三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理


　简介：三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场，是随电流的交变而在空间旋转的磁场。这种旋转磁场与蹄形磁铁在空间旋转所起的作用是相同的。

关键字：三相异步电动机，工作原理

一、鼠笼式转子的转动原理

三相异步电动机是利用旋转磁场工作的，其工作原理可通过以下演示实验来直观地了解。

一个装有手柄的蹄形磁铁以轴座o1为支撑自由转动；在蹄形磁铁两磁极之间有一个鼠笼转子，鼠笼转子以轴座o2为支撑自由转动；轴座o1和轴座o2在同一条轴线上。蹄形磁铁和鼠笼转子之间没有摩擦力和机械连动关系，二者均可各自独立自由转动或保持静止。当摇动手柄使蹄形磁铁顺时针方向旋转时，磁场的磁感线就切割鼠笼转子上的铜条，相当于转子铜条逆时针方向切割磁感线，闭合的铜条中就会产生感生电流，其方向可用右手定则判定。由于感生电流处在蹄形磁铁的磁场中，因此铜条要受到磁场力f的作用而使转子转动，磁场力f的方向可根据左手定则判定，从判定的结果可知转子转动方向与蹄形磁铁旋转方向一致。手柄摇得快，转子转得也快；手柄摇得慢，转子转得也慢。同理，让蹄形磁铁逆时针方向旋转时，转子也随之按逆时针方向旋转。在上述演示过程中，是由蹄形磁铁旋转产生的旋转磁场使鼠笼转子转动的，而在实际的异步电动机中，并没有永久磁铁旋转，其旋转磁场是如何产生的呢?以下讨论三相异步电动机定子绕组产生旋转磁场的具体过程。

二、旋转磁场的产生

设将定子三相绕组联成星形接法，三相绕组的首端u1、v1、w1分别与三相交流电的相线a、b、c相连接。为了讨论方便，选定交流电在正半周时，电流从绕组的首端流入，从末端流出；反之，在负半周时，电流流向相反。定子绕组在三相交流电不同相位时合成旋转磁场。当ωt=0时，a相电流为零；b相电流为负值，电流由v2端流进，v1端流出；c相电流为正，电流从w1端流进，w2端流出，根据右手螺旋法则，可以判定出此时定子三相绕组电流产生的合成磁场方向。当ωt=90o时，此时a相电流为正，电流由u1端流入，u2端流出；b相为负，电流由v2端流进，v1端流出；c相为负，电流从w2端流入，w1端流出，这一时刻合成磁场方向已顺时针方向在空间转过了90o。同理，可分别得出ωt=180o、ωt=270o和ωt=360o时定子三相绕组电流产生的合成磁场方向，ωt=36oo时与ωt=0o时的合成磁场方向相同。

由此可见，电流变化一个周期，合成磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上

述分析可知，三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场，是随电流的交变而在空间旋转的磁场。这种旋转磁场与蹄形磁铁在空间旋转所起的作用是相同的。

三、旋转磁场的转速

磁场的旋转速度又称同步转速，它与三相电流的频率和磁极对数p有关。定子绕组在任一时刻合成的磁场只有一对磁极(磁极对数p=1)，即只有两个磁极，对只有一对磁极的旋转磁场而言，三相电流变化一周，合成磁场也随之旋转一周，如果是50hz的交流电，旋转磁场的同步转速就是50转/秒或3000转/分，在工程技术中，常用转/分（r/min）来表示转速。如果定子绕组合成的磁场有两对磁极(磁极对数p=2)，即有四个磁极，可以证明，电流变化一个周期，合成磁场在空间旋转180o，由此可以推广得出：p对磁极旋转磁场每分钟的同步转速为工频50hz时，对应于不同磁极对数p，其旋转磁场的同步转速见表3-1。

当磁极对数一定时，如果改变交流电的频率，则可改变旋转磁场的同步转速，这就是变频调速的基本原理。

表3-1三相异步电动机旋转磁场的同步转速(50hz)

2
3
4
5
6
no(r/min)
3000
1500
1000
750
600
500

必须指出，转子的转动方向虽然与旋转磁场的转动方向相同，但转子转速n不可能达到旋转磁场的同步转速no，因为如果两者相等，则转子与旋转磁场之间就不存在相对运动，因而转子导体就不能切割磁感线，转子上也就不再产生感生电流及电磁转矩，可见，鼠笼转子的转速与旋转磁场的同步转速之间必须存在差值而不能同步，这也正是异步电动机名称的由来。在电动机通电的瞬间，定子旋转磁场的转速可以同时达到同步转速，但是，转子却是静止的，两者之间的转速差最大，此时转子产生的感生电流也最大，电路输入给电动机的电流也是最大，往往可以达到电动机额定电流的几倍到十几倍，对电动机和电网的冲击比较大。因此，对较大功率的电动机，不能直接加额定电压起动，需要采用降压起动的方式减小起动电流，待转子的转速接近额定转速时，再改换为额定电压正常运行；或采用连续调压的方式从低压开始起动，随转子的转速增大而逐渐把电压调到额定电压。如果要改变当前旋转磁场的旋转方向，只要任意对调二根相线与定子绕组的连接，便可改变定子三相绕组中三相交流电的相序，实现反向转动，请读者自己分析。

四、三相异步电动机的铭牌

每台电动机的机壳上都有一块铭牌，上面标明该电动机的规格、性能及使用条件，它是我们正确使用电动机的依据。这里对铭牌上主要

的技术参数介绍如下。

1.型号为了适应不同用途和工作环境需要，三相异步电动机制成不同系列和型号，不同型号的电动机的机座长度、中心高度、转速等技术参数不相同，使用或选购时应注意型号或根据需要查阅相应产品目录和技术手册。
2.功率电动机在铭牌规定的运行条件下，正常工作时的输出功率(kw)。
3.电压电动机定子绕组的额定线电压(v)。
4.电流电动机在额定工作状况下运行时流入定子绕组的线电流(a)。
5.转速电动机在额定工作状况下运行时转子每分钟的转数(r/min)。
6.接法电动机的接线盒有六个接线端子，需要改变转子当前的转向时，只要把电动机的三根电源线中的任意两根对调一下，就能改变电动机的转向。