异步电动机的工作原理

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发布时间：2014/8/22 8:57:27
作者：tn_yinhe

　　异步电机即转子转速n和定子旋转磁场n₁不同的感应电机。异步电动机的工作原理简单的说，当n<n₁时电能转换机械能，表现为电动机，当n>n₁ 时机械能转换为电能，表现为发电机，当n与n₁反相时电能和机械能全部转换为电动机内部铁芯和绕组损耗，表现为制动状态。

一、异步电动机的种类

　　1、按定子电源相数分：单相异步电动机、两相异步电动机、三相异步电动机；

　　2、按转子结构分：鼠笼型异步电动机、绕线型异步电动机；

二、异步电动机的工作原理

1、异步电动机的结构

　　异步电动机由固定不变的定子和旋转的转子两个基本单元构成。定子部分主要包括定子铁芯、定子绕组、基座，转子部分主要包括转轴、转子铁芯、转子绕组（闭合导体），在定子铁芯的内圆和转子铁芯的外圆有均匀分布的槽，其作用是嵌放绕组，如图1所示。

三相异步电动机结构图

图1 异步电动机结构图

　　转子和定子之间留有很小的气隙（中、小型异步电动机一般在0.2~1.5mm左右），保证转子可以在定子中能自由旋转。

2、异步电动机旋转磁场的产生

　　以三相异步电动机为例，图1将定子铁芯径向两个线端连接在一起组成一相，例如始端A和终端X连接作为一相，始端B和终端Y连接作为一相，始端C与终端Z连接作为一相，这样就构成了三相电机，向定子三相绕组通三相对称的交流电，即幅值大小相等，频率相等，相位相差，如图2所示。

三相对称的交流电

图2 三相对称的交流电

　　三相定子绕组中便通过三相对称电流，在空间产生旋转磁场，如图3所示。

异步电动机旋转磁场的形成

图3 异步电动机旋转磁场的形成

　　当交流电相位θ=0⁰ 时，IA=0，IB为负值，IC为正值，此时，线端A、X没有电流，绕组BY电流从Y流进B流出，绕组CZ电流从C流进Z流出，由安培右手螺旋定则得到图（a）中的磁感线的方向（如虚线箭头所示）。

　　当交流电相位θ=120⁰时，IB=0，IA为正，IC为负值，此时，线端B、Y没有电流，绕组AX电流从A流进X流出，绕组CZ电流从Z流进C流出，由安培右手螺旋定则得到图（b）中磁感线的方向（如虚线箭头所示）。

　　当交流电相位θ=240⁰时，IC=0，IA为负，IB为正，此时，线端C、Z没有电流，绕组AX电流从X流进A流出，绕组BY电流从B流进Y流出，由安培右手螺旋定则得到图（c）中磁感线方向（如虚线箭头所示）。

　　当交流电相位时和图（a）状态一样，重复前面的过程，可以看出，定子绕组中三相交流电变化一个周期，空间的合成磁场也随着交流电的相序变化一周，随着交流电的不断变化，空间合成磁场不停旋转，于是形成旋转磁场。旋转磁场的方向由接入定子的交流电相序决定，只要改变交流电的接入相序（比如接入的A相改为接入B相）旋转磁场的相序随着变化。

3、异步电动机的工作原理

　　由于旋转磁场不断切割转子中的闭合导体，产生感应电动势和感应电流，再由转子中的感应电流和旋转磁场的相互作用产生电磁转矩，使得转子随着旋转磁场的方向同向运转。比如笼型异步电动机，由于旋转磁场顺时针切割转子导体，相当于导体逆时针转动，运用右手定则，让磁感线垂直穿过手心，拇指指向导体的运动方向，四指的方向就是感应电流的方向（如图4所示笼型异步电动机转子绕组电流的方向），然后应用左手定则，磁感线穿过手心，四指指向电流运动方向，大拇指方向即为转子受到电磁力的方向（如图所示电磁转矩矩T方向），在电磁力的作用下形成电磁转矩，拖动转子顺着旋转磁场的方向转动。

笼型异步电动机截面图

图4 笼型异步电动机截面图

　　在异步电动机中，为保持旋转磁场始终切割转子导体产生感应电流，转子转速小于旋转磁场的速度。

三、异步电动机的应用与测量

　　异步电动机具有结构简单、制造容易、价格低廉，运行可靠、维护方便、与变频器配套使用调速方便等优点，因而被广泛应用于金属切削机床、起重机、传送带、功率不大的水泵、通风机等生产机械的驱动。

　　由于异步电动机运行过程中必须从电网吸收感性无功功率，空载试验时，输出机械功率很小，电机输入电流主要用于建立励磁，功率因数较低，因此，必须采用在低功率因数下仍然能够准确执行测量任务的测试仪器，湖南银河电气有限公司在多年从事各类电机试验台的设计、生产、安装、调试的基础上，针对三相异步电机试验需求专门设计WP4000高精度功率分析仪等标准化产品，实现了在0.05~1 功率因数范围内的高准确度测量。

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