旋转磁场转速与转子转速相同吗

6.1.2　三相异步电动机的工作原理

当三相对称电流通入三相异步电动机的三相对称定子绕组时，就会在空气隙中产生旋转磁场。转子绕组与旋转磁场有相对运动，就在闭合的转子绕组中产生感应电动势，进而产生转子感应电流，转子导体中的电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。如果转子外接生产机械，那么，电磁转矩将克服负载转矩做功，从而实现电能向机械能的转换。为了更深入地理解三相异步电动机的工作原理，应首先清楚旋转磁场是怎样产生的。

1．旋转磁场的产生

假定在三相交流异步电动机的定子铁芯的内圆圆周上，放置着对称的三相定子绕组U₁－U₂、V₁－V₂、W₁－W₂，即三绕组在空间彼此相差120°。如图6-5（b）所示。设U₁、V₁、W₁分别为三相绕组的首端，U₂、V₂、W₂分别为三相绕组的尾端。假定电流参考方向从首端指向末端。

图6-5　两极旋转磁场示意图

现将图6-5（a）中三相对称电流iU、iV、iW通入图6-5（b）中的三相对称绕组中。由于电流随时间变化，所以由电流产生的磁场的分布情况同样随时间变化，选择几个特定的瞬间分析三相电流产生的合成磁场的特点。

（1）ωt=0°（t=0）时

如图6-5（a）所示，ωt=0°时，i_u方向为正，数值为I_m，i_v、i_w方向为负，数值为I_m/2，将各相电流标入图6-5（b）中，由右手螺旋定则可知合成磁场方向为由上向下。

（2）ωt=120°（t=T/3）时

如图6-5（a）所示，ωt=120°时，i_v方向为正，数值为I_m，I_u、I_W方向为负，数值为I_m/2，将各相电流标入图6-5（c）中，由右手螺旋定则可知合成磁场的方向。在图6-5（c）中，此时合成磁场的方向在空间逆时针转动了120°。

（3）ωt=270°（t=2T/3）和ωt=360°时

同理，通过右手螺旋法则可以得出ωt=270°（t=2T/3）和ωt=360°时的合成磁场方向。

通过对以上不同时刻状态的分析可知，三相对称电流通入定子的三相对称绕组后，产生的合成磁场是一个旋转磁场，就像一对磁极在做逆时针方向的旋转一样。旋转磁场的旋转方向与通入定子三相绕组的电流相序有关，即电流相序改变，旋转磁场的旋转方向也会改变。这就是三相交流电流产生的旋转磁场。

以上得到的旋转磁场是一对极，即一对N-S极，极对数p＝1。当定子电流变化一个周期，旋转磁场在空间位置上也正好旋转一周。若电流频率f₁＝50Hz，旋转磁场每分钟的转速n₁为：

n₁=60f₁=3000r/min

需要说明的是，实际上电机定子每相绕组都是由多个线圈绕成的，线圈连接方式不同，旋转磁场的极对数也不同，推广到p对磁极旋转磁场的转速应为：

n₁=60f₁/p

式中，f₁为电源的频率，p为磁极的极对数。

因此，旋转磁场的转速取决于电源频率f₁和磁极的极对数p。由于电源的频率是工频50Hz，对已制成的电动机来说极对数p也是固定的，所以磁场转速n_l是一个常数，被称作为同步转速。表6-1列出了在f₁＝50Hz时，异步电动机不同极对数下旋转磁场n₁的同步转速。

表6-1　异步电动机不同极对数下旋转磁场n ₁的同步转速

2．转子的转动原理

为简便起见，我们以两极三相异步电动机为例说明转子的转动原理，如图6-6所示。

图6-6　转子的转动原理

当异步电动机定子通入三相对称交流电流后，产生以同步转速n ₁旋转的旋转磁场，其磁力线与转子表面的导体产生切割运动，这样，就会在转子导体中产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判断）。由于转子导体相互连接形成闭合回路，所以在导体中产生感应电流，电流的方向与感应电动势的方向相同。定子旋转磁场与转子载流导体的相互作用，使转子导体受到电磁力F（电磁力F的方向由左手定则判定）。由电磁力F产生电磁转矩，带动转子以转速n转动起来，显然转子的转动方向与旋转磁场的旋转方向相同。

电动机转子的转向虽与旋转磁场的方向一致，但转速n不可能达到同步转速n_l，即n＜n₁。因为，若n=n₁，转子与旋转磁场间不存在相对运动，转子绕组不能切割磁力线，感应转子电势、转子电流、电磁力以及电磁转矩都为零，转子也不可能保持以n₁速度继续转动。正是由于转子转速n与旋转磁场的同步转速n₁有一定的差值，所以这种电动机称为异步电动机。由于转子电流是感应产生的，所以异步电动机又称为感应式电动机。

转子转速n与旋转磁场转速n_l间的转差为：

Δn=n₁－n

两转速的相差程度通常用转差率s来表示，即：

s=（n₁－n）/n₁

转差率s是决定异步电动机运行状态的一个重要物理量。在正常运行情况下，异步电动机的转子转速n接近于同步转速n₁，转差率s很小，一般转差率s=0.01～0.06。