物业电工必读！掌握一、三相交流异步电动机原理

1.旋转磁场

（1）旋转磁场的产生。在空间按彼此相隔120°放置三个线圈，通入三相交流电，根据右手螺旋定则，每个线圈的周围都要产生一个磁场，由于三相交流电各相电流通过绕组的时间不同，各绕组中电流产生的磁场在空间合成，形成一个在空间旋转的磁场，这一过程如图3-57所示。

图3-57 旋转磁场的产生过程

（2）旋转磁场的转向。旋转磁场的旋转方向由三相交流电接入的顺序决定，任意换接两根电源线的接入位置，磁场的转向就会改变。

（3）旋转磁场的转速。当只有三个线圈时，在空间产生一个N极、一个S极，称为一对磁极的磁场，这时交流电每变化一周，磁极在空间就变化一周，也就是说磁场的旋转速度与交流电的变化也就是频率有关，磁场的转速由下式决定：

式中n₁——磁场转速（r/min）；

f₁——交流电频率（Hz）；

p——磁极对数。

如果磁极对数是一对，交流电频率是50Hz，磁场转速为60×50=3000r/min。如果空间不是三个线圈，而是六个、九个或更多，按一定空间位置放置，并按一定方式连接，在空间产生的磁场就不是一对磁极，而是两对、三对或更多对磁极。

根据公式，两对磁极磁场的转速是一对磁极磁场转速的一半，即1500r/min，也就是说磁极对数越多，转速越慢。

2.三相异步电动机的工作原理

在空间的旋转磁场中放入一个闭合的线框，由于线框是静止的而磁场是运动的，两者之间存在一个相对切割运动，也就是说线框在切割磁力线，根据电磁感应定律，这时导体上要产生感应电动势，闭合导体中则要产生感应电流，电流方向可以根据右手定则判定；出现感应电流后，载流导体又要受到磁场的作用力，根据左手定则，磁场的作用力使线框按磁场旋转方向随之旋转，转速为n₂，在磁场力作用下线框转速越来越快，最后接近并追上磁场转速n₁，达到磁场转速n₁后，导体与磁场间的切割作用消失，感应电流随之消失，磁场的作用力也就没有了，受摩擦阻力作用，线框又要减速，但刚一减速，切割作用又出现，电流又产生，又受到磁场作用力，又达到磁场转速n₁，但随之又失去作用力，这样周而复始，线框就会在接近磁场转速n₁的附近振荡，宏观上看，线框就会以稍低于磁场转速n₁的转速n₂旋转，n₂永远不能等于n₁，这就称为异步。线框会以异步转速稳定的旋转。转速n₂比n₁稍慢，一对磁极电动机n₂=2900r/min。异步电动机的工作原理如图3-58所示。

图3-58 异步电动机的 工作原理

在线框旋转过程中，线框中电流的磁场会反作用于旋转磁场，为了维持这一磁场，电源提供给线圈的电流要随之改变，就像变压器一样，一次侧的电流要由二次侧的电流决定，我们称线框为转子，称接电源的绕组为定子，那么定子电流的大小是由转子电流的大小决定的。开始时，转子没有旋转，磁场与线框间的切割速度很快，产生的转子电流很大，这时定子电流也很大；达到稳定转速后，n₂与n₁接近，磁场与线框间的切割速度很慢，产生的转子电流变小，定子电流也变小为正常工作电流。也就是说电动机在起动时的电流，要比正常运行时电流大许多。

此外由于磁场与线框的切割中，N极和S极是变化的，也就是说产生的感应电流是一个交变电流，开始时，每秒钟要切割50次，电流的频率是50Hz，到最后n₂与n₁相近，每秒只能切割一次，电流的频率为1Hz。也就是说转子中的电流，起动时频率很高接近50Hz，而正常运行时很低，只有1Hz。

3.三相交流异步电动机的结构

三相异步电动机由定子、转子、机座组成。

（1）定子。定子由铁心和绕组组成。

铁心是用冲好孔的硅钢片叠成，如图3-59所示。内圆上的孔是用来放入线圈的。

图3-59 定子硅钢片

实际电动机的绕组不是每相一个绕组，而是每相许多个绕组，按一定规律分布在定子铁心上，每两个孔间就是一个小绕组，把这些小绕组串联或并联成三个大绕组，再将大绕组接成星形或三角形连接三相电源。定子绕组接线情况及接线盒，如图3-60所示。

图3-60 三相定子绕组接线图(www.xing528.com)

a）接线盒 b）定子绕组接线图

在使用中改变绕组连接方式非常方便，接线盒中的螺栓是等间距的，同时备有三个铜联片，接成星形时，把上面一排端子用联片连起来，接成三角形时，只需把端子纵向用联片连起来。

（2）转子。转子由铁心、绕组和轴组成。

铁心也是带孔的硅钢片叠成，不过孔是在外圆周上，中心插入一根轴，把绕组放进孔中。

转子的绕组分成两种，因此电动机也分为两种。

1）绕线型。绕线型转子绕组与定子绕组一样是用导线绕制的，放入铁心上的孔中，如图3-61所示。

图3-61 绕线型转子

1—转轴 2—铁心 3—线圈 4—镀锌钢丝箍 5—电刷外接线 6—集电环 7—刷架 8—电刷 9—转子线圈出头

绕线型转子上的绕组也连接成三个大绕组，它们一端接在一起，接成星形，另一端接在集电环上，用电刷引出，这主要是为了电动机起动时使用，起动完成后，三个集电环连在一起，转子绕组就成为一个闭合体，转子电流就可以在其中流通，如图3-62所示。

2）笼型。笼型转子绕组不是用导线绕制，而是用铜条穿起来两端封死（旧式），或直接用铝粉压铸成一体，如图3-63所示。

图3⁃62 转子绕组与外加变阻器的连接

1—绕组 2—集电环 3—轴 4—电刷 5—变阻器

图3⁃63 笼型转子

笼型转子完全封闭成一个整体，转子电流从中流过，一般不会损坏。显然这种结构的电动机结构更简单，是生产中使用最多的一种电动机。

（3）机座。机座用铸铁制做，由中间筒与前后端盖组成。中间筒用来固定定子，下面有支脚，支脚上面有孔可以用螺栓固定在基础上，机座的尺寸有一定的规格，叫做机座号。中间筒上有定子接线盒。机座两端有端盖，端盖中央是轴承座，装上轴承，用来固定和支持转子。较大的电动机在轴尾端还装有扇页用来吹风散热，扇页外加铁皮防护罩。绕线转子电动机端盖上还要有安装电刷的位置。

笼型电动机结构，如图3⁃64所示。绕线转子电动机结构，如图3-65所示。

图3-64 笼型电动机

1—机座 2—定子铁心 3—定子线圈 4—接线盒 5—端盖 6—轴承盖 7—转子 8—转轴 9—轴承 10—风扇 11—罩壳

图3-65 绕线转子电动机

a）整机外形 b）分解结构

为了使电动机与机械连接，电动机轴上要装带轮或联轴器，要想把带轮、联轴器、轴承从电动机轴上摘下来，要使用拉马，如图3-66所示；操作方法如图3-67所示。