三相异步电动机的主要工作原理是什么？图解分析

当向三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。

好的，我们来详细解析三相异步电动机（也称为感应电动机）的主要工作原理，并结合图解进行说明。

核心原理： 利用三相交流电产生的旋转磁场与转子导体中的感应电流相互作用，产生电磁转矩，从而使转子转动。

其工作过程主要包含两个关键环节：

旋转磁场的产生 (定子作用)
电磁转矩的产生 (转子作用)

图解分析：

想象一个非常简化的模型（如下图）：

定子： 电动机的固定部分，内部嵌有3组线圈绕组（A相、B相、C相），它们在空间上均匀分布（相隔120°电角度）。
转子： 电动机的旋转部分，内部嵌有导条（通常是铝或铜），两端用短路环连接起来，像一个笼子，因此常称为“鼠笼式转子”。（也有绕线式转子，但鼠笼式最常见）。

步骤分解：

产生旋转磁场（由定子完成）：
- 给三相定子绕组通入对称的三相交流电（即相位差120°，频率相同，幅值相等）。
- 每相绕组单独通电时都会产生一个按正弦规律变化的脉振磁场。
- 由于三个绕组在空间上相隔120°，并且通入的电流在时间上也存在120°的相位差，这三个脉振磁场相互作用合成一个空间上随时间不断旋转的磁场，这就是旋转磁场。
- 磁场转速 (同步转速 ns)： 旋转磁场的转速取决于电流频率 (f) 和定子的磁极对数 (p)。计算公式：ns = 120f / p (单位：转/分)。
- 图解： 设想下图在 t0、t1、t2、t3 时刻，定子绕组中的电流大小和方向不断变化，导致合成磁场的方向（图中N-S轴线）在空间连续旋转。 (简化的三相(两极)定子旋转磁场形成示意图，箭头表示当前时刻合成磁场方向)
在转子中产生感应电流：
- 旋转磁场以同步转速 ns 在空间旋转。
- 关键点： 初始状态时，转子是静止的 (n=0)。因此，转子导条（导体）与旋转磁场之间存在相对运动。转子导条会切割旋转磁场的磁力线。
- 根据电磁感应定律（法拉第定律）：导体切割磁力线会产生感应电动势（EMF）。
- 由于转子导条被短路环连接形成闭合回路，感应电动势就会在导条中产生感应电流（也称为涡流、次级电流）。
- 图解： 旋转磁场的磁力线（比如N极到S极的磁力线）以相对于转子导条的速度 ns 扫过。导体切割磁力线，产生感应电流 I转子（电流方向通常用右手定则判断：磁场方向、运动方向、电流方向）。
产生电磁转矩驱动转子旋转：
- 转子导条中流过感应电流 I转子。
- 这个处于旋转磁场中的载流导体（转子导条），会受到电磁力（安培力）的作用。
- 根据安培定律（电机左手定则）：伸出左手，磁场 B（由N指向S）指向手心，四指指向电流 I转子 方向，则拇指方向就是导条所受电磁力 F 的方向。
- 所有的转子导条受到的电磁力形成一个电磁转矩。
- 这个电磁转矩驱动转子沿着旋转磁场相同的方向旋转起来。
“异步”的含义：
- 转子开始旋转后，其转速 n 会逐渐上升。
- 但转子的转速 n 永远小于旋转磁场的同步转速 ns。
- 原因：如果转子转速 n 等于 ns（即没有转速差 Δn = ns - n = 0），那么转子导体与旋转磁场之间就没有了相对运动，就无法切割磁力线，感应电动势 E 为0，感应电流 I转子 也为0，电磁转矩也就消失。没有转矩，转子会减速。一旦减速，转速差 Δn 又出现，转矩重新产生。
- *转速差 (Δn = ns - n) 或转差率 (`s = (ns - n) / ns 100%`) 是维持转子感应电流和电磁转矩的根本原因。因此，转子的转速永远追赶但追不上旋转磁场的转速，这种电动机被称为异步**电动机。

总结工作流程：

三相交流电 → 定子绕组 → 产生旋转磁场 (ns) → 切割静止转子导体 → 转子产生感应电动势 (E) → 形成转子感应电流 (I)
      ↓
      相互作用 (安培力)
      ↓
转子导体受力 → 产生电磁转矩 (T) → 驱动转子旋转 (n < ns) → 维持转速差 (s) → 持续切割磁场 → 持续工作。

关键图解要素回顾：