三相交流異步電動機工作原理的分析技巧研究

張麗麗

摘? ?要：三相交流異步電動機是一種將電能轉化為機械能的電力拖動裝置，具有結構簡單、運行可靠、價格便宜、過載能力強等優點，在各種電動機中應用最廣，需求量最大。文章從電磁轉化的角度，詳細分析了三相交流異步電動機的工作原理，并總結了一些規律，為學生或電氣工程技術人員掌握三相交流異步電動機的工作原理提供了技巧。

關鍵詞：交流;異步電動機;電磁;技巧

三相交流異步電動機是利用定子三相對稱繞組中通以三相對稱交流電所產生的旋轉磁場與轉子繞組內的感應電流相互作用而旋轉的，由于涉及電磁轉化關系，因此，對于初學者來說非常困難，可以用“電生磁、磁生電、電磁力”9個字來概括其工作原理。

1? ? 三相交流電

三相交流異步電動機是一種將電能轉化為機械能的電力拖動裝置，電機要想轉動，首先要在定子繞組中通入三相對稱的交流電，其為幅值相等、頻率相同、相位互差120°的正弦交流電。其中，以順時針的相序為正[1]。

若iB=imsinωt

則iA=imsin（ωt+120°）

iC=imsin（ωt-120°）

2? ? 旋轉磁場

2.1? 旋轉磁場的產生

如圖1（a）所示，為兩極三相異步電動機三相定子繞組的布置方式，每相繞組由一個線圈組成，首端和尾端相差180°分布，為了和三相交流電一致，每相繞組的首端U1，V1與W1直接也相差120°對稱布置。當定子繞組上通對稱的三相交流電源，如圖1（b）所示，便有順時針對稱的三相交流電流iU，iV，iW產生。

2.2? 旋轉磁場的轉向

當在兩極（1對磁極）的電動機定子繞組中通入對稱的三相交流電，就會有旋轉磁場產生，具體的產生過程分析如下。

圖2（a）為ωt=0時，根據正弦交流電的波形圖可知：

iU=0，即U相繞組無電流。

iV<0，即V2流向V1;V2流進為叉電流，V1流出為點電流。

iW>0，即W1流向W2;W1流進為叉電流，W2流出為點電流。

W1和V2都為叉電流，根據右手螺旋定則，通電的導體周圍存在磁場，且磁場相互增強，因此，可判斷出磁力線箭頭，如圖3中所示，而V1和W2都為點電流，根據右手螺旋定則，也可判斷出來磁力線的方向。在靠近轉子的一側，靠近U1處發磁力線的，相當于磁場的N極，靠近U2處接收磁力線的，相當于磁場的S極。

隨著時間的推移，交流電場在變化，同樣的方法分析出ωt=，ωt=，ωt=2π的磁場所在的位置如圖2所示。所以當通入定子繞組的電流和電源的相序一致為順時針時，正弦交流電變化一周時，產生的兩極的旋轉磁場也為順時針，且在空間正好旋轉了一周[2]。

有以下結論：

（1）旋轉磁場在空間的旋轉方向是由電流相序決定的。

（2）若電流相序按順時針排列，并且互差120°電角度，故旋轉磁場是按順時針方向旋轉。

（3）若把定子繞組與三相電源連接的三根導線中的任意兩根對調位置，即電機定子繞組得到的是逆時針的電流相序，則旋轉磁場也將按逆時針旋轉。這就是電機安裝時通過任意兩根電源對調實現正反轉控制的原因。

同樣的方法可分析四極（兩對磁極）的三相交流異步電動機，當正弦交流電變化一周時，合成磁場在空間旋轉180°，極對數增加一倍，合成磁場的旋轉角度減小1/2。由此可見，旋轉磁場的極對數越多，旋轉磁場轉速越低，成反比。

2.3? 旋轉磁場的轉速

通過前面的分析，具有一對磁極旋轉磁場中，當電流變化一周，旋轉磁場在空間正好轉過一周，對于50 Hz的工頻交流電來說，旋轉磁場每秒鐘將在空間旋轉50周，故旋轉磁場的轉速n1=60 f1=60×50 r/min=3 000 r/min。具有兩對磁極的旋轉磁場，當電流變化一周，旋轉磁場在空間正好轉過0.5周，轉速下降1/2。即n1=60 f1/2=1 500 r/min。當旋轉磁場具有P對磁極時，磁場的旋轉速度n1為：

旋轉磁場的轉速又叫同步轉速，它是由電源頻率f1和磁極對數P決定的，與電源頻率成正比，與磁極對數成反比。

3? ? 轉子的轉動原理下面以兩極電機為例分析其轉動原理

3.1? 電生磁

如前面的分析，當定子繞組中通入三相順時針相序的交流電之后，定子電流會產生一個順時針旋轉的磁場，旋轉轉速為n1，在ωt=0時，運用右手螺旋定則判斷出磁力線方向如圖3所示。

圖3? 三相交流異步電機的轉動原理

3.2? 磁生電

由于轉子本來是靜止的，相當于磁場靜止而轉子逆時針轉動切割磁場，利用右手定則，掌心伸開，磁力線垂直穿過手心，拇指的方向為轉子轉動的切線方向，判斷出轉子感應電動勢e的方向，由于轉子導體是閉合的，因此，判斷出轉子電流I2上半部分為出紙面的點電流，下半部分為進紙面的叉電流。

3.3? 電磁力

感應出轉子電流I2的轉子導體處在定子的旋轉磁場中，根據左手定則，通電的導體在磁場中會受到力的作用，伸開左手，使拇指與其余4指垂直，并都與手掌在同一平面上。使磁力線垂直地進入手心，其余4指指向電流方向，這時拇指所指的方向就是磁場對電流作用力的方向。由此判斷出轉子受到電磁力F的方向如圖3所示，由于轉子導體是沿圓周均勻分布的，電磁力F對轉軸有順時針轉動的效果，所以轉子也就順時針轉動起來了，和定子旋轉磁場的轉向一致。設轉子的轉速為n，但是轉子的轉速n和旋轉磁場的轉速n1大小是不可能相等的，假設相等，兩者之間就沒有相對運動，就不切割磁力線，也就沒有電磁力，轉子就會停止轉動，所以轉子的轉速n必須小于旋轉磁場的轉速n1，即有轉速差。所以才稱為三相交流異步電動機。

4? ? 結語

只有靈活運用右手螺旋定則、右手定則和左手定則分析清楚了“電生磁、磁 生電、電磁力”電磁相互轉化的3大過程，才能巧妙掌握三相交流異步電機的轉動原理。

[參考文獻]

[1]許翏.電機與電氣控制技術[M].2版.北京：機械工業出版社，2017.

[2]呂梅梅.淺談異步電機現狀及發展前景[J].合作經濟與科技，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