5.1.2 三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机工作原理示意图如图5-7所示。在一个可旋转的马蹄形磁铁中,放置一个可以自由转动的笼型绕组,如图5-7(a)所示。当转动马蹄形磁铁时,笼型绕组就会跟着它向相同的方向旋转。这是因为磁铁转动时,它的磁场与笼型绕组中的导体(即导条)之间产生相对运动,若磁场逆时针方向旋转,相当于转子导体顺时针方向切割磁力线,根据右手定则可以确定转子导体中感应电动势的方向,如图5-7(b)所示。由于导体两端被金属端环短路,因此在感应电动势的作用下,导体中就有感应电流流过,如果不考虑导体中电流与电动势的相位差,则导体中感应电流的方向与感应电动势的方向相同。这些通有感应电流的导体在磁场中会受到电磁力f的作用,导体受力方向可根据左手定则确定。因此,在图5-7(b)中,N极范围内的导体受力方向向左,而S极范围内的导体的受力方向向右,这是一对大小相等、方向相反的力,因此就形成了电磁转矩Te,使笼型绕组(转子)朝着磁场旋转的方向转动起来。这就是异步电动机的简单工作原理。

图5-7 三相异步电动机工作原理示意图

实际的三相异步电动机是利用定子三相对称绕组通入三相对称电流而产生旋转磁场的,这个旋转磁场的转速ns又称为同步转速。三相异步电动机转子的转速n不可能达到定子旋转磁场的转速,即电动机的转速n不可能达到同步转速ns。因为,如果达到同步转速,则转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动,因而在转子导体中就不能产生感应电动势和感应电流,也就不能产生推动转子旋转的电磁力f和电磁转矩Te,所以,异步电动机的转速总是低于同步转速,即两种转速之间总是存在差异,异步电动机因此而得名。由于转子电流是由感应产生的,故这种电动机又称为感应电动机。

旋转磁场的转速为

   (5-1)   

可见,旋转磁场的转速ns与电源频率f1和定子绕组的极对数p有关。

例如:一台三相异步电动机的电源频率f1=50Hz,若该电动机是四极电机,即电动机的极对数p=2,则该电动机的同步转速,而该电动机的转速n应略低于1500r/min。