三相异步电动机的工作原理

一、旋转磁场的产生

三相异步电动机的旋转是依靠磁场的作用产生的。那么，旋转磁场是怎样产生的呢？

在一个模型异步电动机定子内圆上，均匀地开了6个槽，安放三相绕组，每相绕组由一个线圈组成，3个线圈在空间彼此相隔120°，三相绕组作星形连接。把三项交流电源接入三相绕组的A、B、C端（见图1-6），则定子绕组中便通过三相对称的电流i_A、i_B、i_C；其波形如图1-7所示。

图1-6 模型异步电动机定子   图1-7 三相定子电流波形图

假定三相交流电的正方向从绕组始端流入（用符号×表示），末端流出（用符号·表示），下面从几个不同时刻来分析三相交流流入定子绕组产生的合成磁场方向。

当t=0时，i_A=0，A相绕组内没有电流；i_B是负值，B相绕组电流由Y端流进，B端流出；i_C为正值，C相绕组的电流由C端流进Z端流出。用右手螺旋定则可确定合成磁场方向，如图1-8（a）所示。

t=T/6时，i_C=0，i_A是正值，电流由A端流进，X端流出；i_B是负值，电流由Y的端流入，B端流出，此时合成磁场方向如图1-8（b）所示。从图中可知，合成磁场的方向在空间按顺时针旋转了60°。t=T/3时，i_B=0；i_C是负值，i_A是正值。合成磁场如图1-8（c）所示，其方向又顺时针旋转了60°。t=T/2时，与前同理，随着定子绕组中的三相电流的不断变化，它所产生的合成磁场也在空间不断地旋转，因此三相交流电通入定子绕组能够产生旋转磁场，如图1-8(d)所示。

图 1-8 两极旋转磁场

（a）t=0；（b）t=T/6；（c）t=T/3；（d）t=T/2

从上面还可以看出：①磁场是个两极磁场；②旋转磁场的转向与通入线圈中的三相电流相序A→B→C是一致的。若要改变旋转磁场的转向，只需把通入定子绕组的电流相序改变，即交换任意二根电源线进线即可。

上面例子中表明，在定子中安排一组ABC线圈能产生两极旋转磁场。如果对称地安排两组ABC线圈即可获得四极旋转磁场，安排不同组数ABC线圈可相应获得6极、8极、10极、12极旋转磁场。图1-9是四极绕组的布置示意图，在该图中，用相同的分析方法我们发现，当通入三相交流后，产生一个四极旋转磁场，与二极磁场不同的是当电流变一周时，磁场转了半周，其转速为

如果旋转磁场具有P对磁极，电流变化1Hz，则旋转磁场就在空间转过1/P转。如果定子绕组的电流频率为∫₁，则旋转磁场每分钟的转速n₁为

式中：P为定子绕组的磁极对数，如两极，P=1，四极P=2；n₁为同步转速，即旋转磁场的转速，r/min；∫₁为三相交流电的频率，Hz/s。

图1-9 四极绕组的布置

利用上式可求出在工频50Hz时不同极数旋转磁场的转速，列于表1-3。

表1-3 50Hz时不同极数旋转磁场转速

二、三相异步电动机工作原理

电动机在未接通电源前，转子是静止不动的。当电动机的定子绕组接三相电源后，在定子内的空气隙中便产生旋转磁场。假定旋转磁场按顺时针方向旋转，则转子与旋转磁场间就有相对运动，转子导线产生感应电动势。由于磁场按顺时针方向旋转，相当于磁场不动，转子导线以逆时针方向运动切割磁力线，按照右手定则可以确定转子上半部导线的感应电动势方向是出来的（·），下班部导线的感应电动势方向是进去的（×）。由于转子绕组是闭合的，因此，在感应电动势作用下转子导线内有感应电流通过，称为转子电流。转子电流在旋转磁场中受力，其方向由左手定则决定。这些电磁力对转轴形成一个转矩，称为电磁转矩，其作用方向与旋转磁场方向一致，因此转子就顺着旋转磁场的方向转动起来，如图1-10所示。

图 1-10 异步电动机的工作原理

转子的转速n₂=n₁，转子导线与旋转磁场之间就不存在相对运动，转子导线也就不切割磁力线，因而也就没有感生电流，不产生电磁转矩，电动机也就不旋转了。由此可见，转子总是紧跟着旋转磁场以小于同步转速n₁的转速而旋转。所以把这类交流电动机称为异步电动机。