5.1.3　三相异步电动机旋转磁场的产生及特点

（1）旋转磁场的产生

图5-8为三相异步电动机定子绕组示意图。在图5-8（a）中，导体A与导体X组成一个线圈，导体B与Y、C和Z分别组成另外两个线圈，三个线圈在空间互相相隔120°，每个线圈为一相绕组，三相绕组按图5-8（b）接成星形，并把各相的首端A、B、C接到三相交流电源上，则就有三相交流电流通过相应的定子绕组。在绕组中通过的三相对称电流的变化规律为

i_A=I_msinωt

i_B=I_msin（ωt-120°）

i_C=I_msin（ωt-240°）

式中　ω——定子电流的角频率（rad/s），ω=2πf₁；

f₁——定子电流的频率，Hz；

t——时间，s。

各相电流随时间变化的曲线如图5-9所示。

假定三相交流电流为正值时，电流从绕组的首端流进，而从末端流出，即电流从导体A、B、C流入纸面，用符号表示，而从导体X、Y、Z流出纸面，用符号☉表示。当电流为负值时，则方向相反。当线圈通过电流时，就产生磁场。因为通的是交变电流，故线圈产生的磁场也是交变的。下面具体观察在几个不同瞬时定子三相绕组产生的合成磁场。

当ωt=0°时，由图5-9可以看出，i_A=0，i_B为负值，电流从导体Y流入纸面，从导体B流出纸面；i_C为正值，电流从导体C流入纸面，从导体Z流出纸面。应用右手螺旋定则，可以确定合成磁场的方向。图5-10（a）表示这一瞬时三相绕组电流的分布情况及产生的合成磁场的方向。

当ωt=120°时，由图5-9可知，i_B=0，i_A为正值，i_C为负值。此时三相绕组电流分布情况及所产生的合成磁场如图5-10（b）所示。合成磁场相比ωt=0°时在空间沿顺时针方向转过了120°。

当ωt=240°时，i_A为负值，i_B为正值，而i_C=0，所产生的合成磁场如图5-10（c）所示，这时的合成磁场又比ωt=120°时在空间沿顺时针方向转过了120°。

电流不断地变化，合成磁场的方向也不断旋转。由此得出结论：三相对称绕组（对两极电动机而言，它们的空间位置互差120°）中通入三相对称电流产生的磁场是一个旋转磁场。

（2）旋转磁场的旋转方向

旋转磁场的旋转方向决定于三相电流的相序（即三相电流出现最大值的顺序）。如图5-9和图5-10所示，三相电流按相序A—B—C轮流达到最大值，合成磁场就顺着A—B—C三相绕组排列的方向（顺时针方向）转动；假如电流相序改为A—C—B或B—A—C，合成磁场就按A—C—B或B—A—C三相绕组排列的方向（逆时针方向）旋转。因此，只要把三相异步电动机三根电源线中任意两根线对调一下，使绕组中电流相序改变，磁场旋转方向就随之改变，电动机转子也就反转。

由三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向（即转子的旋转方向）与三相定子绕组产生的旋转磁场的旋转方向相同。倘若要想改变电动机的旋转方向，只要改变旋转磁场的旋转方向就可实现。即只要调换三相电动机中任意两根电源线的位置，就能达到改变三相异步电动机旋转方向的目的，如图5-11所示。

（3）旋转磁场的转速

在图5-8中，定子铁芯只有6个槽，每相绕组只由一个线圈组成。三相电流产生的合成磁场只有一个N极，一个S极，即一对磁极（磁极对数p=1）。由图5-10（a）到图5-10（b），电流变化了120°，旋转磁场在空间转了120°；由图5-10（b）到图5-10（c），电流变化了120°，旋转磁场在空间也转了120°，可以推理，当电流变化一个周期（即360°），旋转磁场也在空间转了一圈（即360°）。若三相交流电的频率f₁为50Hz（即每秒变化50周），则旋转磁场在空间每秒也旋转50转，因此对两极电机而言，旋转磁场每秒的转数与三相交流电频率的数值相同。如用n_s表示旋转磁场的转速（每分钟转数），则n_s=60f₁。

既然一套A、B、C线圈通以三相交流电能产生一个二极旋转磁场，那么沿定子圆周布置两套A、B、C线圈通以三相交流电之后就能产生一个四极旋转磁场。图5-12就是这个四极定子绕组的原理接线图，沿定子圆周有12个槽，共嵌有两套A、B、C线圈，每相绕组由两个线圈串联（或并联）构成，三相绕组为星形连接。将三相交流电通入该三相绕组后，便产生一个四极旋转磁场。

图5-13表示了当ωt=0°、120°、240°、360°时的定子合成磁场分布情况。由图中可以看出，当电流从0°到120°变化了120°时，合成磁场只在空间旋转了60°；当电流从120°到240°变化了120°时，合成磁场仅在空间旋转了60°。可见，当电流变化一个周期，旋转磁场只转过半圈（即180°）。因此，四极旋转磁场（磁极对数p=2的旋转磁场）每分钟的转速为n_s=60f₁/2。以此类推，当旋转磁场具有p对磁极（即定子绕组的极数为2p）时，旋转磁场的转速为

式中　n_s——旋转磁场的转速，r/min；

f₁——电源频率，Hz；

p——磁极对数（例如：对于四极电动机，磁极数=4，极对数=2）。

可见，旋转磁场的转速n_s与电源频率f₁和定子绕组的极对数p有关。