异步电动机的全称是交流三相异步电动机，其定子上分布着3相互差120°电角度的绕组。定子绕组的磁极对数p_n=1（磁极数=2）的绕组分布示意图如图3-2a所示。如果磁极对数等于1，定子三相绕组在空间分布也是互差120°。如果磁极对数超过1，定子三相绕组数量相应增加，每相绕组在空间不是相差120°，而是相差120°/p_n空间角度，但是每相绕组之间的电角度仍然是120°。

异步电动机的定子三相绕组可以接成星形接线方式（见图3-2b），也可以接成三角形接线方式（见图3-2c）。一般中小型异步电动机的额定电压多为380V/220V。如果电源电压是380V，定子绕组就可以接成星形联结（）；如果电源电压是220V，定子绕组就可以接成三角形联结（△）。实际上在这二种接线方式中，相绕组所承受的电压都是220V。

图3-2 异步电动机的定子绕组接线方式

三相电源电压是在时间互差120°（2π/3电角度）的正弦波，异步电动机定子绕组在空间上相差120°/p_n。在二者共同的作用下，在电动机气隙中产生旋转磁场。旋转磁场作用于转子产生电磁转矩，这就是使异步电动机能够工作的力量之源。旋转磁场的角速度为

式中 f₁——三相正弦电源电压的频率。

通常把ω₀叫做同步角速度或同步角频率，它和电源频率成正比，和电动机的极对数成反比。与之相对应的是同步转速n₀（r/min），它的公式为

本书不再赘述建立旋转磁场的原理，而只是复述其中有用的结论：时间上互差120°的三相正弦交流电流在空间互差120°的绕组中可以产生旋转磁场；改变电源的相序就可以改变旋转磁场的方向。顺便提及，电机制造厂在检验异步电动机定子绕组下线是否正确时，把定子绕组接到电压较低的三相电源上，然后把指南针在定子膛内移动，如果指南针随着旋转磁场转动，就说明下线正确。

改变异步电动机的极对数，可以有级地改变同步转速。表3-1给出了异步电动机的同步转速、额定转速与极对数之间的关系，这是以交流电源频率f₁=50Hz进行计算的。

表3-1异步电动机的同步转速、额定转速与极对数之间的关系

根据异步电动机转子的结构，可以分为绕线转子异步电动机和笼型异步电动机。所谓绕线转子异步电动机是在转子上绕有三相绕组，这个绕组通常是星形联结。绕组的端头连接到集电环上，通过碳刷引到端子盒。在起动时转子绕组串接电阻，随着转速升高，逐级切除电阻，最后将转子绕组串联电阻短接。

笼型异步电动机的转子是采用铸铝工艺，在转子铁心中铸出数条心柱，并在转子铁心的两个端部与短路环连接。因笼型转子的形状类似一个饲养松鼠的栅笼，故俗称为鼠笼转子，其作用等效于短接的三相绕组。

异步电动机旋转磁场的磁通Φ与转子电流的有功分量I_2a相互作用产生电磁转矩T，写成公式为(www.xing528.com)

转子电流是由转子感应电动势产生的。在转子静止时，定子绕组如同变压器的一次绕组，转子绕组如同变压器的二次绕组。这时，转子绕组感应出的电动势叫作转子额定（相）电动势E_2N。这个电动势在数值上近似等于定子相电压除以定子、转子之间的电压比k_T：

转子旋转时，转子感应电动势E₂的大小跟转速有关，转子电流的频率f₂的值也与转速有关。这种现象的本质是：在不同的转速下，转子绕组切割旋转磁场的速度不同。若定子绕组在气隙中产生旋转磁场的角速度（或角频率）为ω₀，转子的角速度为ω，则可以把二者之差定义为绝对转差s_abs，即

如果异步电动机是由恒定频率（例如50Hz）的电源供电，在分析电动机工作特性时，最常用的是相对转差（简称滑差，即转差率）s

转差率是异步电动机最重要的参数。当转子静止时，s=1；当转子为同步转速ω₀时，s=0；正常工作时，0＜s＜1。

当转子静止时，转子感应电动势E₂取得最大值E_2N；随着转速增加（s减小），E₂与转差率成比例地减小

E₂=E_2Ns （3-8）

与此相似，当转子静止时，转子电动势和转子电流的频率f₂取得最大值，等于定子频率f₁；随着转速增加（s减小），f₂与转差率成比例地减小，即

f₂=f₁s （3-9）

在电动机额定条件工作时，转子转速与旋转磁场的转速相差不大。对于功率在1.5～200kW的一般用途的异步电动机，额定转差率在2%～3%，而大型异步电动机的转差率约为1%。所以，在额定工作条件时，转子电动势E₂大约是最大电动势E_2N（即s=1时）的1%～3%，转子电流的频率约为0.5～1.5Hz。当转子转速等于旋转磁场的转速时（s=0），转子电动势E₂=0，转子电流I₂=0。这种工作状态叫做理想空载状态，这时ω=ω₀叫做理想空载转速，也叫做同步转速。

E₂和I₂决定电动机的机械特性，它们都和转差率s有关，所以说转差率s决定异步电动机的机械特性。