三相交流异步电动机工作原理的分析技巧研究

张丽丽

摘   要：三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置，具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强等优点，在各种电动机中应用最广，需求量最大。文章从电磁转化的角度，详细分析了三相交流异步电动机的工作原理，并总结了一些规律，为学生或电气工程技术人员掌握三相交流异步电动机的工作原理提供了技巧。

关键词：交流;异步电动机;电磁;技巧

三相交流异步电动机是利用定子三相对称绕组中通以三相对称交流电所产生的旋转磁场与转子绕组内的感应电流相互作用而旋转的，由于涉及电磁转化关系，因此，对于初学者来说非常困难，可以用“电生磁、磁生电、电磁力”9个字来概括其工作原理。

1    三相交流电

三相交流异步电动机是一种将电能转化为机械能的电力拖动装置，电机要想转动，首先要在定子绕组中通入三相对称的交流电，其为幅值相等、频率相同、相位互差120°的正弦交流电。其中，以顺时针的相序为正[1]。

若iB=imsinωt

则iA=imsin（ωt+120°）

iC=imsin（ωt-120°）

2    旋转磁场

2.1  旋转磁场的产生

如图1（a）所示，为两极三相异步电动机三相定子绕组的布置方式，每相绕组由一个线圈组成，首端和尾端相差180°分布，为了和三相交流电一致，每相绕组的首端U1，V1与W1直接也相差120°对称布置。当定子绕组上通对称的三相交流电源，如图1（b）所示，便有顺时针对称的三相交流电流iU，iV，iW产生。

2.2  旋转磁场的转向

当在两极（1对磁极）的电动机定子绕组中通入对称的三相交流电，就会有旋转磁场产生，具体的产生过程分析如下。

图2（a）为ωt=0时，根据正弦交流电的波形图可知：

iU=0，即U相绕组无电流。

iV<0，即V2流向V1;V2流进为叉电流，V1流出为点电流。

iW>0，即W1流向W2;W1流进为叉电流，W2流出为点电流。

W1和V2都为叉电流，根据右手螺旋定则，通电的导体周围存在磁场，且磁场相互增强，因此，可判断出磁力线箭头，如图3中所示，而V1和W2都为点电流，根据右手螺旋定则，也可判断出来磁力线的方向。在靠近转子的一侧，靠近U1处发磁力线的，相当于磁场的N极，靠近U2处接收磁力线的，相当于磁场的S极。

随着时间的推移，交流电场在变化，同样的方法分析出ωt=，ωt=，ωt=2π的磁场所在的位置如图2所示。所以当通入定子绕组的电流和电源的相序一致为顺时针时，正弦交流电变化一周时，产生的两极的旋转磁场也为顺时针，且在空间正好旋转了一周[2]。

有以下结论：

（1）旋转磁场在空间的旋转方向是由电流相序决定的。

（2）若电流相序按顺时针排列，并且互差120°電角度，故旋转磁场是按顺时针方向旋转。

（3）若把定子绕组与三相电源连接的三根导线中的任意两根对调位置，即电机定子绕组得到的是逆时针的电流相序，则旋转磁场也将按逆时针旋转。这就是电机安装时通过任意两根电源对调实现正反转控制的原因。

同样的方法可分析四极（两对磁极）的三相交流异步电动机，当正弦交流电变化一周时，合成磁场在空间旋转180°，极对数增加一倍，合成磁场的旋转角度减小1/2。由此可见，旋转磁场的极对数越多，旋转磁场转速越低，成反比。

2.3  旋转磁场的转速

通过前面的分析，具有一对磁极旋转磁场中，当电流变化一周，旋转磁场在空间正好转过一周，对于50 Hz的工频交流电来说，旋转磁场每秒钟将在空间旋转50周，故旋转磁场的转速n1=60 f1=60×50 r/min=3 000 r/min。具有两对磁极的旋转磁场，当电流变化一周，旋转磁场在空间正好转过0.5周，转速下降1/2。即n1=60 f1/2=1 500 r/min。当旋转磁场具有P对磁极时，磁场的旋转速度n1为：

旋转磁场的转速又叫同步转速，它是由电源频率f1和磁极对数P决定的，与电源频率成正比，与磁极对数成反比。

3    转子的转动原理下面以两极电机为例分析其转动原理

3.1  电生磁

如前面的分析，当定子绕组中通入三相顺时针相序的交流电之后，定子电流会产生一个顺时针旋转的磁场，旋转转速为n1，在ωt=0时，运用右手螺旋定则判断出磁力线方向如图3所示。

图3  三相交流异步电机的转动原理

3.2  磁生电

由于转子本来是静止的，相当于磁场静止而转子逆时针转动切割磁场，利用右手定则，掌心伸开，磁力线垂直穿过手心，拇指的方向为转子转动的切线方向，判断出转子感应电动势e的方向，由于转子导体是闭合的，因此，判断出转子电流I2上半部分为出纸面的点电流，下半部分为进纸面的叉电流。

3.3  电磁力

感应出转子电流I2的转子导体处在定子的旋转磁场中，根据左手定则，通电的导体在磁场中会受到力的作用，伸开左手，使拇指与其余4指垂直，并都与手掌在同一平面上。使磁力线垂直地进入手心，其余4指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是磁场对电流作用力的方向。由此判断出转子受到电磁力F的方向如图3所示，由于转子导体是沿圆周均匀分布的，电磁力F对转轴有顺时针转动的效果，所以转子也就顺时针转动起来了，和定子旋转磁场的转向一致。设转子的转速为n，但是转子的转速n和旋转磁场的转速n1大小是不可能相等的，假设相等，两者之间就没有相对运动，就不切割磁力线，也就没有电磁力，转子就会停止转动，所以转子的转速n必须小于旋转磁场的转速n1，即有转速差。所以才称为三相交流异步电动机。

4    结语

只有灵活运用右手螺旋定则、右手定则和左手定则分析清楚了“电生磁、磁 生电、电磁力”电磁相互转化的3大过程，才能巧妙掌握三相交流异步电机的转动原理。

[参考文献]

[1]许翏.电机与电气控制技术[M].2版.北京：机械工业出版社，2017.

[2]吕梅梅.浅谈異步电机现状及发展前景[J].合作经济与科技，2014（14）：179-180.

Study on the working principle of three-phase AC asynchronous motor

Zhang Lili

（Liuzhou Railway Vocational Technical College， Liuzhou 545616， China）

Abstract：The three-phase AC asynchronous motor is a kind of electric power driving device for converting electric energy into mechanical energy. It has the advantages of simple structure， reliable operation， low price， strong overload capacity and the like. The three-phase AC asynchronous motor is the most widely used in various electric motors and the demand is the largest. In this paper， the working principle of the three-phase AC asynchronous motor is analyzed in detail from the angle of electromagnetic conversion， and some rules are summarized， and the working principle of the three-phase AC asynchronous motor is provided for the students or the technical personnel of the electric engineering.

Key words：alternating current; asynchronous motor; electromagnetic; skill