三相電動機

三相電動機是指當電動機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相交流電後，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，並且電機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。 ^[1] 

又稱三相感應電動機。需要三相電源供電的異 步電動機。三相電流通過定子繞組時，產生旋轉磁 場，在轉子繞組中產生感應電流，磁場與電流相互作 用產生電磁轉矩，使電動機旋轉。按轉子繞組的不 同，有鼠籠式和繞線式兩種類型。

三相異步電動機由於具有結構簡單、價格低廉、堅固耐用，製造、使用和維修方便等優點，並且它還具有較高的效率及接近於恆速的負載特性，故能滿足絕大部分工農業生產機械的拖動要求。因而它是各類電動機中產量最大、應用最廣的一種電動機。據統計，在全國電動機使用總量中有大約80%以上是三相異步電動機，由此可見其重要性和影響力。三相異步電動機的缺點是功率因數低、調速性能差，但由於交流電子調速技術的迅猛發展，使其調速性能也有了長足進步，這必將進一步擴大它的應用範圍。

圖1-12所示為一台最簡單的三相異步電動機定子和轉子。若在定子繞組內通入三相交流電，即會產生一個同步轉速n₁的旋轉磁場。在t₀瞬時，其磁場分佈將如圖所示。當 磁場以n₁速度順時針方向旋轉時，由於轉子導體與旋轉磁場間產生相對運動而在轉子導體內產生感應電勢，該電勢方向可用發電機右手定則確定。在應用右手定則時必須注意，右手定則所指的磁場是靜止的，是導體去切割磁力線。而異步電動機的情況卻與此相反，因此在這裏可將磁場看作不動，導體則以逆時針（即反向運動）去切割磁力線。這樣，根據右手定則可以確定、轉子導體上半部的感應電勢方向是由裏向外的，用箭頭“⊙”表示；導體下半部的感應電勢方向則是由外向裏的，用箭尾“”表示。由於轉子導體兩端是被短路環短接的，在感應電勢的作用下，轉子導體內將產生與感應電勢方向基本一致的感應電流（由於轉子導體中存在感抗，故兩者將相差一個φ角）。這些載有電流且又自成迴路的轉子導體，在旋轉磁場中又將會受到作用力，其方向則可用電動機左手定則來確定，如圖1-12所示。這些作用於轉子導體上的電磁力則在轉子的轉軸上形成轉矩（稱為電磁轉矩），其作用方向與定子旋轉磁場方向相同，因此轉子就順着旋轉磁場的方向轉動起來。必須指出，轉子的轉速n永遠小於旋轉磁場的同步轉速n₁。若n=n₁，轉子導體將不會切割磁力線，也就不產生感應電勢、電流和電磁轉矩。由此可見，異步電動機轉子的轉速n總是低於旋轉磁場的同步轉速n₁，這樣旋轉磁場才能保持對轉子導體的切割而使其產 生感應電動勢。實際應用中的異步電動機定子磁場不是靜止讓轉子導體切割的，而它是依靠交流電源在定子繞組中的作用所產生的旋轉磁場去切割轉子導體的。 ^[2] 

三相同步電機是交流旋轉電機的一種，因其轉速恆等於三相同步轉速而得名。三相同步電機主要用作發電機，也可用作電動機和調相機。現代電力工業中，無論是火力發電、水力發電，還是核能發電，幾乎全部採用三相同步發電機。

三相同步電動機由於具有在電源電壓波動或負載轉矩變化時，仍可保持其轉速恆定不變的良好特性，因而被廣泛應用於驅動不要求調速和功率較大的機械設備中，如軋鋼機、透平壓縮機、鼓風機、各種泵和變流機組等；或者用於驅動功率雖不大，但轉速較低的各種球磨機和往復式壓縮機；還可用於驅動大型船舶的推進器等。近年來，由於可控硅變頻裝置技術日漸成熟和大型化，使同步電動機也能夠通過變頻而作調速運行。因此，在一定的控制方式下，三相同步電動機的運行特性與他勵式直流電動機的工作特性相似，從而更擴大了它的使用範圍。

同步電動機的工作原理如圖1-18所示，在圖1-18（a）中的N極下有一根接入電流的 導體，其電流方向為從書內流向讀者，根據電動機左手定則可知該導體的運動方向是由左邊移向右邊。假設這根導體在固定磁極下所通過的是交變電流，則將會因下半周時電流的方向相反，從而使導體受到反方向的力，因此在該交變電流的整個週期中導體所受的合成力矩為零，故電動機不能轉動。如果電動機的磁極由直流電產生固定的極性，同時在電樞繞組中引入交變電流，此時我們發現仍不能使電動機轉動，這也就是説同步電動機它本身 並不具有起動轉矩。

假如我們設法把該導體在N極下順着作用力方向推動，並且使導體在進入S極下的時候恰好改變其電流方向，那麼在S極下作用力的方向可保持不變，這就是同步電動機工作時的情形。當導體以這樣每半週轉一磁極的速率向前移動時，導體與磁場間就可連續產生方向不變的電磁力矩。

同步電動機的運行，也可以理解為是由於經定子電流產生的旋轉磁場和轉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生的旋轉磁場，當轉子以同步的速率轉動時，這些定子旋轉磁場的磁極和轉子上異性磁極NF、SF間的吸力，可以使轉子被定子旋轉磁場拖帶着保持同步的轉速而旋轉。

三相同步電動機定子上具有對稱的三相繞組，它的轉子則是由與定子繞組有相同極數的固定極性磁極組成，該固定極性磁極是由接入磁極勵磁繞組中的直流電流所產生的，圖1-19所示為一台三相4極同步電動機的結構示意圖。當該電動機定子上的對稱三相繞組接上對稱三相電源，並流過對稱三相電流後，就會在電動機的氣隙中產生一個與轉子同極數的旋轉磁場，旋轉磁場的磁極將根據異性相吸的原則吸引轉子磁極以相同的同步轉速旋轉。