三相交流异步感应电动机中的异步含义是什么，三相异步驱动主机没有冗余制动

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《三相交流异步感应电动机之异步含义及其相关特性探究》

一、三相交流异步感应电动机中“异步”的含义

在三相交流异步感应电动机中，“异步”是一个关键的概念，所谓“异步”，是指电动机的转子转速与定子旋转磁场的转速不同步。

定子绕组通入三相交流电后，会在电机内部产生一个旋转磁场，这个旋转磁场的转速n₁（同步转速）与电源频率f和电机的磁极对数p有关，其计算公式为n₁ = 60f / p，对于一个两极（p = 1）的电机，在50Hz的电源下，同步转速n₁ = 3000转/分钟。

而转子的转速n₂总是低于同步转速n₁，这是因为转子是通过感应定子旋转磁场产生感应电动势和感应电流，进而受到电磁力的作用而旋转的，如果转子转速达到了同步转速，那么转子与旋转磁场之间就不存在相对运动，转子绕组就不会切割磁力线，也就不会产生感应电动势和感应电流，转子也就无法获得电磁转矩继续转动了，转子转速n₂必然小于同步转速n₁，两者之间存在一个转速差Δn = n₁ - n₂，这个转速差与同步转速的比值称为转差率s，即s=(n₁ - n₂)/n₁，转差率是异步电动机的一个重要参数，它反映了转子与旋转磁场之间的相对运动程度。

二、三相异步电动机的工作原理与异步特性的关联

1、电磁感应原理

- 当定子绕组通入三相交流电时，产生的旋转磁场以同步转速n₁旋转，这个旋转磁场切割转子绕组，根据电磁感应定律，在转子绕组中产生感应电动势，由于转子绕组是闭合的（鼠笼式转子的导条相当于闭合绕组），所以在感应电动势的作用下产生感应电流。

- 感应电流又处于定子旋转磁场中，根据安培力定律，转子导条会受到电磁力的作用，电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子旋转，由于转子转速n₂小于同步转速n₁，所以旋转磁场能够持续切割转子绕组，不断产生感应电动势和感应电流，从而维持转子的转动。

2、能量转换过程

- 三相异步电动机从电源输入电能，在定子绕组中建立旋转磁场，电能通过电磁感应传递到转子，转子获得机械能输出，在这个过程中，由于存在转差率，部分电能会以铜损（转子绕组电阻损耗）、铁损（铁芯中的磁滞和涡流损耗）等形式消耗掉。

- 异步电动机的效率与转差率密切相关，在额定负载下，转差率一般较小，此时电动机的效率较高，当负载变化时，转差率也会发生变化，从而影响电动机的运行特性，当负载增大时，转子转速n₂会降低，转差率s增大，转子感应电动势和电流增大，电磁转矩也增大，以满足负载的需求。

三、三相异步电动机的启动与异步特性

1、启动过程

- 三相异步电动机在启动瞬间，转子静止，即n₂ = 0，此时转差率s = 1，启动电流很大，一般可以达到额定电流的4 - 7倍，这是因为在启动时，转子与旋转磁场的相对速度最大，转子绕组切割磁力线的速度最快，感应电动势和感应电流最大。

- 大的启动电流会对电网造成冲击，同时也可能影响电机自身的寿命，为了减小启动电流，通常采用一些启动方法，如星 - 三角启动、自耦变压器降压启动等，这些启动方法都是利用改变定子绕组的连接方式或者降低定子电压来减小启动电流，在启动过程中，随着转子转速的逐渐升高，转差率s逐渐减小，启动电流也逐渐减小。

2、启动转矩

- 启动转矩与转差率也有关系，在一定范围内，转差率增大时，启动转矩也会增大，但是当转差率增大到一定程度后，由于转子电阻等因素的影响，启动转矩会达到最大值，然后随着转差率的进一步增大而减小，对于一些重载启动的设备，需要确保电动机有足够的启动转矩，所以要根据实际情况选择合适的电动机类型和启动方式。

四、三相异步电动机的运行特性与异步特性

1、机械特性

- 三相异步电动机的机械特性曲线描述了电磁转矩T与转子转速n₂（或转差率s）之间的关系，在机械特性曲线的稳定运行区，随着负载转矩的增加，转子转速会略有下降，转差率会增大，电磁转矩也会相应增大以平衡负载转矩，当负载转矩超过电动机的最大转矩时，电动机就会失速停转。

- 不同类型的异步电动机（如鼠笼式和绕线式）的机械特性有所不同，鼠笼式异步电动机结构简单、坚固，但启动性能和调速性能相对较差；绕线式异步电动机通过在转子绕组中串接电阻等方式，可以改善启动性能和实现一定程度的调速。

2、调速特性

- 由于三相异步电动机的转速n₂=(1 - s)n₁，所以可以通过改变转差率s来实现调速，常见的调速方法有变频调速、变极调速和改变转差率调速等。

- 变频调速是通过改变电源频率来改变同步转速n₁，从而实现调速，这种调速方法效率高、调速范围广，是目前应用最为广泛的异步电动机调速方法，变极调速是通过改变定子绕组的磁极对数p来改变同步转速n₁，这种方法调速是有级调速，不能实现平滑调速，改变转差率调速对于绕线式异步电动机可以通过在转子电路中串接电阻或电抗来实现，对于鼠笼式异步电动机可以采用调压调速等方法，但这些调速方法的效率相对较低。

五、三相异步电动机的异步特性对其应用的影响

1、在工业领域的应用

- 在工业生产中，三相异步电动机被广泛应用于各种机械设备，如风机、水泵、压缩机等，由于其结构简单、可靠性高、成本低等优点，非常适合这些连续运行、对调速性能要求不是特别高的设备，在风机应用中，风机的负载转矩与转速的平方成正比，三相异步电动机可以根据风机的负载特性稳定运行，并且在需要调节风量时，可以采用一些简单的调速方法，如改变电机的极数或者采用变频调速。

- 对于一些需要频繁启动和停止的工业设备，如机床的进给电机等，异步电动机的启动特性需要考虑，虽然启动电流较大，但通过合适的启动方法可以满足设备的启动要求，异步电动机的过载能力也能保证在设备偶尔过载的情况下正常运行。

2、在日常生活中的应用

- 在日常生活中，三相异步电动机也有广泛的应用，如电梯电机，电梯的运行需要频繁的启动、停止和调速，三相异步电动机通过合适的控制系统，可以实现平稳的启动和停止，并且在不同楼层之间实现调速运行，在一些家用电器中，如空调的室外机压缩机电机，也采用三相异步电动机，其异步特性使得电机能够适应空调压缩机的负载变化，在不同的制冷或制热需求下稳定运行。

三相交流异步感应电动机中的“异步”特性是其工作原理、运行特性、启动特性和应用等方面的核心要素，深入理解“异步”的含义及其相关特性，对于正确选择、使用和维护三相异步电动机具有重要的意义。