三相异步电动机的工作原理解析

三相异步电动机是根据磁场与载流导体相互作用产生电磁力的原理而制成的，三相定子绕组对称放置在定子槽中，即三相绕组首端U₁、V₁、W₁（或末端U₂、V₂、W₂）的空间位置互差120°。若三相绕组连接成星形，末端U₂、V₂、W₂相连，首端U₁、V₁、W₁接到三相对称电源上，则在定子绕组中通过三相对称的电流i_u、i_v、i_w（习惯规定电流参考方向由首端指向末端），其波形如图5-8所示。

i_u=I_m sinωt

i_v=I_m sin（ωt-120°）

i_w=I_m sin（ωt+120°）

图5-8 三相定子绕组作星形联结

当三相电流流入定子绕组时，各相电流的磁场为交变、脉动的磁场，而三相电流的合成磁场则是一旋转磁场。为了说明问题，在图5-9中选择几个不同瞬间，来分析旋转磁场的形成。

1）t=0瞬间（i_U=0；i_V为负值；i_W为正值）：此时，U相绕组（U₁ U₂绕组）内没有电流；V相绕组（V₁V₂绕组）电流为负值，说明电流由V₂流进，由V₁流出；而W相绕组（W₁W₂绕组）电流为正，说明电流由W₁流进，由W₂流出。运用右手螺旋定则，可以确定合成磁场，如图5-10a所示，为一对极（两极）磁场这一瞬间的合。

图5-9 三相电流的波形

2）t=T/6瞬间（i_U为正值；i_V为负值；i_W=0）：U相绕组电流为正，电流由U₁流进，由U₂流出；V相绕组电流未变；W相绕组内没有电流。合成磁场如图5-10b所示，同t=0瞬间相比，合成磁场沿顺时针方向旋转了60°。

3）t=T/3瞬间（i_U为正值；i_V=0；i_W为负值）：合成磁场沿顺时针方向又旋转了60°，如图5-10c所示。

4）t=T/2瞬间（i_U=0；i_V为正值；i_W为负值）：与t=0瞬间相比，合成磁场共旋转了180°。

由此可见，随着定子绕组中三相对称电流的不断变化，所产生的合成磁场也在空间不断地旋转。由上述两极旋转磁场可以看出，电流变化一周，合成磁场在空间旋转360°（一转），且旋转方向与线圈中电流的相序一致。(www.xing528.com)

以上分析的是每相绕组只有一个线圈的情况，产生的旋转磁场具有一对磁极。旋转磁场的极数与定子绕组的排列有关。如果每相定子绕组分别由两个线圈串联而成，如图5-11所示，其中，U相绕组由线圈U₁U₂和U^′₁U^′₂串联组成，V相绕组由V₁V₂和V^′1V^′₂串联组成，W相绕组由W₁W₂和W^′₁W^′₂串联组成，当三相对称电流通过这些线圈时，便能产生两对极旋转磁场（四极）。

图5-10 两极旋转磁场

图5-11 四极定子绕组

当t=0时，i_U=0；i_V为负值；i_W为正值。即U相绕组内没有电流；V相绕组电流由V₂′流进，由V₁′流出，再由V₂流进，由V₁流出；W相绕组电流由W₁流进，由W₂流出，再由W₁′流进，由W₂′流出。此时，三相电流的合成磁场如图5-11a所示。图5-10b、c、d分别表示当t=T/6、t=T/3、t=T/2时的合成磁场。

从图5-12不难看出，四极旋转磁场在电流变化一周时，旋转磁场在空间旋转180°。

图5-12 四极旋转磁场

三相异步电动机的三相对称绕组通入三相对称电流建立基波旋转磁场，其主要性质和特点如下：

1）三相基波旋转磁场的幅值不变，即旋转磁场的轨迹为一个圆，故为圆形旋转磁场。其幅值为脉振磁场振幅的3/2倍。

2）磁场旋转的速度称为同步速，与电源频率f₁成正比，与磁极对数p成反比。

3）旋转磁场的瞬时位置。哪一相绕组通入的电流达正最大值时，旋转磁场的幅值刚好出现在这相绕组的轴线处。