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三相异步电动机的原理与应用的研究一、三相异步电动机的工作原理
1.1 三相异步电动机的工作原理
对称三相交流电流通入对称三相绕组时，便产生一个旋转磁场。下面选取各相电流出现最大值的几个瞬间进行分析。
当 =0°时，U相电流达到正最大值，电流从首端U1流入，用 表示，从末端U2流出，用⊙表示；V相和W相电流均为负，因此电流均从绕组的末端流入，首端流出，故末端V2和W2应填上，首端V1和W1应填上⊙，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上。
当 =120°时，V相电流为正的最大值，因此V相电流从首端V1流入，用 表示，从末端V2流出，用⊙表示。U相和W相电流均为负,则U1和W1端为流出电流，用⊙表示，而U2和W2为流入电流，用表示，此时合成磁场的轴线正好位于V相绕组的轴线上，磁场方向已从 =0°时的位置沿逆时针方向旋转了120°。
当 =240°和 =360°时，合成磁场的位置。当 =360°时，合成磁场的轴线正好位于U相绕组的轴线上，磁场方向从起始位置逆时针方向旋转了360°，即电流变化一个周期，合成磁场旋转一周。
由此可见，对称三相交流电流通入对称三相绕组所形成的磁场是一个旋转磁场。旋转的方向从U→V→W，正好和电流出现正的最大值顺序相同，即由电流超前相转向电流滞后相。
如果三相绕组通入负序电流，则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。通过图解法分析可知，旋转磁场的旋转方向也为U→W→V。综上分析可知，三相异步电动机转动的基本工作原则是：
(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场，其转速为异步转速 且
n=60f/p 式中： f为电源频率，单位为Hz； p为电机极对数。
(2)转子导体切割旋转磁场产生感应电动势和电流。
(3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电动机转子转动，其转速小于同步转速。异步电动机的转速不可能达到定子旋转磁场的转速，即同步转速，因为如果到达同步转速，则转子导体与旋转磁场之间没有相对运动，随之在转子导体中不能感应出电势和电流，也就不能产生推动转子的电磁力。因此，异步电动机的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异，异步电动机因此而得名。又因为异步电动机转子电流是通过电磁感应作用产生的，所以又称为感应电动机。
（4）异步电动机的旋转方向始终与旋转磁场的旋转方向一致，而旋转磁场的方向又取决于异步电动机的三相电流相序，因此，三相异步电动机的转向与电流的相序一致。要改变转向，只要改变电流的相序即可，即任意对调电动机的两根电源线，便可使电动机反转。
二、三相异步电动机应用研究
由于三相异步电动机的发展瞬猛，应用非常广泛，无论是在工厂内、商业楼内甚至居民楼内都能见到他们的身影，假如没有三相异步电动机工厂将无法运转、商场将无法正常营业。通常所见的电动机在商场内主要应用形式供暖系统、空调器、排风风机、排烟风机、消防系统、供水系统。介于文章篇幅的关系，本文就以着重谈谈三相异步电动机在节能领域的应用与研究。2.1三相异步电动机节能应用
1.三相异步电动机在应用中药做到节能就要注意下面四点：
（1）选用节能型电动机：
Y系列电动机是全国统一设计的新系列产品,是国内目前较先进的三相异步电动机。20世纪80年代中期即在全国推广应用。其优点是效率高、节能、启动性能好。而目前国内许多老水泥企业仍大量采用JO2系列电动机,相比来说Y系列比JO2系列电动机效率提高了0•413%。因此用Y系列电动机取代旧式电动机势在必行。
（2）合理选用电动机类型：
选择电动机类型除了满足拖动功能外，还应考虑经济运行性能。对于年运行时间大于3000h，负载率大于50%的场合，应选择YX系列高效率的三相异步电动机。与Y系列相比，其效率平均高3%，损耗降低20%一30%，虽然价格高于Y系列电动机，但从长期运行考虑，经济性还是明显的。
同步电动机能提高企业电网的功率因数，降低供电线路损耗，但控制系统繁杂，价格较高。随着异步电动机制造水平的提高，新设备已很少采用。（3）合理选用电动机的额定容量：
国家三相异步电动机3个运行区域作了如下规定：负载率在70%-100%之间为经济运行区；负载率在40%-70%之间为一般运行区；负载率在40%以下为非经济运行区。若电动机容量选得过大，虽然能保证设备的正常运行，但不仅增加了投资，而且它的效率和功率因数也都很低，造成电力的浪费。因此考虑到既能满足水泥厂设备运行需要，又能使其尽可能地提高效率，水泥企业一般负载率保持在60%一100%较为理想。对于负载率小于40%的三角形接法电动机可改为星型接法，以提高其效率。
（4）老式电动机的节能改造
1)更换电动机的外风扇，将电动机的外风扇改为节能型，对于不同型号的电动机，有对应的节能型风扇产品可供选用。主要用于单方向运转的2极和4极电动机，改后可提高效率1.35%一2.55%。
2)采用磁性槽泥代替原来的槽楔，用磁性槽泥进行电动机节能改造后，可降低电动机的铁芯损耗和附加损耗，提高效率，虽然启动转矩会下降10%-20%，但很适应空载或轻载启动的电动机改造。
2.2 三相异步电动机节能研究
1.目前在电机节能方面存在的主要问题（1）旧(淘汰)型电机的使用
我国20世纪七八十年代制造，六七十年代技术水平的J、JO、JO2系列及其相应水平的派生电机，现在约占装机容量的3%～5%，即约2 000万kW，这些电机采用E级绝缘，体积较大，起动性能较差，效率较低。虽经历年改造，但目前我国的少数企业还在使用这类电机，如风机、水泵、车床等使用的主机。另外，早期使用的Y系列电动机，经过1～2次大修，性能变差，效率降低，本应该淘汰，却仍在使用。这类电机占装机容量的15%～20%。
（2）电机负载率低
由于电动机选择不当，富裕量过大或生产工艺变化，使得电动机的实际工作负荷远低于额定负荷，大约占装机容量 30% ～ 40% 的电机在 30% ～50%的额定负载下运行，运行效率过低。如现在我国风机的平均运行效率为 60%，水泵的平均运行效率只有 51%。
（3）电机电源电压不对称或电压过低
由于三相四线制低压供电系统单相负荷的不平衡，使得电动机的三相电压不对称，电机产生负序转矩，增大电机运行中的损耗。另外电网电压长期偏低，使得正常工作的电机电流偏大，因而损耗增大。三相电压的不对称度越大，电压越低，则损耗越大。
（4）负荷调节与转速控制不当
在调节风机的风量与水泵的流量等方面，还有些场合是采用挡板或阀门来调节，使得截流功率损耗大。许多设备还采用机械调速方法，而未采用电气调速。此外，由于调速方法与负载的性质、大小配合不好，转速控制不当，也使得调速过程中的损耗增大。
2.减少有功损耗以提高电动机效率
异步电动机的损耗分为有功损耗与无功损耗两种，减少有功损耗，就能提高电动机的效率，从而达到节能的目的，这可以从两个方面进行 在电机的设计、制造与改进方面对电机进行优化设计与制造要做到：
(1)采用较薄的低损耗硅钢片，减少电机的涡流损耗；加长电机铁芯，用较多的硅钢片达到减少磁密、降低铁损的目的。
(2)采用较大截面的铜导线，缩短绕组端部长度，增大电机的满槽率，达到减小导线电阻与定子电流、降低定子铜损的目的。
3.电动机的节能措施
电动机的节能方法和节能措施
(1)新购电动机，应首先考虑选用高效节能电动机，然后再按需考虑其他性能指标，以便节能电能。
(2)提高电动机本身的效率，如将电动机自冷风扇。可在负荷很小或户外电动机在冬季时停用冷风扇，有利于降低能耗。
(3)将定子绕组改线成星—三角形星混合串接绕组，按负荷大小转换星形接法或三角形接法，有利于改善绕组产生的磁动势波形及降低绕组工作电流，达到高效节能的目的。
(4)采油其他连续调速运行方式，如使用调速器、变极电动机、电磁耦合调速器、变频调速装置等。
(5)更换“大马拉小车”电动机，电动机“大马拉小车”除了浪费电能外，极易造成设备损坏。“小马拉大车” 会损害电动机。另外，合理调整电动机配套使用，可使电动机运行在高效率工作区，达到节能的目的。
(6)合理安装并联低压电容器进行无功补偿，有效地提高功率因数，减少无功损耗，节约电能。
(7)从接火处通往电能表及通往电动机的导线截面应满足再流量，且导线应尽量缩短，减小导线电阻，降低损耗。
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