三相電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)

又稱三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。需要三相電源供電的異 步電動(dòng)機(jī)。三相電流通過定子繞組時(shí)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場(chǎng)與電流相互作 用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。按轉(zhuǎn)子繞組的不 同，有鼠籠式和繞線式兩種類型。

三相異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用，制造、使用和維修方便等優(yōu)點(diǎn)，并且它還具有較高的效率及接近于恒速的負(fù)載特性，故能滿足絕大部分工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械的拖動(dòng)要求。因而它是各類電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的一種電動(dòng)機(jī)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在全國(guó)電動(dòng)機(jī)使用總量中有大約80%以上是三相異步電動(dòng)機(jī)，由此可見其重要性和影響力。三相異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是功率因數(shù)低、調(diào)速性能差，但由于交流電子調(diào)速技術(shù)的迅猛發(fā)展，使其調(diào)速性能也有了長(zhǎng)足進(jìn)步，這必將進(jìn)一步擴(kuò)大它的應(yīng)用范圍。

圖1-12所示為一臺(tái)最簡(jiǎn)單的三相異步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子。若在定子繞組內(nèi)通入三相交流電，即會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同步轉(zhuǎn)速n₁的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在t₀瞬時(shí)，其磁場(chǎng)分布將如圖所示。當(dāng) 磁場(chǎng)以n₁速度順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，該電勢(shì)方向可用發(fā)電機(jī)右手定則確定。在應(yīng)用右手定則時(shí)必須注意，右手定則所指的磁場(chǎng)是靜止的，是導(dǎo)體去切割磁力線。而異步電動(dòng)機(jī)的情況卻與此相反，因此在這里可將磁場(chǎng)看作不動(dòng)，導(dǎo)體則以逆時(shí)針（即反向運(yùn)動(dòng)）去切割磁力線。這樣，根據(jù)右手定則可以確定、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上半部的感應(yīng)電勢(shì)方向是由里向外的，用箭頭“⊙”表示；導(dǎo)體下半部的感應(yīng)電勢(shì)方向則是由外向里的，用箭尾“”表示。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體兩端是被短路環(huán)短接的，在感應(yīng)電勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生與感應(yīng)電勢(shì)方向基本一致的感應(yīng)電流（由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中存在感抗，故兩者將相差一個(gè)φ角）。這些載有電流且又自成回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中又將會(huì)受到作用力，其方向則可用電動(dòng)機(jī)左手定則來確定，如圖1-12所示。這些作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上的電磁力則在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸上形成轉(zhuǎn)矩（稱為電磁轉(zhuǎn)矩），其作用方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同，因此轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來。必須指出，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n₁。若n=n₁，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不會(huì)切割磁力線，也就不產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩。由此可見，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n總是低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n₁，這樣旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能保持對(duì)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的切割而使其產(chǎn) 生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。實(shí)際應(yīng)用中的異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)不是靜止讓轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割的，而它是依靠交流電源在定子繞組中的作用所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)去切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的。

三相電動(dòng)機(jī)是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。

三相同步電機(jī)是交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一種，因其轉(zhuǎn)速恒等于三相同步轉(zhuǎn)速而得名。三相同步電機(jī)主要用作發(fā)電機(jī)，也可用作電動(dòng)機(jī)和調(diào)相機(jī)。現(xiàn)代電力工業(yè)中，無論是火力發(fā)電、水力發(fā)電，還是核能發(fā)電，幾乎全部采用三相同步發(fā)電機(jī)。

三相同步電動(dòng)機(jī)由于具有在電源電壓波動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，仍可保持其轉(zhuǎn)速恒定不變的良好特性，因而被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)不要求調(diào)速和功率較大的機(jī)械設(shè)備中，如軋鋼機(jī)、透平壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、各種泵和變流機(jī)組等；或者用于驅(qū)動(dòng)功率雖不大，但轉(zhuǎn)速較低的各種球磨機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)；還可用于驅(qū)動(dòng)大型船舶的推進(jìn)器等。近年來，由于可控硅變頻裝置技術(shù)日漸成熟和大型化，使同步電動(dòng)機(jī)也能夠通過變頻而作調(diào)速運(yùn)行。因此，在一定的控制方式下，三相同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性與他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)的工作特性相似，從而更擴(kuò)大了它的使用范圍。

同步電動(dòng)機(jī)的工作原理如圖1-18所示，在圖1-18（a）中的N極下有一根接入電流的 導(dǎo)體，其電流方向?yàn)閺臅鴥?nèi)流向讀者，根據(jù)電動(dòng)機(jī)左手定則可知該導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向是由左邊移向右邊。假設(shè)這根導(dǎo)體在固定磁極下所通過的是交變電流，則將會(huì)因下半周時(shí)電流的方向相反，從而使導(dǎo)體受到反方向的力，因此在該交變電流的整個(gè)周期中導(dǎo)體所受的合成力矩為零，故電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。如果電動(dòng)機(jī)的磁極由直流電產(chǎn)生固定的極性，同時(shí)在電樞繞組中引入交變電流，此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)仍不能使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，這也就是說同步電動(dòng)機(jī)它本身 并不具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

假如我們?cè)O(shè)法把該導(dǎo)體在N極下順著作用力方向推動(dòng)，并且使導(dǎo)體在進(jìn)入S極下的時(shí)候恰好改變其電流方向，那么在S極下作用力的方向可保持不變，這就是同步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的情形。當(dāng)導(dǎo)體以這樣每半周轉(zhuǎn)一磁極的速率向前移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體與磁場(chǎng)間就可連續(xù)產(chǎn)生方向不變的電磁力矩。

同步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，也可以理解為是由于經(jīng)定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁極間的吸力所致，如圖1-18（b）所示，Ns、Ss表示交變電流在定子繞組中所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子以同步的速率轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，這些定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極和轉(zhuǎn)子上異性磁極NF、SF間的吸力，可以使轉(zhuǎn)子被定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖帶著保持同步的轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)。

三相同步電動(dòng)機(jī)定子上具有對(duì)稱的三相繞組，它的轉(zhuǎn)子則是由與定子繞組有相同極數(shù)的固定極性磁極組成，該固定極性磁極是由接入磁極勵(lì)磁繞組中的直流電流所產(chǎn)生的，圖1-19所示為一臺(tái)三相4極同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)該電動(dòng)機(jī)定子上的對(duì)稱三相繞組接上對(duì)稱三相電源，并流過對(duì)稱三相電流后，就會(huì)在電動(dòng)機(jī)的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子同極數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極將根據(jù)異性相吸的原則吸引轉(zhuǎn)子磁極以相同的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

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《JB—91型三相電動(dòng)機(jī)斷相保護(hù)器》，是由交叉取樣電路、平衡度檢測(cè)電路和“異等電路組成，能夠?qū)Ω鞣N三相電動(dòng)機(jī)的三類七種斷相故障進(jìn)行保護(hù)。不而且選擇性亦好，各種技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

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