电机工作原理之：异步电动机

电机工作原理之：异步电动机

电机工作原理之：异步电动机

一般电动机的旋转原理都是转子作为带电导体处在定子产生的磁场中，转子因此受到电磁力的作用而旋转。异步电动机也不例外。但是异步电动机的转子是不通电的，转子导体上的电是通过电磁感应原理产生的。

    为了说明异步电动机的基本原理，先作一个简单的实验。旋转磁场拖动笼型转子旋转如图I一13所示。一个装有手柄的马蹄形磁铁，在它的两极间放着一个可以自由转动的，由许多铜条组成的导体。铜条两端分别用金属环短接，与笼形相似，称为笼型转子，磁铁和转子之间没有机械联系，当用手摇手柄使马蹄形磁铁旋转时，笼型转子就会跟着它一起旋转。这是什么道理呢?根据法拉第电磁感应定律，当导体和磁场之间有相对运动时，即导体在磁场中作切割磁力线运动时，导体中就会产生感应电动势。在图I一13中，当马蹄形磁铁沿逆时针方向旋转时(从左向右看)，转子导体与磁场就有相对运动.也相当于磁铁不动，转子顺时针方向转动，于是导体中产生感应电动势。由于导体两端被金属环短接而形成闭合回路，在导体中就会有感应电流产生。感应电流的方向可按右手法则判定，旋转磁场拖动笼型转子旋转原理分析如图1一14所示。当导体在N极范围内时，感应电流的方向是由外向里进人纸内，用“x”表示。在S极范围内的导体，感应电流的方向是由里向外由纸面流向读者，用“·”表示。载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，电磁力的方向可按左手法则判定。在图I一14旋转磁场拖动笼型转子旋转原理分析中，N极范围内导体的受力方向是向左，而S极范围内导体的受力方向则向右。这一对力形成逆时针方向的力矩，于是转子同旋转磁铁一样也按逆时针方向旋转起来了。若旋转磁铁按顺时针方向旋转，同理转子的旋转方向也会改为顺时针。可见转子的转向与磁铁的旋转方向相同。

从上述实验可知，由于有了旋转磁铁(即旋转磁场)，在转子导体中产生了感应电流，而载流导体(就是转子导体)在磁场中又受到电磁力的作用，于是使转子转动，这就是异步电动机旋转的基本原理。因为转子导体中的电流是靠电磁感应产生的，所以又叫做感应电动机。

 异步电动机的转子要转动起来，就必须有旋转磁场。当然，实际的异步电动机中的旋转磁场，不会像图I一13中表示的那样由外力拖动，而是把电动机的定子绕组接到三相电源上，利用绕组中的对称三相电流获得的。当异步电动机定子三相绕组中通入三相电流时、在气隙中就产生了一个旋转磁场，所谓旋转磁场就是按一定规律分布并围绕着一个轴在空间不断旋转的一个磁场。为了说明旋转磁场的产生过程，以一个三相三绕组异步电动机来分析一下。图I一15是三相三绕组异步电动机定子绕组的结构示意图。三相绕组U1-U2, VI-V2, W1-W2在空间相差1200。把3个绕组接成星形，并接到三相电源L，这样电动机绕组中就有了三相电流。图I一16是三相交流电的波形图。三相交流电的表达式为

三相电源接到异步电动机定子三相绕组的顺序如图I-15所示。

通过以往对旋转磁场的分析，可以得出下面的结论:三相对称的交流电通入三相对称绕组，在定子铁心的气隙中产生旋转磁场;转子导体与之形成相对运动，囚此而切割磁线产生感应电动势;转子导体是一个闭和的电路，所以导体上就会有电流流过;根据电磁力的原理，转子导体作为载流导体，处在定子绕组产生的磁场中，就会受到电磁力的作用，从而产生电磁转矩;转子导体在电磁转矩的作用下就开始旋转了。以上就是三相异步电动机的工作原理。

    三相异步电动机旋转起来后，其转子就有了转速和转动方向。下面讨论旋转磁场与转子的关系。    先讨论一下转动方向之间的关系。从本节开始时讨论的异步电动机模型实验中可以看出，当用手摇手柄使马蹄形磁铁旋转时，笼型转子就会跟着它一起旋转。也就是说，磁铁旋转怎么转，笼型转子也就怎么转。或者说旋转磁场的转动方向决定转子的转向，即转子的转向与旋转磁场的转动方向相同。前面讨论过旋转磁场的转动方向山三相电源的相序决定，改变其转动方向，只需任意改变三相电源的两相相序即可。所以要想改变电动机的转子转向，只要任意改变三相电源的两相相序即可。

    三相异步电动机的旋转磁场和转子都是转动的.它们转速之间的关系，从电动机的工作原理中就可以看出，它们转速之间不能相等，而且在正常情况下，转子的转速总是小于旋转磁场的转速。如果它们的转速相同，转子导体与旋转磁场之间就不会有相对运动，转子导体就不能作切割磁线运动，那么它也就不会产生感应电，它也就不会受到电磁力的作用，电动机也就不会旋转。所以转子的转速必须小于旋转磁场的转速，即小于同步转速。这也是异步电动机的名称的由来。