三相电动机

又称三相感应电动机。需要三相电源供电的异 步电动机。三相电流通过定子绕组时，产生旋转磁 场，在转子绕组中产生感应电流，磁场与电流相互作 用产生电磁转矩，使电动机旋转。按转子绕组的不 同，有鼠笼式和绕线式两种类型。

三相异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、坚固耐用，制造、使用和维修方便等优点，并且它还具有较高的效率及接近于恒速的负载特性，故能满足绝大部分工农业生产机械的拖动要求。因而它是各类电动机中产量最大、应用最广的一种电动机。据统计，在全国电动机使用总量中有大约80%以上是三相异步电动机，由此可见其重要性和影响力。三相异步电动机的缺点是功率因数低、调速性能差，但由于交流电子调速技术的迅猛发展，使其调速性能也有了长足进步，这必将进一步扩大它的应用范围。

图1-12所示为一台最简单的三相异步电动机定子和转子。若在定子绕组内通入三相交流电，即会产生一个同步转速n₁的旋转磁场。在t₀瞬时，其磁场分布将如图所示。当 磁场以n₁速度顺时针方向旋转时，由于转子导体与旋转磁场间产生相对运动而在转子导体内产生感应电势，该电势方向可用发电机右手定则确定。在应用右手定则时必须注意，右手定则所指的磁场是静止的，是导体去切割磁力线。而异步电动机的情况却与此相反，因此在这里可将磁场看作不动，导体则以逆时针（即反向运动）去切割磁力线。这样，根据右手定则可以确定、转子导体上半部的感应电势方向是由里向外的，用箭头“⊙”表示；导体下半部的感应电势方向则是由外向里的，用箭尾“”表示。由于转子导体两端是被短路环短接的，在感应电势的作用下，转子导体内将产生与感应电势方向基本一致的感应电流（由于转子导体中存在感抗，故两者将相差一个φ角）。这些载有电流且又自成回路的转子导体，在旋转磁场中又将会受到作用力，其方向则可用电动机左手定则来确定，如图1-12所示。这些作用于转子导体上的电磁力则在转子的转轴上形成转矩（称为电磁转矩），其作用方向与定子旋转磁场方向相同，因此转子就顺着旋转磁场的方向转动起来。必须指出，转子的转速n永远小于旋转磁场的同步转速n₁。若n=n₁，转子导体将不会切割磁力线，也就不产生感应电势、电流和电磁转矩。由此可见，异步电动机转子的转速n总是低于旋转磁场的同步转速n₁，这样旋转磁场才能保持对转子导体的切割而使其产 生感应电动势。实际应用中的异步电动机定子磁场不是静止让转子导体切割的，而它是依靠交流电源在定子绕组中的作用所产生的旋转磁场去切割转子导体的。

三相电动机是指当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

三相同步电机是交流旋转电机的一种，因其转速恒等于三相同步转速而得名。三相同步电机主要用作发电机，也可用作电动机和调相机。现代电力工业中，无论是火力发电、水力发电，还是核能发电，几乎全部采用三相同步发电机。

三相同步电动机由于具有在电源电压波动或负载转矩变化时，仍可保持其转速恒定不变的良好特性，因而被广泛应用于驱动不要求调速和功率较大的机械设备中，如轧钢机、透平压缩机、鼓风机、各种泵和变流机组等；或者用于驱动功率虽不大，但转速较低的各种球磨机和往复式压缩机；还可用于驱动大型船舶的推进器等。近年来，由于可控硅变频装置技术日渐成熟和大型化，使同步电动机也能够通过变频而作调速运行。因此，在一定的控制方式下，三相同步电动机的运行特性与他励式直流电动机的工作特性相似，从而更扩大了它的使用范围。

同步电动机的工作原理如图1-18所示，在图1-18（a）中的N极下有一根接入电流的 导体，其电流方向为从书内流向读者，根据电动机左手定则可知该导体的运动方向是由左边移向右边。假设这根导体在固定磁极下所通过的是交变电流，则将会因下半周时电流的方向相反，从而使导体受到反方向的力，因此在该交变电流的整个周期中导体所受的合成力矩为零，故电动机不能转动。如果电动机的磁极由直流电产生固定的极性，同时在电枢绕组中引入交变电流，此时我们发现仍不能使电动机转动，这也就是说同步电动机它本身 并不具有起动转矩。

假如我们设法把该导体在N极下顺着作用力方向推动，并且使导体在进入S极下的时候恰好改变其电流方向，那么在S极下作用力的方向可保持不变，这就是同步电动机工作时的情形。当导体以这样每半周转一磁极的速率向前移动时，导体与磁场间就可连续产生方向不变的电磁力矩。

同步电动机的运行，也可以理解为是由于经定子电流产生的旋转磁场和转子磁极间的吸力所致，如图1-18（b）所示，Ns、Ss表示交变电流在定子绕组中所产生的旋转磁场，当转子以同步的速率转动时，这些定子旋转磁场的磁极和转子上异性磁极NF、SF间的吸力，可以使转子被定子旋转磁场拖带着保持同步的转速而旋转。

三相同步电动机定子上具有对称的三相绕组，它的转子则是由与定子绕组有相同极数的固定极性磁极组成，该固定极性磁极是由接入磁极励磁绕组中的直流电流所产生的，图1-19所示为一台三相4极同步电动机的结构示意图。当该电动机定子上的对称三相绕组接上对称三相电源，并流过对称三相电流后，就会在电动机的气隙中产生一个与转子同极数的旋转磁场，旋转磁场的磁极将根据异性相吸的原则吸引转子磁极以相同的同步转速旋转。

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