（一）口诀

三相绕组三相电，产生磁场会旋转。

转速称作同步速，六十频率除极半。

电源连接定转向，调换两相方向反。

转子导条切磁线，感应电流流其间。

磁场之中电流体，产生力偶就旋转。

紧赶慢赶追定子，始终要差几步远。

相差转速叫转差，此为异步的来源。

转差比叫转差率，百分数值来核算。

数值多少看负载，重多轻少不一般。

一般电机一到五，较小容量取上限。特殊电机可到十，起动力大特性软。

图5-11 三相异步电动机工作原理模拟试验

（二）说明

1.异步电动机工作原理演示

对图5-11a所示装置，当马蹄形永久磁铁旋转起来以后（图中标出的方向为顺时针方向），其N极和S极之间的磁力线也随之旋转。处于N、S极之间的金属环的两个边就处于切割上述磁力线的状态中，只是切割的方向与磁铁旋转的方向刚好相反，即为逆时针方向（图b中v的方向）。根据电磁感应定律，此时金属环中就会产生感生电流，它的流动方向用右手定则来判定，应为图5-11b中所标出的方向（“⊕”表示流进，“☉”表示流出）。这样，金属环就成为一个处在磁场中的通电导体了。通电导体在磁场中将受到电磁力F的作用，其受力方向用左手定则判定。图中金属环处在磁场中的两个边的受力方向刚好和磁铁旋转的方向相同，即顺时针方向。金属环受力后，产生一个力矩，并以其轴线为旋转轴心沿顺时针方向旋转起来，但它的旋转速度始终不会达到磁铁旋转的速度。可以想象，如果达到了磁铁的旋转速度，它和磁铁之间就没有了相对运动，也就不再切割磁力线了，不切割磁力线就不会产生感生电流，当然也就没有了电磁力的作用，即没有了旋转的动力，势必使其减速和磁铁拉开一定的距离。这种金属环和磁铁旋转转速不相同的现象，被形象地称为“不同步”，换一句说法就是“异步”。

如果设法用电能产生上述磁铁旋转带来的“旋转磁场”，就会出现一个电动机。交流电动机的定子就是为此设计的。

图5-12 两极三相异步电动机定子旋转磁场形成和转子转动原理

2.三相交流异步电动机定子旋转磁场的形成原理

（1）三相两极异步电动机。如图5-12所示，上面是三相正弦交流电的波形图；下面是一台简单的两极定子三相绕组，每一相只有一个线圈。规定U1、V1、W1分别为三相绕组的首端，U2、V2、W2分别为三相绕组的末端；三相电源正相序为A→B→C，分别对应着与绕组的U1、V1、W1相连接（假设绕组的末端联结在一起，形成星形联结），电流在正半个周期时，从绕组的首端进入，用符号“⊕”（箭尾）表示，从绕组的末端流出，用符号“☉”（箭头）表示，在负半周期时则相反。

当三相绕组通入三相交流电后，利用通电螺线管（将每一相绕组看成是一个螺线管）产生两个磁极的原理，用右手定则判定出三相绕组产生的磁场方向，或者说电磁铁的N、S极。通过图中电源变化一个周期的5个时间点的电流变化看到，三相绕组所形成的磁场的方向也刚好旋转了一圈，旋转方向是顺时针的，刚好与电源和三相绕组连接的相序排列方向相同。

（2）四极异步电动机。四极电动机三相绕组形成旋转磁场的工作原理如图5-13所示，大家可以按上述两极的方法进行分析。可以看出，此时电源变化一个周期，三相绕组形成的磁场转过了半圈（机械角度为180°）。也就是说转速相当于两极电动机的1/2。

图5-13 四极三相异步电动机定子旋转磁场形成和转子转动原理

3.转速与极数的关系

根据前面2极和4极三相绕组形成旋转磁场的理论分析，如果我们再对一台6极、8极、10极、…的电动机进行分析，将得到的结论是，电源变化一个周期，三相绕组形成的磁场将转过1/3圈（机械角度为120°）、1/4圈（机械角度为90°）、1/5圈（机械角度为72°）、…。也就是说，转速相当于2极电机的1/3、1/4、1/5、…。由此可得出结论，三相绕组通入三相交流电后所形成的磁场转速与绕组通电后所形成的磁极数成反比关系。

三相绕组不动，它和铁心组成为电动机的“定子”，我们就将上述三相绕组所形成的旋转磁场叫做定子旋转磁场。该磁场的转速叫做“同步转速”，用符号n_s表示。其单位为“转/分钟”，符号为“r/min”或“R.P.M”。(www.daowen.com)

同步转速n_s与电源频率f和定子绕组的极对数p（极数的1/2）的关系见式（5-1）。这是本口诀“转速称作同步速，六十频率除极半”要表达的内容。

对于f=50Hz的电源，由于60f=（60×50）r=3000r，所以2、4、6、8、10、12极电动机对应的同步转速n_s分别为3000、1500、1000、750、600和500r/min；f=60Hz时，由于60f=（60×60）r=3600r，所以2、4、6、8、10、12极电动机对应的同步转速n_s分别为3600r/min、1800r/min、1200r/min、900r/min、720r/min和600r/min，分别是50Hz电源电动机对应极数的1.2倍。

4.转子转动原理和旋转方向

由于转子导条（绕组的直线部分）和定子旋转磁场有相对运动，而切割定子磁场的磁力线，所以将产生感应电动势，并在转子绕组中产生感应电流，使转子绕组成为处于磁场中的通电导体，进而受到一个电磁力偶的作用而旋转起来，其转向与定子磁场相同。

5.“异步”的来源和转差率

除非有外力拖动，转子的转速将永远达不到定子旋转磁场的转速，这种关系称为“异步”，这种电动机也就被称为“异步电动机”。

转子转速n与定子磁场转速n_s（同步转速）之差，称为“转差”，单位为r/min。该转差与定子旋转磁场转速之比的百分数，称为“转差率”，用s（%）表示，即

例如，用50Hz电源的4极电动机，若转子转速n为1440r/min，则其转差为1500r/min-1450r/min=50r/min，转差率s=（50/1500）×100%=3%。

转差率的大小与电动机的容量大小及品种有关，加额定负载时，一般在1%～5%之间，容量较小的电动机取较大的数值，上百千瓦的电动机可能不足1%。对于同一台电动机，负载越大，转差率也就越大。

6.三相交流电动机改变转向的工作原理

对于三相交流异步电动机，将与三相定子绕组相连接的三相电源线中任意两相连接对调，即可改变通电后转子的转向。所以，所有改变转向的电路最终的目的都是改换电源线中两条连线与电动机三相绕组的连接位置。

为什么这样简单的操作就能改变转向呢？下面回答这一问题。

有关三相异步电动机的起动和运转原理在本节前面已进行介绍，其中2极电动机的运转原理见图5-12，其定子旋转磁场和转子的转向是顺时针的。

如果任意更换两相电源与绕组的连接方位，如将B相改为与W1端连接、C相改为与V1端相接，即V相绕组通过C相电源电流、W相绕组通过B相电源电流，用上述同样的分析方法，可得出三相绕组产生的磁场旋转方向将与前面的接法相反，即改为逆时针方向，如图5-14所示。

7.绕线转子三相异步电动机的起动和运行原理

绕线转子三相异步电动机的转子绕组和普通笼型转子不同点在两个方面：一是由类似定子绕组的线圈组成；二是要通过外接电路形成闭合的回路（外接电路包括转子绕组引出线、集电环、电刷、外接引线和外接电阻等）。

相对而言，其转子绕组切割定子绕组产生的磁场，从而产生感生电流和转矩并旋转起来的过程与前面讲述的笼型转子电动机完全相同。

图5-14 任意调换电源线与定子绕组连接的位置改变转向的原理

要给出的一个关系是，从交流电动机的理论上来讲，在一定范围内，其起动转矩与转子电路的电阻成正比，电流会随着转子电路电阻的增大而降低。所以，可通过改变转子电路的电阻来改变电动机的起动转矩和起动电流。绕线转子电动机就是按这一原理来制作的。

所用起动电阻有实际的各类电阻装置，如铸铁电阻、钢板电阻、电阻丝电阻等，而更常用的是“频敏电阻”。

绕线转子电动机在起动时，先通过外电路使转子接要求的最大电阻，这样就可在通电后得到预想的最大起动转矩和最小起动电流；当电动机起动起来后，再逐渐地减小外接电阻；最后用短路开关将所有的外电阻切断，使转子三相绕组在其引出线端短路（对于有提刷装置的绕线转子电动机，是在转子上的短路开关上短路，此时三相电刷将提起离开集电环表面）。完成起动之后，靠转子本身的绕组运行。外接分段起动电阻绕线转子电动机电路如图5-15所示。

图5-15 外接分段起动电阻绕线转子电动机电路