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三相异步电动机的基本工作原理及三种运行状态

作者：水阻柜点击：次发布时间：2021-05-29

三相异步电动机机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。

与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
（一）基本工作原理
如图5-5所示为三相异步电动机原理示意图，三相异步电动机的基本工作原理为：（1）电生磁。当异步电动机定子三相对称绕组通入三相对称电流时，在气隙中产生以同步转速小旋转的圆形旋转磁场。

（2）磁生电。由于旋转磁场与转子绕组存在着相对运动，旋转磁场切割转子绕组，在转子绕组中感应电动势e₂。由于转子绕组自成闭合回路，所以就有电流i₂流过。转子绕组感应电动势的方向由右手定则确定，若略去转子绕组电抗，则感应电动势的方向即是感应电流的方向。
（3）电磁力。转子绕组中的感应电流与旋转磁场相作用，在转子上产生电磁力，电磁力的方向按左手定则判定。电磁力对转轴形成的电磁转矩Tem驱动转子沿着旋转磁场的方向转动。如果转轴带上机械负载，电动机拖动机械负载旋转,对负载做功，将定子绕组输入的三相交流电能转化为轴端输出的机械能。
异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的方向一致，而旋转磁场的转向取决于定子三相电流的相序，因此，三相异歩电动机的转向与定于三相电流的相序一致。要想改变电动机的转向，只要改变定子三相电流的相序，即任意对调电动机的两根电源线即可。
2.转差率
从异步电动机的转动原理分析可知，转子转动的方向虽然与旋转磁场转动方向相同, 但转子的转速n不能达到同步转速n1，即刃n< n1。这是因为，二者如果相等，转子与旋转磁场就不存在相对运动，转子绕组中也就不再感应出电动势和电流，转子不会受到电磁转矩的作用，不可能继续转动。异步电动机转子的转速n与旋转磁场的转速n1存在一定的差异，这是异步电动机产生电磁转矩的必要条件。
定子旋转磁场的转速n1与转子的转速n之差顷△n=n1一 n称为转差。通常将转差（n1一 n）与旋转磁场的转速n1的比值称为异步电动机的转差率，用是s表示，即s=（n1一 n）/ n1
转差率是异步电动机的一个重要参数，在很多情况下，用s表示电动机的转速比宜接用n方便得多，使很多计算分析大为简化。由于异步电动机额定转速n_N 与定子旋转磁场的转速n1接近，所以一般额定转差率s_N在0.01〜0.06之间。当转子静止即n=0时，s= 1 ；当n=n1时，s = 0,因此，异步电动机正常运行时s值的范围是0〜1。
（二）三相异歩电机的三种运行状态
转差率是分析异步电机运行性能的一个重要物理量，根据转差率s的大小和正负可确定异步电机的三种运行状态，即电动机运行状态、发电机/行状态和电磁制动运行状态。
（1）电动机运行状态。从电动机基本工作原理的分析可知，当转子转速小于同步速且与旋转磁场转向相同（n < n1，0 < s < 1）时，异步电机为电动机运行状态。这时，转子感应电流与旋转磁场相互作用，在转子上产生电磁力，并形成电磁转矩，如图5-6 （b）所示，图中N、S表示定子旋转磁场的等效磁极；转子导体中的“X”和“●”表示转子感应电动势及电流的有功分量方向；表示转子受到的电磁力。由分析判断可知：电磁转矩方向与转子转向相同，为驱动性质。电机在电磁转矩作用下克服制动的负载转矩做功，向负载输出机械功率。也就是说，电机把从电网吸收的电功率转换为机械功率，输送给转轴上的负载。
可见，当转差率为0 < s < 1时，异步电机处于电动机运行状态。
（2）发电机运行状态。当原动机驱动异步电机，使其转子转速n超过旋转磁场的转速n1，且两者同方向（n > n1，一 ∞< s < 0）时，定子旋转磁场切割转子导体，产生的转子电流与电动机状态时相反。定子旋转磁场与该转子电流相互作用，将产生制动性质的电磁力和电磁转矩，如图5-6（C）所示。若要维持转子转速n大于n1，原动机必须向异步电机输入机械功率，克服电磁转矩做功，将输入的机械功率转化为定子侧的电功率输送给电网.此时，异步电机运行于发电机状态。
三相异歩电机的三种运行状态

可见，当转差率为一 ∞< s < 0。时，异步电机处于发电机运行状态。
（3）电磁制动运行状态。异步电机定于绕组流入三相交流电流产生转速为n1的旋转磁场，同时，一个外施转矩驱动转子以转速n逆着旋转磁场的方向旋转（n < 0，s > 1）, 这时定子旋转磁场切割转子导体的方向与电动机状态相同，产生的电磁力和电磁转矩与电动机状态相同，但电磁转矩方向与电机转向相反，是制动性质的，如图5-6 （a）所示。这种由电磁感应产生制动作用的运行状态称为电磁制动运行状态。此时，一方面定子从电网吸收电功率，另一方面驱动转子旋转的外加转矩克服电厳转矩做功，向异步电机输入机械功率，两方面输入的功率都转变为电机内部的热能消耗掉。
可见，当转差率为1< s < ∞时，异步电动机处于电磁制动运行状态。

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