二 、三相异步电动机的工作原理

1.旋转磁场的产生

三相异步电动机要旋转起来的先决条件是要具有一个旋转磁场。在笼型异步电动机中，这一旋转磁场将吸引着转子与其一起转动。我们知道，对称三相正弦交流电源各相电流之间的相位差为120°，其波形如图7-15所示。三相异步电动机定子中的三个定子绕组（对称三相负载）在空间方位上也互差120°。当三相电流流过三个定子绕组时，根据电流的磁效应可知，每个绕组都要产生一个按正弦规律变化的磁场，三相绕组就会产生一个合成磁场。当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，因此合成磁场是一个旋转磁场，如图7-16所示。

图7-15 三相电流波形图

图7-16 三相电动机的旋转磁场

旋转磁场的产生过程如图7-17所示，在图中分四个特殊时刻来描述旋转磁场的产生过程。为了分析方便，规定三相交流电为正半周时（电流为正值），电流由绕组的首端流向末端。

当t=0时，i_U=0，U相绕组中因没有电流而不产生磁场；i_V＜0，V相绕组中的电流由末端V₂流向首端V₁；i_W＞0，W相绕组中的电流由首端W₁流向末端W₂。由右手螺旋定则可以确定其磁场方向从上指向下，如图7-17a所示。利用上述方法还可做出t=T/6、t=T/3和t=T/2三个特殊时刻的电流和合成磁场的方向，如图7-17b、c、d所示。

由此可见，当对称三相正弦交流电流i_U、i_V、i_W分别通入电动机的三相绕组时，将产生一个随时间变化的旋转磁场。

图7-17 三相合成两极磁场

a）t=0 b）t=T/6 c）t=T/3 d）t=T/2

因为磁场有一对磁极（一个N极、一个S极），所以又称为两极旋转磁场。当正弦电流的电角度变化360°时，两极旋转磁场在空间也正好旋转360°，这样就形成了一个与正弦电流的电角度同步变化的旋转磁场。

2.旋转磁场的转速

在旋转磁场产生的分析中可见，电流每变化一个周期，磁场在空间旋转一周，旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速n₁（也称同步转速）为

式中 f——三相交流电源的频率，单位为Hz；

p——旋转磁场的磁极对数；

n₁——旋转磁场的转速，单位为r/min。

当三相电源的频率为50Hz时，不同磁极对数的异步电动机的旋转磁场的转速见表7-1。

表7-1 异步电动机不同磁极对数的旋转磁场的转速

3.工作原理

实训与思考5

按图7-18所示观察：当摇动磁铁时，笼型转子跟随转动。摇得快，转子转得快；摇得慢，转子转得慢。反摇时，转子马上反转。

◆根据实验你能得出什么结论？

1）____。

2）____。

图7-18 三相异步电动机的工作原理实验

当三相异步电动机的定子绕组接入对称三相交流电时，在定子空间中产生旋转磁场，使转子与旋转磁场之间发生了相对运动，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁感线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动了转子，使转子沿旋转磁场方向以n₁的转速旋转起来，这就是三相异步电动机的工作原理。

一般情况下，电动机转子的转速n₂总是低于旋转磁场的转速（同步转速）n₁，如果转子转速等于磁场同步转速，即n₂=n₁，则转子导条与旋转磁场之间就没有相对运动，就不会切割磁感线，也就不会产生感应电动势、转子电流和电磁转矩，电动机的转子就不会转动。在负载一定的条件下，如果转子转速变慢时，转子与旋转磁场间的相对运动加强，转子受的电磁转矩加大，使转子转动加快。因此，转子转速n₂总是与同步转速n₁保持一定的转速差，即保持着异步关系，所以把这类电动机称为异步电动机。又因为这种电动机是应用电磁感应原理制成的，所以也称感应电动机。