三相异步电动机原理

三相异步电动机原理

当向三项定子绕组中通过入对称的三项交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子 沿着旋转磁场方向旋转。
通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三项定子绕组（各相差120度电角度），通入三项交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

一、旋转磁场

（一）定子旋转磁场产生的原理

旋转磁场：指磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。

在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组U1U2、V1V2、W1W2，各相绕组在空间互差120°电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。

以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流iA、iB、iC。如动画演示所示。假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。电流流入端用“×”表示，电流流出端用“﹒”表示。

wt=0时，iA=0；                                       

iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；

iC为正值，即iC由首端W1流入，末端W2流出。

电流流入端用“×”表示，电流流出端用“﹒” 表示。

利用右手螺旋定则可确定在wt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如动画演示所示。

可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。

wt= π/2时，iA为正最大值，即iA由首端U1流入，末端U2流出；

         iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出；

iC为负值，即iC由W2流入，W1流出。

可见合成磁场方向以较wt=0时按时针方向转过90o。 

   同理可画出wt= π ，wt=3π/2，wt= 2π时的合成磁场，可看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共转过360o，即旋转一周。

综上所述，在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120o电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，故称旋转磁场。

（二）旋转磁场的旋转方向

 U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iB、iC。

    三相交流电的相序A —— B ——C。

    旋转磁场的旋转方向为U相—— V相—— W相（顺时针旋转）

若 U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iC、iB（即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序）

旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。

综上所述，旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。

（三）旋转磁场的旋转速度

两极三相异步电动机（即2P=2）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。

故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转\分。

四极三相异步电动机（即2P=4）定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。

故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500转/分。

综上所述，当三相异步电动机定子绕组为p 对磁极时，旋转磁场的转速为     n1 = 60f1/p

式中  n1:旋转磁场转速（又称同步转速），转/分

f1:三相交流电源的频率，赫； p:磁极对数。

二、三相异步电动机的转动原理

问题：为什么称“异步”电动机？

正常情况下，转子转速n总是略低于旋转磁场转速即同步转速n1，若n= n1 ，则旋转磁场和转子导体间将不存在相对运动，因而转子导体电动势为零 。n和n1总存在差异，异步电动机的名称由此而来。异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理产生感应电动势和电流，故又可称为感应电动机。

三、异步电动机的转差率

分析n和n1间的关系：

1、当n=0，转子切割旋转磁场的相对转速n1－n= n1为最大，故转子中的感应电动势和电流最大。

2、当转子转速n增加时，则n1－n开始下降，故转子中的感应电动势和电流下降。

3、当n= n1，则n1－n=0，转子导体不切割定子旋转磁场，故转子中

没有感应电动势。

转差率：同步转速n1与转子转速 n之差对同步转速之比值，用S表示。  

S是恒量异步电动机性能的一个重要参数，分析几个特定工作状态下的S值。

1、电动机静止或在启动的瞬间，n=0，S=1。

2、电动机空载时，需克服的阻力很小，故转速很高，S很小。

3、电动机额定负载时的转差率S约为0.01~0.07。

4、电机处于电动机状态运行时0﹤S﹤1。