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,电动机的旋转方向:三相异步电动机要其旋转起来先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子绕组中的三个绕组在空间位置上也相隔120度。这样,当定子绕阻通入三相电源时,定子绕阻会产生一个旋转磁场,电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流变化是同步的,旋转磁场的转速为n=60f/p 式中f为电源频率,p是磁场的极对数,n是每分钟转速。
旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关,相序A、B、C顺时针排列,磁场则顺时针旋转,若把三根电源中的任意两根对调,如将B相电流通入C相,,C相电流通入B相绕组中,相序为C、B、A,则磁场必然逆时针方向旋转,利用这一特性我们可以很方便地改变电动机的方向。
一般情况下,电动机的实际转速n,低于旋转磁场n1,因为假设n=n1则转子导条与旋转磁场就没有想对运动,就不会切割磁力线,也就不会产生磁转矩,所以转子的转速n必然小于n1为此,我们称三相电动机为异步电动机。
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,于此相反。
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(d)①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,上方式北极,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(d)②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(d)③ 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结构完全相同、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许,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。