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異步電動機的工作原理

 

異步電動機的工作原理

當定子繞組接通三相電源后,繞組中便有相交變電流通過,并在空間產生一旋轉磁場。設旋轉磁場按順時針方向旋轉,則靜止的轉子同旋轉磁場間就有了相對運動,轉子異線因切割磁力線而產生感應電動勢,由于旋轉磁場按順時針方向旋轉,即相當于轉子導線以反時針方向切割磁力線,所以根據右手定則,確定出轉子上半部導線的感應電動勢方向是出來的,下半部的是進去的。由于所有轉子導線的兩端分別被兩個銅環連在一起,因而相互構成了閉合回路。故在此電動勢的作用下,轉子導線內就有電流通過,此電流又與旋轉磁場相互作用頂產生電磁力。力的方向可按左手定則求出。這些電磁力對轉軸形成——電磁轉矩,其作用方向同旋轉磁場的旋轉方向一致,因此,轉子就順著旋轉磁場的旋轉方向而轉動起來。如使旋轉磁場反轉,則轉子的旋轉方向也隨之而改變。

不難看出,轉子的轉速永遠小于旋轉磁場的轉速,這是因為,如果轉子的轉速達到同步轉速,則它與旋轉磁場之間就不存在相對運動,轉子導線將不再切割磁力線,因而其感應電動勢、電流和電磁轉矩均為零。由此可見,轉子總是緊跟著旋轉磁場轉速而旋轉,正因為如此,我們才把這種交流電動機稱做異步電動機。又因為這種電動機的轉子電流是由電磁感應而產生的,所以又把它叫做感應電動機。

電動機在空載時,軸上的反抗轉矩是由軸與軸承之間的摩擦及旋轉部分受到的風阻力等所產生,其值極小,因而此時轉子產生的電磁轉矩亦很小,但其轉速較高,接近于同步轉速。如把電動機的負載增大(即加大轉子軸上的反抗轉矩),則在開始增大的一瞬間,轉子所產生的電磁轉矩小于軸上的反抗轉矩,因而轉子減速。但定子的電流頻率和極對數通常均為定值,故旋轉磁場的同步轉速不變。隨著轉子轉速的逐步下降,轉子與旋轉磁場間的轉速差逐漸增大,于是,轉子導線中的感應電動勢和電流及其產生的電磁轉矩也就隨之而增大。

異步電動機的工作原理有許多地方與變壓器相似。在變壓器中,原副繞組是與同一主磁通相交鏈;在異步電動機中,定子繞組和轉子繞組則與同一旋轉磁通相交鏈。因此,異步電動機的定子繞組和轉子繞組就分別相當于變壓器的原副繞組;異步電動機的旋轉磁通相當于變壓器中的主磁通。在變壓器中,由于主磁通不斷地隨時間而變化,使得原繞組有感應電動勢產生,這電動勢近似地為加于原繞組的電源電壓所平衡。同樣,在異步電動機中,由于磁通不斷地在空間旋轉,使得定子繞組也有感應電動勢產生,這電動勢也近似地為加于定子繞組的電源電壓所平衡。當異步電動機的負載增大時,轉子電流增大,其所建立的磁通勢將影響旋轉磁通,但在外加電壓為定值的情況下,旋轉磁通應基本上保持不變,故與變壓器相似,此時定子繞組中的電流必增大,來抵消轉子磁通勢對旋轉磁通的影響,從而保持其不變。由此可見,異步電動機中定子繞組的電流是由轉子電流來決定的。


在異步電動機中,能量也是以旋轉磁通為媒介,通過電磁感應的武,由定子電路傳遞到轉子,轉子從旋轉磁場中所獲得的能量,除很小一部分轉換為熱損失外,其余均轉換為轉子輸出的機械能。