三相异步电动机的工作原理介绍

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，如果在定子绕组通入三相对称的交流电流，就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的磁场，称为旋转磁场，它是异步电动机工作的基本条件。三相异步电动机是利用定子绕组产生的旋转磁场与转子绕组内的感应电流相互作用而工作的。

1.旋转磁场

图4.10为最简单的三相异步电动机的定子绕组，每相绕组只有一个线圈，从中可以很清楚地看到三相交流电产生旋转磁场的现象。图中所示的3个绕组在空间上相互间隔机械角度120°（实际的电动机中一般都是相差电角度120°），3个绕组的尾端（标有U2、V2、W2）连接在一起[3个绕组的这种连接称为星形（Y）接法，常用接法还有三角形（△）接法，就是将3个绕组首尾相连，在3个接点上分别引出3根引线的接法，如图4.7所示]。接通三相对称电源后，在定子绕组中便产生三个对称的交流电，即

iU=Imsin ωt

iV=Imsin(ωt-120°)

iW=Imsin(ωt+120°)

图4.10　三相异步电动机的定子绕组接线

当3个绕组跟三相电源接通后，绕组中便通过三相对称的交流电流iU、iV、iW，其波形如图4.11（a）所示。现在选择几个特殊的运行时刻，看看三相电流所产生的合成磁场是怎样的。这里规定：电流取正值时，是由绕组始端流进（符号⊕），由尾端流出（符号⊙）；电流取负值时，绕组中电流方向与此相反。

图4.11　旋转磁场的产生

当ωt=0，U相电流iU=0，V相电流iV取为负值，即电流由V2端流进，由V1端流出；W相电流iW为正，即电流从W1端流进，从W2端流出。在图4.11的定子绕组图中，根据电生磁右手螺旋定则，可以判定出此时电流产生的合成磁场如图4.11（b）所示，此时好像有一个有形体的永久磁铁的N极放在导体U1的位置上，S极放在导体U2的位置上。

当ωt=120°时，电流已变化了1/3周期。此时刻iU为正，电流由U1端流入，从U2端流出，iV为零；iW为负，电流从W2端端流入，从W1端流出。这一时刻的磁场如图4.11（c）所示。磁场方向较ωt=0时沿顺时针方向在空间转过了120°。

用同样的方法，继续分析电流在ωt=240°、ωt=360°时的瞬时情况，便可得这两个时刻的磁场，如图4.11（d）、4.11（e）所示。在ωt=240°时刻，合成磁场方向较ωt=120°时刻又顺时针转过120°。在ωt=360°时刻，磁场较ωt=240°时再转过120°，即自ωt=0时刻起至ωt=360°时刻，电流变化了一个周期，磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上述分析可知，三相对称的交变电流通过对称分布的3组绕组产生的合成磁场，是在空间旋转的磁场，而且是一种磁场幅值不变的圆形旋转磁场。

三相异步电动机的基本原理是：把对称的三相交流电通入彼此间隔120°电角度的三相定子绕组，可建立起一个旋转磁场。根据电磁感应定律可知，转子导体中必然会产生感生电流，该电流在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电磁转矩，并随磁场同方向转动。(www.xing528.com)

旋转磁场的速度也称为“同步转速”，用n1表示，其单位是“r/min”。由上述分析可见，合成磁势每经过一个360°旋转一周，旋转磁场速度n1的大小由交流电源的频率f1及磁场的磁极对数p决定，关系为

因为工频f1=50Hz，所以三相异步电动机同步转速为几个固定的数字，如表4-1所示。

表4-1　不同磁极对数三相异步电动机的同步转速

2.转子的转动

当定子绕组接通三相电源后，绕组中流过三相交流电流，图4.12所示为某瞬时定子电流产生的磁场，如果它以同步转速n1按顺时针方向旋转，则静止的转子与旋转磁场间就有了相对运动，这相当于磁场静止而转子按逆时针方向旋转，则转子导体切割磁场，在转子导体中产生感应电动势E2，其方向可用右手定则来确定，转子上半部导体的感应电动势方向是出纸面的，下半部导体的感应电动势方向是进入纸面的。由于转子导体是闭合的，所以在转子感应电动势作用下流过转子电流I2，若忽略与之间的相位差，则I2的方向与转子感应电动势方向一致。通有转子电流I2的转子导体处在定子磁场中，根据左手定则，便可确定转子导体受到的电磁力F的作用方向，如图4.12所示。由于转子导体是圆周均匀分布，所以电磁力F对转轴形成电磁转矩的方向与旋转磁场的旋转方向相同，于是转子就顺着定子旋转磁场旋转方向转动起来了。

图4.12　三相异步电动机转动原理

3.转子的转速

转子的旋转速度一般称为电动机的转速，用n表示。根据前面的工作原理可知，转子是被旋转磁场拖动而运行的，在异步电动机处于电动状态时，它的转速恒小于同步转速n1，这是因为转子转动与磁场旋转是同方向的，转子比磁场转得慢，转子绕组才可能切割磁力线，产生感生电流，转子也才能受到磁力矩的作用。假如有n=n1情况，则意味着转子与磁场之间无相对运动，转子不切割磁力线，转子中就不会产生感生电流，它也就受不到磁力矩的作用了。如果真的出现了这样的情况，转子会在阻力矩（来自摩擦或负载）作用下逐渐减速，使得n＜n1。当转子受到的电磁力矩和阻力矩（摩擦力矩与负载力矩之和）平衡时，转子保持匀速转动。所以，异步电动机正常运行时，总是n＜n1，这也正是此类电动机被称作“异步”电动机的由来。又因为转子中的电流不是由电源供给的，而是由电磁感应产生的，所以这类电动机也称为感应电动机。

4.转差率

旋转磁场的同步转速与转子转速之差与同步转速的比值，称为异步电动机的转差率s，即

转差率是分析异步电动机的重要参数。当异步电动机刚要起动时，n=0，s=1，转差率最大；当n=n1时，s=0，这种情况称为理想空载状态，在电动机实际运行中是不存在的。异步电动机正常使用时，电动机转速略小于但接近同步转速，额定转差率一般小于5%。

由上分析还可知，异步电动机的转动方向总是与旋转磁场的转向一致。因此，要改变三相异步电动机的旋转方向，只需把定子绕组与三相电源连接的三根导线中任意两根对调，改变旋转磁场的转向，也便实现电动机转向的改变了。