三相异步电动机的基本工作原理

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1-36a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1-36 单匝闭合线圈旋转原理

图1-36b是与图1-36a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。

线圈产生的电流方向判断：从图1-36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，根据右手定则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，由判断结果可知，线圈的上段导线受力方向往左，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1-36中的单匝闭合导体转子换成图1-37a所示的笼形转子，然后旋转磁铁，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1-37b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。

图1-37 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中又会受到磁场力，在磁场力的作用下导体会产生旋转。(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，如果在转子的圆周空间放置互差120°的三组绕组，如图1-38所示。然后将这三组绕组按星形或三角形联结接好，图1-39所示是按星形联结接好的三组绕组，然后将三组绕组与三相交流电压接好，有三相交流电流流进三组绕组，这三组绕组会产生类似图1-37中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1-38实际上是三相异步电动机的结构示意图。绕组绕在铁心支架上，由于绕组和铁心都固定不动，故称为定子。定子中间是笼形转子，转子运转可以看成是绕组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

例如，一台三相异步电动机定子绕组的交流电压频率f=50Hz，定子绕组的磁极对数p=3，那么旋转磁场的转速n=（60×50/3）r/min=1000r/min。

图1-38 三相电动机互差120°的三组绕组

图1-39 三组绕组与三相电源星形联结

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，所以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。