交流电机是如何工作的？

异步电机（也称感应电机）与同步电机同属于交流电机。从功能上两者均分为电动机与发电机两种，按照相数又有单相异步电机、三相异步电机、单相同步电机、三相同步电机。其中，三相同步电机又可以根据是否存在永磁体分为电励磁同步电机和永磁同步电机（因其工作原理与直流电机类似，且国外对反电动势的波形不做区分，又称为BLDC直流电机）。我们将以三相异步电动机和三相永磁同步电动机为例讲述交流电机的工作原理。

1、 三相交流电机

三相交流电动机在运行时，其三相定子绕组接三相交流电源，由电源提供三相交流电流，在电机内部产生一旋转磁场，该磁场交链定子绕组和转子绕组，实现从定子到转子能量的传递和转换。三相交流电机的定子绕组为三相对称绕组，其轴线在空间上相差120°，如下图所示，红黄绿分别代表了电机定子绕组的UVW三相。

下图为电机绕组的截面示意图。

正常运行时，三相交流电机定子的电流波形相位互差120°的正弦波，如下图所示。三相合成的磁场在空间是旋转的，电流变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周。因此，定子绕组中三相电流形成的旋转磁场的转速称为同步转速。其中f为三相电频率，p为电机的极对数。

2、 三相异步电动机

三相异步电机的转子结构与定子类似，其横截面可以理解为很多首尾相连的导线组成，示意图如下图。

当异步电机工作时，定子绕组接到三相电源上，根据以上分析三相电流通过三相绕组形成以同步转速n1旋转的旋转磁场。该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁感应原理，转子导体（转子绕组是闭合通路）产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定），进而产生与感应电动势方向一致的感应电流。载流的转子导体在定子产生的磁场中受到电磁力作用，由左手定则可以判断每根转子导体的受力方向，进而驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

因为三相异步电机转子线圈中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动而产生的。三相异步电动机的转子转速不会与旋转磁场同步，更不会超过旋转磁场的速度。因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速，因此会有一个速度差（称为转差或滑差）。正因为转子转速与定子磁场转速不同，才称为异步电机。

3、 三相永磁同步电动机

三相永磁同步电机的转子励磁为永磁体，根据永磁体的嵌入方式又可以分为表贴式永磁同步电机和嵌入式永磁同步电机。针对永磁同步电机，可以理解为下图，其中转子有N极和S极两个磁极。

同步电机工作时，定子绕组接到三相电源上，根据以上分析三相电流通过三相绕组形成以同步转速n1旋转的旋转磁场，根据同性相吸、异性相斥的原理，旋转磁场便会牵着转子以相同的转速旋转，因而同步电机转子转速n与同步转速n1相同。

4、 总结

（1）永磁同步电机与异步电机，定子绕组均通入三相交流电压，产生与电压电流同频的旋转磁场。

（2）永磁同步电机无需电励磁，效率高；异步电机由于转子绕组需要额外的能量励磁，这部分电流在转子中以热的形式消耗掉，降低了电机的效率。

（3）永磁同步电机控制容易失步，异步电机控制简单，可以使用VVVF控制，但是高精度的无速度传感器矢量控制比较难，对驱动器要求比较高。