三相異步電機（Three-Phase Induction Motor），是感應電動機的一種，是靠同時接入380V三相交流電流（相位差120度）供電的一類電動機。由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。通過特定的機械結構和電磁作用原理，將電能轉換為機械能供給生產機械實現各種運動，基本工作原理遵循電磁感應定律，磁場對電流的力的作用，使電動機轉動。與單相異步電動機相比，三相異步電動機具有運行性能好、可節省材料等優點。三相異步電動機可以劃分為定子和轉子兩個部分，其中，定子屬于固定部分，轉子屬于旋轉部分。
三相異步電機最早可以追溯到1820年，當時丹麥物理學家漢斯·奧斯特（Hans Christian ?rsted）發現電流會產生磁場，磁場可以對四氧化三鐵施加力，這是電動機的原理雛形。1889年，俄國電工科學家多利沃-多布羅沃利斯基發明了世界上第一臺三相鼠籠式感應電動機。
三相異步電機接入三相電源后，三相定子繞組內便會有旋轉磁場產生。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產生電動勢和電流，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，實現能量變換。按轉子結構的不同，三相異步電動機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難，原因是籠式轉子繞組無法引入外部電阻。繞線式三相異步電動機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環、電刷與外部變阻器連接。調節變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節電動機的轉速。三相異步電機在機械、冶金、煤炭、石油、化工等工業領域應用十分廣泛。
歷史沿革
1820年，丹麥物理學家漢斯·奧斯特（Hans Christian ?rsted）發現電流會產生磁場，磁場可以對四氧化三鐵施加力，這是電動機的原理雛形。同年9月，受電流磁效應的啟發，安德烈·安培（André-Marie Ampère）認為兩個通電導體之間也一定存在著力的作用，提出安培定則。此后，安培研究了電流對電流的作用，即電流產生磁效應，提出了兩個電流元之間的作用力與距離平方成反比的公式，即著名的安培定律。
1821年，英國物理學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）從已有理論中得到靈感，觀察到載流導體在磁場中受力的現象，并迅速地研制出了一種早期電機，能夠將直流電能轉化為機械能。
1886年，特斯拉制成了曲相繞線式交流異步電動機模型。1888年，特斯拉發明了交流電動機，又稱感應電動機。
1888年，俄國電工科學家多利沃-多布羅沃利斯基進行了三相鼠籠式電動機的研究工作，并研究三相系統的星形連接方式和三角形連接方式。1889年，世界上第一臺三相鼠籠式感應電動機誕生，1889年3月8日，多利沃的“三相交流電動機鼠籠電樞”申請德國專利，1889年12月5日，他的“三相繞線式發電機和電動機的星形和三角形連接法”申請英國專利。
1892年，愛迪生電燈公司與湯姆遜——休斯敦電氣公司合并成立通用電氣，拋棄了原愛迪生公司對交流電技術的偏見，立即著手設計制造交流電機，1896年制造出150hp感應電動機。
1896年，通用電氣和西屋電氣積極參與三相感應電動機的研制，兩家公司簽署了感應電動機專利的交叉許可協議，進一步加快了三相感應電動機的商業應用進程。三相電動機因結構簡單，工作可靠而得到了大量應用。
20世紀初，交流三相制在電力工業中已占據絕對的統治地位。
步入21世紀后，三相感應電動機的技術不斷發展，出現了許多新型的電機控制技術，如向量控制、直接轉矩控制等，這些技術能夠提高電機的性能和效率，為三相感應電動機的應用提供了更廣闊的發展空間。
工作原理
三相異步電動機是通過電磁感應原理實現機械能的轉換。 作業過程包括啟動、運轉和停止三個階段。啟動時，三相異步電動機接通電源，定子繞組中通入三相交流電，產生旋轉磁場，與轉子繞組產生感應電流，使轉子旋轉。運轉時，定子和轉子會繼續旋轉，同時產生自己的磁場，這個磁場會受到旋轉磁場的作用而使轉子持續旋轉。當需要停止時，切斷電源，旋轉磁場消失，轉子因慣性會繼續旋轉一段時間，然后停止。
動力來源
三相異步電動機的動力來源是三相交流電源，主要由電力變壓器提供。三相電源的三個相位差為120度的正弦波，其頻率和電壓都是50Hz。
傳動
三相異步電動機的傳動是通過電磁感應原理實現的。當三相電流通過定子繞組時，會產生旋轉磁場，這個磁場會與轉子繞組產生感應電流，感應電流又會產生自己的磁場，這個磁場會受到旋轉磁場的作用而使轉子旋轉。定子和轉子的旋轉速度低于旋轉磁場的速度，這是因為轉子有慣性，需要一段時間來達到旋轉磁場的速度。
制動
三相異步電動機的制動是通過在轉子回路中加入電阻或反接電源來實現的。當轉子回路中加入電阻時，轉子的轉速會降低，從而達到制動的目的。當反接電源時，轉子的旋轉方向會改變，與旋轉磁場的旋轉方向相反，從而產生制動力。
基本結構
定子
三相異步電動機定子由定子鐵心、定子繞組和機座等部件組成，定子的作用是用來產生旋轉磁場。
定子鐵心
定子和轉子鐵心是電動機磁路的一部分，由于異步電動機中的磁場是旋轉的，定子鐵心中的磁通量為交變磁通。為了減小磁場在鐵心中引起的渦流及磁滯損耗，定子鐵心由導磁性能較好的0.5mm厚、表面具有絕緣層f涂絕緣漆或硅鋼片表面具有氧化膜絕緣層)的硅鋼片疊壓而成。定子鐵心疊片內圓沖有均勻分布的一定形狀的槽，用以嵌放定子繞組。中小型電動機的定子鐵心采用整圓沖片。
定子繞組
定子繞組是電動機的電路部分，由許多線圈按一定的規律連接而成。小型異步電動機的定子繞組由高強度漆包圓銅線或鋁線繞制而成，一般采用單層繞組；大、中型異步電動機的定子繞組用截面較大的扁銅線繞制成型，再包上絕緣，一般采用雙層繞組。
機座
機座是電動機的外殼，用以固定和支撐定子鐵心及端蓋，機座應具有足夠的強度和剛度，同時還應滿足通風散熱的需要。小型異步電動機的機座一般用鑄鐵鑄成，大型異步電動機機座常用鋼板焊接而成。為了增加散熱面積、加強散熱，封閉式異步電動機機座外殼上面有散熱筋，防護式電動機機座兩端端蓋開有通風兒或機座與定子鐵心間留有通風道等。
轉子
轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸等部件構成。轉子的作用是用來產生感應電流，形成電磁轉矩，從而實現機電能量轉換。
轉子鐵心
轉子鐵心也是電動機磁路的一部分。通常用定子沖片內圓沖下來的原料做轉子疊片，即一般仍用0.5ram厚的硅鋼片疊壓而成，套裝在轉軸上，轉子鐵心疊片外圓沖有嵌放轉子繞組的槽。
轉子繞組
轉子繞組的作用是感應電動勢和電流并產生電磁轉矩。其結構有籠型和繞線轉子兩種，在大中型繞線式電動機中，還裝設有提刷短路裝置。起動時轉子繞組與外電路接通，起動完畢后，在不需調運的情況下，將外部電阻全部短接。
轉鈾
轉軸一般用強度和剛度較高的低碳鋼制成，其作用是支撐轉子和傳遞轉矩。整個轉子和軸承和端蓋支撐著，端蓋一般用鑄鐵或鋼板制成，它是電動機外殼機座的一部分。
氣隙
在三相異步電動機定子和轉子之間留有均勻的氣隙，氣隙的大小對異步電動機的參數和運行性能影響很大，氣隙增大導致磁阻增加，要產生同樣強度的磁場需要較大的勵磁電流（變壓器的勵磁電流約為額定電流的3%，異步電動機的勵磁電流約為額定電流的30%）；為了降低電動機的勵磁電流和提高功率因數，氣隙應盡可能做得小些，但氣隙過小，將使裝配困難或運行不可靠，因此氣隙大小除了考慮電性能外，還要考慮便于安裝。氣隙的最小值常由制造加工工藝和安全運行等因素來決定，感應電動機氣隙一般為0.2~2mm左右，比直流電動機和同步電動機定、轉子氣隙小得多。
主要分類
按照轉子機械結構
籠型轉子繞組
在每個轉子槽中插入一銅條，在銅條兩端各用一銅質端環焊接起來形成一個自身閉合的多相短路繞組，形如鼠籠，稱為銅條轉子，為節約用鋼和提高生產率也可以采用鑄鋁的方法，把轉子導條和端環、風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉子。對于大功率的電動機，由于鑄鋁質量不易保證，常用銅條插入轉子鐵心槽中，再在兩端焊上端環。中小異步電動機的籠型轉子一般采用鑄鋁轉子。為了提高電動機的啟動轉矩，在容量較大的感應電動機中，可采用雙籠型或深槽式結構的轉子。籠型轉子結構簡單、制造方便、運行可靠、重量輕、價格便宜，所以得到了廣泛應用。其主要缺點是調速困難。
繞線式轉子繞組
繞線式轉子繞組與定子繞組相似，也是制成三相繞組，一般為星形聯結。三根引出線分別接到轉軸上彼此絕緣的三個集電環上，通過電刷裝置與外部電路相連，轉子繞組回路串入三相可變電阻的目的是為了改善起動性能和調節轉速。為了消除電刷和集電環之間的機械摩擦損耗及接觸電阻損耗。
按電動機結構尺寸
大型電動機
指電動機機座中心高度大于630mm，或者16號機座及以上。或定子鐵芯外徑大于990mm者。稱為大型電動機。
中型電動機
指電動機機座中心高度在355一630mm之間。或者11-15號機座。或定子鐵芯外徑在560~990mm之間者。稱為中型電動機。
小型電動機
指電動機機座中心高度在80-315mm.或者10號及以下機座，或定子鐵芯外徑在125-560mm之間者。稱為小型電動機。
按電動機控制方法
定頻三相異步電動機
定頻三相異步電動機是指工作頻率固定的三相異步電動機。這種電動機通常用于工業自動化、電力、交通等領域，通過三相交流電源供電，工作頻率固定不變。定頻三相異步電動機的結構與普通的三相異步電動機基本相同，包括定子和轉子兩個主要部分。其中，定子主要由鐵心、繞組和機座等部分組成，轉子則由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸等部分組成。由于工作頻率固定不變，所以電動機的轉速也是恒定的，不會隨著負載的變化而變化。
定頻三相異步電動機具有高效率、低噪音、高可靠性、易于維護和調試等優點，在泵、風機、壓縮機等設備的驅動中，通常會選擇使用定頻三相異步電動機來保證設備的穩定性和可靠性。
變頻三相異步電動機
變頻三相異步電動機是一種應用變頻器控制的三相異步電動機。通過變頻器的控制，可以實現電機的調速、節能等功能。變頻三相異步電動機具有高效率、低噪音、高可靠性、易于維護和調試等優點，在結構方面，變頻三相異步電動機與普通的三相異步電動機基本相同，通常包括定子和轉子兩個主要部分。其中，定子主要由鐵心、繞組和機座等部分組成，轉子則由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸等部分組成。變頻三相異步電動機主要依靠定子繞組中的三相交流電流產生的旋轉磁場來驅動轉子旋轉。當改變定子繞組中的電流頻率時，旋轉磁場的轉速就會發生變化，從而實現電機的調速控制。
參數指標
三相異步電動機的主要參數指標包括以下幾項。
（1）額定功率：額定運行狀態下的軸上輸出機械功率，kW。
（2）額定電壓：額定運行狀態下加在定子繞組上的線電壓，V或kV。
（3）額定電流：額定電壓下電動機輸出額定功率時定子繞組的線電流，A。
對額定電流，還可以采用如下經驗公式進行估算：
式中：功率的單位為kW，電壓的單位為V。
（4）額定轉速：電動機在額定輸出功率、額定電壓和額定頻率下的轉速，。
（5）額定頻率：電動機電源電壓標準頻率。我國工業電網標準頻率為50Hz。
三相交流電動機軸上額定輸出功率與輸人電功率的關系為：
式中：是電動機在額定運行狀態下定子側的功率因數；為額定運行狀態下電動機的效率。
技術特點
優點
三相異步電動機，特別是鼠籠式異步電動機，則具有結構簡單、堅固耐用、維護方便、起動容易以及成本較低等優點，廣泛用于工業系統做電力驅動設備，例如各類機床、水泵、風機、起重設備、加工設備等的動力源。
缺點
三相異步電動機也存在一些缺點，如轉速不易調節，起動性能較差，所以對起動和調速要求較高的場合，異步電動機不如直流電動機。另外，感應電動機必須由電網供給激磁電流，增加了電力系統的無功負擔，造成系統的功率因數下降，為了改善功率因數常采用同步電動機。雖然調速特性和功率因數方面略遜于直流電動機和同步電動機。因此在一般應用場合下仍是應用最廣泛的電動機。
主要應用
工業生產
三相異步電動機可以應用于各種工業生產中的機器和設備，如壓縮機、泵、風機、輸送機、研磨機、切割機等。三相異步電動機，其特點主要是具有結構簡單、維護簡單、經濟性好，制造方便等。
交通運輸
在各種交通運輸工具中都有應用，如電動汽車、電動火車、電動船等。比如新能源電動車，電動機通過驅動車輛的電機控制器，將電池中的電能轉化為機械能，從而驅動車輛行駛。相比傳統燃油車，電動汽車具有更高的能源利用效率和更低的排放，是未來交通發展的重要方向。
農業生產
在農業生產中，為農機配置動力主要考慮的是安全性、經濟性和實用性。由于農業生產上常用的是三相交流電，如果沒有特殊要求，大多采用三相異步電動機，這是因為在功率相同的條件下，三相電動機比單相電動機具有體積小、重量輕、振動小、價格低等優點。從經濟角度考慮，應盡量選擇Y系列節能形電動機。這是中國80年代設計生產的新產品，具有重量輕、體積小、效率高、功率等級多、起動轉矩大、噪聲低等優點。
家用電器
相異步電動機也可以應用于家庭和商業領域中的各種電器和設備，如空調、冰箱、洗衣機、吸塵器、電風扇等。以冰箱為例，三相異步電動機被用于驅動冰箱的制冷系統，保證冰箱能夠正常運轉。同時，一些高端的冰箱還利用三相異步電動機驅動風門和攪拌器等部件，實現更精確的溫度控制和食物保鮮效果。
標準法規
中國
三相異步電動機產品執行標準主要有：GB/T 14711-2013 《中小型旋轉電機通用安全要求》、GB/T 1032-2012 《三相異步電動機試驗方法》、GB/T 755-2008《旋轉電機定額和性能》、GB/T 755-2019《旋轉電機定額和性能》、GB/T 1971-2006《旋轉電機線端標志與旋轉方向》、GB/T 10068-2008 《軸中心高為56mm及以上電機的機械振動振動的測量、評定及限值》、GB/T 10068-2020《軸中心高為56 mm及以上電機的機械振動振動的測量、評定及限值》、GB 18613-2012《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》、GB18613-2020 《電動機能效限定值及能效等級》、GB/T10069.1-2006《旋轉電機噪聲測定方法及限值第1 部分：旋轉電機噪聲測定方法》、GB/T 10069.3-2008《旋轉電機噪聲測定方法及限值第3 部分：噪聲限值》。
國外
IECTS60034--17第4版“旋轉電機一第17部分：變頻器供電籠形感應電動機—應用指南”，IEC TS60034--25“旋轉電機一第25部分：變頻器供電專用籠型感應電動機設計與性能指南”。
美國NEMA MGl第30部分“具有諧波含量的正弦波電網供電恒速電動機和調壓控制器或調頻控制器或調壓調頻控制器供電通用電動機的應用條件”和第3l部分“變頻器供電專用電動機(1998)”。
ANSI/APl 541--2003美國石油學會標準“500馬力及以上成型繞組籠型感應電動機”，2004年6月第4版。
德國DIN VDE0530標準中關于變頻電動機部分也隨IEC的有關標準。
發展趨勢
節能
三相異步電動機的使用的電量占用中國每年總耗電量的一半以上，所以，如果通過節能技術手段來對三相異步電動機的耗電量進行必要的控制，將大大降低國家電能消耗。例如，通過可控硅及移相觸發電路部分，這部分基本會使用在接收控制板的信號和轉變控制電壓，另外，對于信號檢測板部分而言，這一部分主要作用是接收傳感器的信號同時做出相應的處理，利用信號獲取適當的電流值和電壓值，借此取得功率因數；除此之外還有單片機控制板部分，這一部分的作用是接收信號檢測板的信號，并且以此來操縱運算產生的控制信號到移相觸發電路來調節取得最佳功率因數，不但如此，這一部分還可以對控制器上的參數進行調節，還可以顯示出控制器的運行情況。通過對硬件的設計和制作，來獲得功率因數角，使節能技術更加完善。
大電機
大型交流電動機的容量等級不斷增大，技術含量、產品性能、質量和可靠性不斷提高，普通基本系列的大型電機將逐步取代大型直流軋鋼電機，大力發展高技術含量、不同防護等級和冷卻方式的特種專用大型電機替代進口產品。
智能化
隨著人工智能、物聯網等技術的發展，智能化控制將成為三相異步電動機的未來發展趨勢。通過引入傳感器、控制器和執行器等智能元件，實現三相異步電動機的遠程監控、故障診斷、自適應控制等功能，提高電動機的運行效率和可靠性。
模塊化
未來三相異步電動機的發展還將注重模塊化和組合化的設計。通過將電動機、變速器、控制器等部件集成在一起，實現模塊化和組合化設計，提高產品的互換性和適應性，方便用戶進行安裝和使用。
參考資料 >
礦井提升機故障處理和技術改造.中國知網.2023-12-04
通用電氣公司的新大陸.中國知網.2023-12-04
基于永磁陣列的平面磁流變拋光方法研究.中國知網.2023-12-04
交流電動機運行節能①.中國知網.2023-12-04