搞電機(jī)修理的朋友小G承修一臺(tái)進(jìn)口電機(jī)，因不懂英文，請(qǐng)Ms.參幫忙看看。當(dāng)小G聽明白Ms.參的解釋后，問Ms.參為何異步電機(jī)又被稱之為電機(jī)？Ms.參隨后的說明令小G頗為意外，他沒想到其中還寓意了異步機(jī)旋轉(zhuǎn)原理。

今天Ms.參就以異步機(jī)原理為論題核心，詮釋異步機(jī)中“異步”與“感應(yīng)”這兩種如影隨形的情況，探討三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性。

三相合成磁勢(shì)基波——旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)

在“三相合成磁勢(shì)基波是如何旋轉(zhuǎn)起來的？”一文中，Ms.參以數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式論證了交流電樞中的“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”，即在空間上互差120度電角度的三相對(duì)稱繞組流過時(shí)間相位上互差120度的三相對(duì)稱電流時(shí)，三相合成磁勢(shì)基波為旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波，旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波轉(zhuǎn)速為

n1=60f/p(轉(zhuǎn)/分)……（1）

式中f——為電源頻率Hz

p——極對(duì)數(shù)

“異步”與“感應(yīng)”

接觸過進(jìn)口電機(jī)的多有這樣的印象：三相異步電動(dòng)機(jī)的英文名常常為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。個(gè)中緣由在于感應(yīng)產(chǎn)生的電流驅(qū)動(dòng)異步機(jī)旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總滯后于交流電樞電流產(chǎn)生的合成磁勢(shì)基波的“異步”現(xiàn)象則是產(chǎn)生“感應(yīng)”電流的前提。

三相感應(yīng)電機(jī)原理與特性

三相異步或感應(yīng)電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大電氣組件構(gòu)成。定子上嵌有空間對(duì)稱分布的三相繞組；轉(zhuǎn)子有兩種：一種同定子一樣嵌有三相對(duì)稱繞組但工作時(shí)短路，另一種為由導(dǎo)條和短路環(huán)組成的鼠籠繞組。如上所述，當(dāng)定子中通過三相對(duì)稱電流時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)波和定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1。

短路的轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，感應(yīng)產(chǎn)生電流，感生電流處在定子磁場(chǎng)中受到電磁力的作用而帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向順著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向。

與定子類似，對(duì)稱的轉(zhuǎn)子電流在對(duì)稱轉(zhuǎn)子繞組中流動(dòng)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n2與感生電流頻率f2、極對(duì)數(shù)p的關(guān)系與定子中n1、f、p的關(guān)系完全相同，即

n2=60f2/p(轉(zhuǎn)/分)……（2）

設(shè)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，則轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度為n1-n，而轉(zhuǎn)子繞組極對(duì)數(shù)與定子相同，于是感應(yīng)產(chǎn)生電流為每轉(zhuǎn)變化p次、(n1-n)轉(zhuǎn)變化(n1-n)p次，故感應(yīng)電流的頻率為f2=(n1-n)p/60。將f2代入式（2）得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為

n2=60f2/p=60·(n1-n)p/60·/p=n1-n(轉(zhuǎn)/分)……（3）

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為

n2+n=n1-n+n=n1(轉(zhuǎn)/分)……（4）

式（4）表明定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相等(均為n1)、相對(duì)靜止，且無論電機(jī)轉(zhuǎn)速n為多少，這種關(guān)系始終不變。

通常三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1的差值(n1-n)非常小，當(dāng)設(shè)s=(n1-n)/n1時(shí)，s一般在0.01～0.05范圍內(nèi)波動(dòng)，故而三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速近乎等于同步轉(zhuǎn)速，即可按下式分析調(diào)速特性

n=60f/p(轉(zhuǎn)/分)……（5）

由式（5）可見，控制三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1）改變磁極法；2）變頻法。以往多用第一種方法即變極調(diào)速，現(xiàn)如今電力電子技術(shù)迅猛發(fā)展，大功率變頻技術(shù)應(yīng)用非常普遍，變頻法無級(jí)變速已成為調(diào)速應(yīng)用場(chǎng)合的必然選擇。