三相異步電動機的定子繞組是一個空間位置對稱的三相繞組，如果在定子繞組通入三相對稱的交流電流，就會在電動機內(nèi)部建立起一個恒速旋轉的磁場，稱為旋轉磁場，它是異步電動機工作的基本條件。因此，有必要先說明旋轉磁場是如何產(chǎn)生的，有什么特性，然后再討論異步電動機的工作原理。

一、旋轉磁場

（一）旋轉磁場的產(chǎn)生

圖3—1為最簡單的三相異步電動機的定子繞組，每相繞組只有一個線圈，三個相同的線圈U1—U2、V1—V2、W1—W2在空間的位置彼此互差120°，分別放在定子鐵心槽中。當把三相線圈接成星形，并接通三相對稱電源后，那么在定子繞組中便產(chǎn)生三個對稱電流，即：

              i_U=I_msinωt

              i_v=I_msin(ωt­­­­­−120°)                                       （3—1）

i_w=I_msin(ωt+120°)　                                    

其波形如圖3—2所示。

電流通過每個線圈要產(chǎn)生磁場，而現(xiàn)在通過定子繞組的三相交流電流的大小及方向均隨時間而變化，那么三個線圈所產(chǎn)生的合成磁場是怎樣的呢？這可由每個線圈在同一時刻各自產(chǎn)生的磁場進行疊加而得到。假如電流由線圈的始端流入、末端流出為正，反之則為負。電流流入端用“_⊕”表示，流出端用“⊙”表示。下面就分別取t=0、T/6、T/3、T/2四個時刻所產(chǎn)生的合成磁場作定性的分析（其中T為三相電流變化的周期）。

圖3—1   三相異步電動機最簡單的定子繞組            圖3—2    三相電流的波形

當t=0時，由三相電流的波形可見，電流瞬時值i_U=0，i_v為負值，i_w為正值。這表示U相無電流，V相電流是從線圈的末端V2流向首端V1，W相電流是從線圈的始端W1流向末端W2，這一時刻由三個線圈電流所產(chǎn)生的合成磁場如圖3—3a所示。它在空間形成二極磁場，上為S極，下為N極（對定子而言）。設此時N、S極的軸線（即合成磁場的軸線）為零度。

                             圖3—3   兩極旋轉磁場

 a)t=0；b)t=T/6；c)t=T/3；d)t=T/2

當t=T/6時，U相電流為正，由U1端流向U2端，V相電流為負，由V2端流向V1端，W相電流為零。其合成磁場如圖3—3b所示，也是一個兩極磁場，但N、S極的軸線在空間順時針方向轉了60°。

當t=T/3時，i_U為正，由U1端流向U2端，i_v=0，i_w為負，由W2端流向W1端，其合成磁場比上一時刻又向前轉過了60°，如圖3—3c所示。

用同樣的方法可得出當t=T/2時，合成磁場比上一時刻又轉過了60°空間角。由此可見，圖3—3描述的是一對磁極的旋轉磁場。但電流經(jīng)過一個周期的變化時，磁場也沿著順時針方向旋轉一周，即在空間旋轉的角度為360°。

上面分析說明，當空間互差120°的線圈通入對稱的三相交流電流時，在空間就產(chǎn)生了一個旋轉磁場。

國產(chǎn)的異步電動機的電源頻率通常為50Hz。對于已知磁極對數(shù)的異步電動機，可得出對應的旋轉磁場的轉速，如表3—1所示。

                表3—1     異步電動機磁極對數(shù)和對應的旋轉磁場的轉速關系表

（二）旋轉磁場的轉向

由圖3—3中各個瞬間磁場變化，可以看出，當通入三相繞組中電流的相序為i_U→i_v→i_w，旋轉磁場在空間是沿繞組始端U→V→W方向旋轉的，在圖中即按順時針方向旋轉。如果把通入三相繞組中的電流相序任意調(diào)換其中兩相，例如，調(diào)換V、W兩相，此時通入三相繞組電流的相序為i_U→i_w→i_v,則旋轉磁場按逆時針方向旋轉。由此可見，旋轉磁場的方向是由三相電流的相序決定的，即把通入三相繞組中的電流相序任意調(diào)換其中的兩相，就可改變旋轉磁場的方向。

二、三相異步電動機的工作原理

（一）異步轉動原理

由上面分析可知，如果在定子繞組中通入三相對稱電流，則定子內(nèi)部產(chǎn)生某個方向轉速為n₁的旋轉磁場。這時轉子導體與旋轉磁場之間存在著相對運動，切割磁力線而產(chǎn)生感應電動勢。電動勢的方向可根據(jù)右手定則確定。由于轉子繞組是閉合的，于是在感應電動勢的作用下，繞組內(nèi)有電流流過，如圖3—4所示。轉子電流與旋轉磁場相互作用，便在轉子繞組中產(chǎn)生電磁力F。力F的方向可由左手定則確定。該力對轉軸形成了電磁轉矩T_em，使轉子按旋轉磁場方向轉動。異步電動機的定子和轉子之間能量的傳遞是靠電磁感應作用的，故異步電動機又稱感應電動機。

轉子的轉速n是否會與旋轉磁場的轉速n₁相同呢？回答是不可能的。因為一旦轉子的轉速和旋轉磁場的轉速相同，二者便無相對運動，轉子也不能產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，也就沒有電磁轉矩了。只有二者轉速有差異時，才能產(chǎn)生電磁轉矩，驅使轉子轉動?？梢?，轉子轉速n總是略小于旋轉磁場的轉速n₁。正是由于這個關系，這個電動機被稱為異步電動機。

由上式可知n₁與n有差異是異步電動機運行的必要條件。通常把同步轉速n₁與轉子轉速n二者之差稱為“轉差”，“轉差”與同步轉速n₁的比值稱為轉差率(也叫滑差率)，用s表示，即s=（n₁−n）/ n₁ 。

圖3—4   異步電動機工作原理圖

轉差率s是異步電動機運行時的一個重要物理量，當同步轉速n₁一定時，轉差率的數(shù)值與電動機的轉速n相對應，正常運行的異步電動機，其s很小，一般s=0.01~0.05。

（二）異步電動機空載和負載運行

 要使異步電動機運行，必須產(chǎn)生足夠大的電磁轉矩。電動機空載運行時，它產(chǎn)生的電磁力必須克服軸與軸之間的摩擦和轉子旋轉所受風阻等產(chǎn)生的空載轉矩，即T_em=T₀，電動機才能穩(wěn)定運行。而T₀一般很小，所以電磁轉矩也很小，但其轉速很高，幾乎接近同步轉速。

異步電動機軸上帶負載轉動時，也必須符合動力學的規(guī)律，即只有在電動機的電磁轉矩與機械負載的反抗力矩相平衡時，即T_em=T_L時，電動機才能以恒速運行。如果電動機的電磁轉矩大于反抗力矩，即T_em>T_L時，電動機將產(chǎn)生加速運行。反之，如果T_em<T_L，則電動機將減速運轉。

異步電動機是依靠轉子轉速的變化，來調(diào)整電動機的電磁能量，從而使電動機的電磁轉矩得到相應的改變，以適用于負載變化的需要來實現(xiàn)新的平衡。當電動機以穩(wěn)定的轉速n運行時，假如由于某種原因，負載轉矩突然降低，即變?yōu)門_em>T_L，電動機將作加速旋轉，轉子感應電動勢和電流減小，從而使電磁轉矩減小，直到電磁轉矩與新的反抗轉矩相平衡，此時電動機在高于原轉速n的情況下穩(wěn)定運行。反之轉矩由于某種原因增大時，電動機將最終穩(wěn)定運行在低于原轉速的情況下。

（三）三相異步電動機的電磁關系

三相異步電動機的電磁關系與變壓器的很相似。異步電動機的定子繞組相當于變壓器的一次繞組，轉子繞組相當與變壓器的二次繞組，只不過是短路的繞組。但三相異步電動機的每相繞組不像變壓器那樣集中的繞在鐵心上，而是分布在鐵心內(nèi)壁的槽內(nèi)，每一相繞組是由許多沿周圍分布的線圈串聯(lián)而成的。另外，三相異步電動機的磁路中有一個較大的空氣隙。三相異步電動機的每相電路如圖3—5所示。

圖3—5  三相異步電動機的每相電路