三相异步电动机的转动原理

　　1）．基本原理
　　
　　为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如下图所示。

　　(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，将发现导体也跟着旋；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而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）．产生下图示最简单的三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差1200的规律对称排列。并接成星形与三相电源U、V、W相联。则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。

　　当wt=00时，，AX绕组中无电流；为负，BY绕组中的电流从Y流入B1流出；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下图（a）所示。
　　
　　当wt=1200时，，BY绕组中无电流；为正，AX绕组中的电流从A流入X流出；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下图（b）所示。
　　
　　当wt=2400时，，CZ绕组中无电流；为负，AX绕组中的电流从X流入A流出；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下图（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，因此称为旋转磁场。

　　（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，即将三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。

 

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　　3）．三相异步电动机的极数与转速
　　
　　（1）．极数（磁极对数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1200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600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三个线圈，绕组的始端之间相差400（=1200/p）空间角。极数p与绕组的始端之间的空间角q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，它们的关系是：

　　由上式可知，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，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=50Hz，因此对应于不同极对数p的旋转磁场转速n0，见下表。

p 1 2 3 4 5 6 n₀ 3000 1500 1000 750 600 500

　　（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，因而磁力线就不切割转子导体，转子电动势、转子电流以及转矩也就都不存在。也就是说旋转磁场与转子之间存在转速差，因此我们把这种电动机称为异步电动机，又因为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。
　　
　　当旋转磁场以同步转速n0开始旋转时，转子则因机械惯性尚未转动，转子的瞬间转速n=0，这时转差率S=1。转子转动起来之后，n>0，（n0-n）差值减小，电动机的转差率S<1。如果转轴上的阻转矩加大，则转子转速n降低，即异步程度加大，才能产生足够大的感受电动势和电流，产生足够大的电磁转矩，这时的转差率S增大。反之，S减小。异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
　　
　　根据上式,可以得到电动机的转速常用公式

　　例有一台三相异步电动机，其额定转速n=975r/min，电源频率f=50Hz，求电动机的极数和额定负载时的转差率S。
　　
　　解：由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速，而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值。显然，与975r/min最相近的同步转速n0=1000r/min，与此相应的磁极对数p=3。因此，额定负载时的转差率为：

　　（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心而闭合，这个磁场在转子和定子的每相绕组中都要感应出电动势。

　　总结：
　　
　　1、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）。
　　
　　2、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，并且旋转的磁场和闭合的转子绕组的转速不同，这也是“异步”二字的含义；
　　
　　3、三相电源流过在空间互差一定角度按一定规律排列的三相绕组时，便会产生旋转磁场；
　　
　　4、旋转磁场的方向是由三相绕组中电源相序决定的；
　　
　　5、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，它们的关系是：

　　6、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，异步电动机运行时，转速与同步转速一般很接近，转差率很小。在额定工作状态下约为0.015~0.06之间。
　　
　　7、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。

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