2.1 三相交流異步電動機的基本原理、結構與類型

2.1.1 三相交流異步電動機的基本原理

三相交流異步電動機通電后會在鐵芯中產生旋轉磁場，通過電磁感應在轉子繞組中產生感應電流，轉子電流受到磁場的電磁力作用產生電磁轉矩并使轉子旋轉，因此又被稱為感應電機。

1.旋轉磁場

三相交流異步電動機的三相定子繞組在空間上互差120°（電角度），連接成星形（Y）或三角形（△），是對稱三相負載，簡化后如圖2-1所示。定子繞組接通電源后流入三相對稱交流電流，如圖2-2所示。

假設某相繞組電流瞬間為正時，電流從該相繞組的首端流入，尾端流出；電流為負時，方向相反。為簡單反映合成磁場及其旋轉特征，選取電流相位角ωt=0°、120°、240°、360°這四個瞬時，對應這四個時刻的各繞組電流方向及磁場分別如圖2-3中的（a）、（b）、（c）、（d）所示。根據右手螺旋定則可判斷相應的合成磁場為旋轉磁場。

理論分析可以證明：旋轉磁場的磁感應強度沿定子內圓在空間上呈正弦分布，合成磁勢的幅值為固定值，磁勢相量頂點的軌跡是一個圓，所以又被稱為圓形旋轉磁場。

如果電動機的每相繞組由兩個串聯的線圈（組）組成，三相繞組連接成Y形，如圖2-4所示。各相繞組的首端或尾端在空間上互差60°放置（電角度仍互差120°），如圖2-5所示。用同樣的方法可判斷出這時的磁場有兩對磁極（即四個磁極），仍按繞組位置沿U1、V1、W1方向旋轉，與電源相序相同，但電流變化一周時，磁場在空間上僅旋轉半周。若電源頻率為f1，則旋轉磁場對應的轉速為：

n1=60 f1/2=1500 r/min

進一步分析更多磁極對數的旋轉磁場及其旋轉過程可以發現：磁場的旋轉速度反比于磁極對數。如果旋轉磁場有p對磁極，則該旋轉磁場的轉速（也稱為同步轉速）n1為

2.三相交流異步電動機的基本工作原理

三相交流異步電動機的轉子繞組伺行閉合，當旋轉磁場掃過轉子表面時，會在轉子導體中產生感應電流，如圖2-6所示。轉子電流反過來又受到磁場的電磁力作用，根據左手定則能判斷出，由電磁力所導致的電磁轉矩促使轉子沿旋轉磁場方向旋轉。

轉子與旋轉磁場之間必須要有相對運動才可以產生上述電磁感應過程，而且轉子所獲得的能量完全來源于交流電源并通過旋轉磁場提供的電磁能，相當于轉子被旋轉磁場拖動而旋轉。若兩者轉速相同，轉子與旋轉磁場保持相對靜止，轉子導體不切割磁力線，沒有電磁感應，轉子電流及電磁轉矩均為零，轉子失去旋轉動力。因此，異步電動機的轉子轉速必定低于旋轉磁場的轉速（同步轉速），所以被稱為異步電動機。

如果轉子電流不是通過電磁感應而是由獨立電源提供或轉子與定子各有相互獨立的磁場，則由于磁極之間的磁性力作用，在一定條件下，定子磁極就會吸引轉子磁極并拖動它以相同的速度旋轉（即同步旋轉），這就是同步電動機。

3.轉差與轉差率

由上述分析也可看出：對于異步電動機而言，旋轉磁場與轉子之間的相對運動速度直接影響了轉子電流及電磁轉矩的大小。一般把同步轉速n1與轉子轉速n的差值稱為轉差，轉差與同步轉速的比值稱為轉差率，以s表示：

轉差率是影響電機狀態及其特征的一個重要因素。電機在額定狀態時的轉差率稱為額定轉差率，以sN表示。普通三相異步電動機的額定轉差率sN約為0.01～0.05，額定轉速nN與同步轉速n1很接近。

例2.1 某三相異步電動機的額定轉速nN=1440r/min，額定頻率f1=50Hz，求該電機的極數、同步轉速和額定轉差率。

解：根據額定轉速值并結合額定轉差率的一般取值范圍可以判斷：

該電機的同步轉速n1=1500 r/min，磁極對數p=2，該電機為四極電機。因此，額定轉差率sN為：

sN =(n1-n)/n1=(1500-1440)/1500=0.04