三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理（如何产生旋转磁场并转动）

文章目录

旋转磁场产生原理

旋转磁场的方向

旋转磁场的转速

三相异步电动机的工作原理是根据电磁感应原理而工作的，当定子绕组通过三相对称交流电，则在定子与转子间产生旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，在转子回路中产生感应电动势和电流，转子导体的电流在旋转磁场的作用下，受到力的作用而使转子旋转。下面，我们分析旋转磁场的产生，电动机的旋转、转差率及转向。

旋转磁场产生原理

三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120°电角度，如下图所示，向这三相绕组通入对称的三相交流电，如图（b）（c）所示。下面我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置。

下图（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入（用〇中间加个×表示），末端流出（用“⊙”表示），当电流为负值时，与此相反。

（a）简化的三相绕组分布图

（b）按星形连接的三相绕组接通三相电源

（c）三相对称电流波形图

（d）两极绕组的旋转磁场

在ωt=0的瞬间，iu=0，iv为负值，iw为正值，如图（c）所示，则V相电流从V2流进，V1流出，而W 相电流从W1流进，W2流出。利用安培右手定则可以确定ωt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如图d①所示。可见这时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上方北极，下方是南极。在ωt=π/2时，经过了四分之一周期，iu由零变为最大值，电流由首端U1流入，末端U2流出；iv仍为负值，U相电流方向与（1）时一样；iw也变为负值，W相电流由W1流出，W2流入，其合成磁场方向如图d②所示，可见磁场方向已经较ωt=0时按顺时针方向转过90°。

应用同样的分析方法可画出ωt=π,ωt=2/3*π,ωt=2π时的合成磁场，分别如图d③，④，⑤所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360°，即旋转了一周。

由此可以得出如下结论：

在三相交流电动机定子上布置有结构完全相在空间位置各相差120度电角度的三相绕组，分别接入三相对称交流电，则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称此为旋转磁场。

旋转磁场的方向由上图可以看出，三相交流电按U-V-W相序变化，则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。

若我们任意对调电动机两相绕组的电流相序，如：U-W-V相序，则由理论分析和实践证明，产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。由此可知，旋转磁场的旋转方向取决于通入绕组中的三相交流电源的相序，只要任意对调电动机的相序，则可改变旋转磁场的方向。

旋转磁场的速度以上是以两极为例，如果想要获得四极旋转磁场，则应把线圈的数目增加一倍，其布置如下图（a）（b）所示。并按上述方法分析得出，合成磁场在空间的示意图（C）。

旋转磁场的转速

我们比较一下这图和上文中的那个图中磁场的旋转速度，不难得出：旋转磁场的速度不仅与电流的频率有关，还与磁极对数有关。上文图d中，当三相交流电变化一周后（即每相经过360°电角），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

在4极电动机中旋转磁场的速度等于三相交流电变化速度的一半，即n1=（60/2）f1=1500转/分。故当磁

极对数增加一倍，则旋转磁场的速度减少一半。

同理，通过理论分析可得出，旋转磁场的转速为：n1=60f1/P，上述公式中

n1：表示旋转磁场的转速，单位转/分；

f1：表示三相交流电源的频率，单位赫兹；

P：表示磁极对数；

60：表示一分钟的60秒

旋转磁场的转速n1又称为同步转速。我国三相交流频率规定50Hz（每秒50次交变），因此两极旋转速度是3000转/分，四极的为1500转/分，六极为1000转/分等。

三相异步电动机的结构原理（定子、转子）讲解

文章目录

三相异步电动机定子

三相异步电动机转子

电动机是一种将电能转换为机械能的电器设备，按使用电能的种类不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机和交流电动机两大类。

按其工作原理的不同，交流电动机可分为同步电动机和异步电动机。按电源相数的不同，交流电动机又可分为单相电动机和三相电动机两大类。下面为大家介绍三相异步电动机的结构原理（定子和转子两个组成部分）。

三相异步电动机定子

电动机的静止部分称为定子，其组成部分主要包括定子铁芯、定子绕组、机座等部分。

定子铁芯：定子铁芯的作用是作为电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。定子铁芯一般由0.35～0.5毫米厚，表面涂有绝缘漆的环状冲片槽的硅钢片叠压而成，如右图所示。

定子绕组：定子绕组是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。

小型号异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线（铜线或铝线）绕制成各种线圈后，在嵌放在定子铁芯槽内。大中型电动机则用各种规格的铜条经过绝缘处理后，再嵌放在定子铁芯槽内。为了保证绕组的各导电部分与铁芯之间的可靠绝缘以及绕组本身之间的可靠绝缘，故在定子绕组制造过程中采取了许多绝缘措施，三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：

对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘。

相间绝缘：各相定子绕组之间的绝缘。

匝间绝缘：每相定子绕组各线匝之间的绝缘。

定子三相绕组的槽内嵌放完毕后共有六个出线端引到电动机机座的接线盒内，可按需要将三相绕组接成星形接法（Y接）或三角形接法（△接），如右图所示。

机座：它的作用是固定定子铁芯和定子绕组，并以两个端盖支撑转子，同时起保护整台电动机的电磁部分和散发电动机运行中产生的热量，一般是铁或铝铸造而成。

三相异步电动机转子

转子是电动机的旋转部分，包括转子铁芯，转子绕组和转轴等部分。

转子铁芯：作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般由0.5毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。如右图所示。

转子绕组：其作为切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力使转子转动。根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式转子两种类型。

鼠笼式转子：它的结构是转子铁芯的槽沟内插入铜条，在铜条两端焊接两个铜环，如下图（a）所示。这样转子绕组好像一个鼠笼型转子。为了节约铜材和便于制造。目前绝大部分鼠笼均采用铝代替。如下图（b）所示。

绕线式转子：绕线式转子绕组也和定子绕组一样做成三相对称绕组，经过适当的排列和组合。嵌入并固定转子铁芯槽内，最后使三组绕圈接成星形连接，三个引出线分别接到固定的转轴上的三个铜滑环上，在各个环上，分别放置着固定不动的电刷，通过电刷与滑环的接触，使转子绕组与外加变阻器接通，一边启动电机。如右图所示。

转轴：用以传递转矩及支撑转子的重量。一般都由中碳钢或合金钢制成。除了定子和转子两大部分外，还有端盖，风扇等其他附件。

异步电动机变极调速的基本原理

改变定子绕组的连接法来变更极对数，以获得两种或两种以上的转速。图中所示为一相绕组的两个线圈ab 和cd。如果依图a所示的方向通入电流，则产生两极的磁场；若将线圈cd反接，两线圈电流方向如图b 所示，则产生四极磁场。

变极调速的基本原理是:异步电动机的极对数是由定子绕组的联接方式来决定的，这样就有可能在电机制造完成后，通过改换定子绕组的联接来改变异步电动机的极对数。由于电动机三相绕组在接法上是相同的，为简单起见，我们只分析其中一相绕组，并以四/ 二极双速电机A相为例，来说明变极的原理。

如图2-1所示，在制造电动机时，将每相绕组分成两部分:A1X1 和A2X2，每一部分构成一相绕组的一半，称为半相绕组，当两个半相绕组正向串联时,定子相电流的流向为A1—X1—A2—X2，根据右手定则，此时将产生四极磁场，即P =2，如图2-1(b）。而若将这两个半相绕组反向串联或反向并联，电流的流向将变为A1—X1—X2—A2，此时所产生的磁场为两极，即P= 1，由此可见，只要使一相绕组中的一半绕组内的电流改变方向，就可以使电极的极对数成倍地改变。根据这一原理，如果设法同时将三相绕组中每一相的一半绕组中的电流改变方向，就可以得到两个成倍数关系的极对数，从而获得2:1的两级转速。

异步电动机变极调速根据绕组的星接或角接的不同，可以构成多种变换接线方法，如Y—YY、Δ—YY、Y —ΔΔ、Δ—ΔΔ等。并且不同的接线方式，可以有不同的特性，如Y—YY变极接法，在变极后,相电压不变，每相电流增大了一倍,极数减少了一倍，由于电机的输出力矩与电压、电流成正比,而与转速成反比，这样，在变极前后的输出力矩基本不变，是恒转矩调速；而△一YY变极接法时，在变极后，相电压减少为1/√3,相电流增大一倍、转速增加一倍，结果是变极后输出力矩减少了将近一半，近似为恒功率调速。