新能源汽车构造与工作原理

（一）三相异步电动机的结构

三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分），此外还有端盖、风扇等附属部分，如图3-25所示。

图3-25　三相电动机的结构示意图

1.定子

三相异步电动机的定子由3部分组成，见表3-3。

表3-3　三相异步电动机定子的组成

2.转子

三相异步电动机的转子也由3部分组成，见表3-4。

表3-4　三相异步电动机转子的组成

为了保证转子能够自由旋转，在定子和转子之间必须留有一定的空气隙，中小型电动机的空气隙为0.2~1.0 mm。

（二）三相异步电动机的转动原理

1.基本原理

用演示实验来说明三相异步电动机的工作原理，如图3-26所示。

图3-26　三相异步电动机工作原理

（1）演示实验

在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，会发现导体也跟着旋转；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。

（2）现象解释

当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，鼠笼式导体切割磁力线在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来。这就是异步电动机的基本原理。转子转动的方向和磁极旋转的方向相同。

（3）结论

欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

2.旋转磁场

（1）产生

如图3-27所示为最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差120°的规律对称排列，并接成星形与三相电源U、V、W相连，三相定子绕组便通过三相对称电流。随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场（图3-28）。

图3-27　三相异步电动机定子接线(www.xing528.com)

图3-28　旋转磁场的形成

当ωt=0°时，iA=0，AX绕组中无电流；iB为负，BY绕组中的电流从Y流入B流出；iC为正，CZ绕组中的电流从C流入Z流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图3-28（a）所示。

当ωt=120°时，iB=0，BY绕组中无电流；iA为正，AX绕组中的电流从A流入X流出；iC为负，CZ绕组中的电流从Z流入C流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图3-28（b）所示。

当ωt=240°时，iC=0，CZ绕组中无电流；iA为负，AX绕组中的电流从X流入A流出；iB为正，BY绕组中的电流从B流入Y流出；由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图3-28（c）所示。

可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋转，这个磁场称为旋转磁场。

（2）旋转磁场的方向

旋转磁场的方向是由三相绕组中电流相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将3根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。

3.三相异步电动机的极数与转速

（1）极数（磁极的对数p）

三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120°空间角时，产生的旋转磁场具有一对极，即p=1；当每相绕组为两个线圈串联，绕组的始端之间相差60°空间角时，产生的旋转磁场具有两对极，即p=2；同理，如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，则每相绕组必须有均匀安排在空间的串联的3个线圈，绕组的始端之间相差40°（120°/p）空间角。极数p与绕组的始端之间的空间角θ的关系为

（2）转速n

三相异步电动机旋转磁场的转速n0与电动机磁极对数p有关，它们的关系为

由式（3-3）可知，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极数p。对某一异步电动机而言，因为f1和p通常是一定的，所以磁场转速n0是个常数。

在我国，工频f1=50 Hz，对应不同磁极对数p的旋转磁场转速n0见表3-5。

表3-5　我国不同磁极对数p对应的旋转磁场转速n0

（3）转差率s

电动机转子转动方向与磁场旋转的方向相同，但转子的转速n不可能达到与旋转磁场的转速n0相等，否则转子与旋转磁场之间就没有相对运动，磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流及转矩也就不存在。也就是说，旋转磁场与转子之间存在转速差，这种电动机称为异步电动机，又因这种电动机的转动原理是建立在电磁感应基础上的，故又称为感应电动机。

旋转磁场的转速n0常称为同步转速。

转差率s用来表示转子转速n与磁场转速n0相差的程度的物理量。即

转差率是异步电动机的一个重要的物理量。

（4）三相异步电动机的定子电路与转子电路

三相异步电动机中的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。给定子绕组接上三相电源电压，则定子中就有三相电流通过，此三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁芯而闭合，这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。