异步电机的基本工作原理

电源

　　异步电机基本工作原理
　　电生磁
　　三相对称绕组通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。
　　磁生电
　　旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。
　　电磁力
　　转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。
　　旋转磁场基本过程
　　当三相鼠笼式异步电机定子绕组接到三相电源上时，定子绕组中将流过三相对称电流，气隙中将建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转磁场，如图所示，设U1、V1、W1代表每相绕组的首端，U2、V2、W2代表每相绕组的末端，如电流某一绕组的首端流进，从末端流出，就确定该电流为正，否则为负。

　　1）瞬时1，线圈U1、U2中无电流，线圈V1、V2中的电流方向为负，电流从尾V2流进，从头V1流出；线圈W1、W2电流方向为正，电流从头W1流进，从尾W2流出。
　　2）瞬时2，线圈W1、W2中无电流。线圈U1、U2中的电流为正。电流从头U1流进，从尾U2流出；线圈V1、V2中电流方向为负，电流从尾V2流进，从头V1流出，这时，定子中产生的磁场比瞬时1的磁场方向沿顺时针方向转动了60°。
　　3）瞬时3，在瞬时3时，线圈V1、V2中无电流。线圈U1、U2中电流方向为正，线圈W1、W2中电流方向为负，电流从尾W2流进，从头W1流出。这时，定子中产生的磁场方向有比瞬时2的磁场方向沿顺时针方向转动了60°。
　　4）在瞬时4，线圈U1、U2中无电流。线圈V1、V2中的电流方向为正。电流从头V1流进，从尾V2流出；线圈W1、W2中电流方向为负。这时，定子中产生的磁场比瞬时3的磁场方向沿顺时针方向转动了60°。
　　当鼠笼式异步电动机定子绕组中接上三相交流电源时，就会产生旋转磁场，旋转磁场的转速称为同步转速，其同步转速决定于电网频率和绕组的极对数n=60f/p。其中，p为磁场的磁极对数，f为电源的频率。
　　旋转磁场的方向取决于通入定子绕组中电流的相序，如果把绕组与电源接线的其中任意两根对调一下，旋转磁场的方向随之反转。
　　转差率
　　当三相鼠笼式异步电动机定子绕组产生旋转磁场时，转子中的导体被旋转磁场切割，产生感应电动势（其方向可用右手定则确定）。因为导体两端短路，因此，有电流通过，这些载流导体在磁场中受磁场作用而产生力，使转子产生与旋转磁场方向相同的电磁转矩而转动。不过转子的转速总比磁场转速要慢一些，也只有这样，转子绕组与旋转磁场之间才有相对运动而切割磁力线，从而产生电磁转矩，故称异步电动机。电机的旋转磁场的转速（同步转速）n1与转子转速n之差再与同步转速n1的比值称为转差率s，表示为s=（n1-n）/n1。
　　转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时，n=0，s=1；电机空载时n约等于n1，s约等于0。作为电动机，转速在0到n1范围内变化，转差率在0到1范围内变化。当异步电机的负载发生变化时，转子的转差率随之变化，负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小，按转差率的正负、大小，异步电机可分为电动机、发电机、电磁制动三种运行状态。
　　异步电机三种运行状态
　　1. 电动机状态
　　当0＜n＜n1，即0＜s＜1 时，如图a所示，转子中导体以与n相反的方向切割旋转磁场，导体中将产生感应电动势和感应电流，该电流（N极下为⊗ ）与气隙中磁场相互作用而产生一个与转子转向同方向的电磁力矩，即拖动性质的力矩，该力矩能克服负载制动力矩而拖动转子旋转，从轴上输出机械功率。根据功率平衡，该电机一定从电网吸收有功电功率。如果转子被加速到n1，此时转子导体与旋转磁场同步旋转，它们之间无相对切割，因而导中无感应电动势，也没有电流，电磁转矩为零。因此在电动机状态，转速n不可能达到同步转速n1。
　　2. 发电机状态
　　用原动机拖动异步电机，使其转速高于旋转磁场的同步转速，即n＞n1、s＜0，如图b所示。转子上导体切割旋转磁场的方向与电动机状态时相反，从而导体上感应电动势、电流的方向与电动机状态相反，电磁转矩的方向与转子转向相反，电磁转矩为制动性质。此时异步电机由转轴从原动机输入机械功率，通过电磁感应由定子向电网输出电功率（电流方向为⊙，与电动机状态相反），电机处于发电机状态。
　　3. 电磁制动状态
　　由于机械负载或其它外因，转子逆着旋转磁场的方向旋转，即n＜0、s＞1，如图c所示。此时转子导体中的感应电动势、电流与在电动机状态下的相同。但由于转子转向与旋转磁场方向相反，电磁转矩表现为制动转矩，此时电机运行于电磁制动状态，即由转轴从原动机输入机械功率的同时又从电网吸收电功率（因电流与电动机状态同方向），两者都变成了电机内部的损耗。

　　总结
　　通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

原作者：笔记本电气学习笔记

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