一文看懂異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

異步電動(dòng)機(jī)的工作原理如下：

當(dāng)定子繞組接通三相電源后，繞組中便有相交變電流通過(guò)，并在空間產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則靜止的轉(zhuǎn)子同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間就有了相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子異線因切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，即相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)線以反時(shí)針?lè)较蚯懈畲帕€，所以根據(jù)右手定則，確定出轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向是出來(lái)的，下半部的是進(jìn)去的。由于所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)線的兩端分別被兩個(gè)銅環(huán)連在一起，因而相互構(gòu)成了閉合回路。故在此電動(dòng)勢(shì)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)線內(nèi)就有電流通過(guò)，此電流又與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用頂產(chǎn)生電磁力。力的方向可按左手定則求出。這些電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成——電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致，因此，轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。如使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也隨之而改變。

不難看出，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，這是因?yàn)?，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，則它與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)線將不再切割磁力線，因而其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩均為零。由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子總是緊跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速而旋轉(zhuǎn)，正因?yàn)槿绱?，我們才把這種交流電動(dòng)機(jī)稱做異步電動(dòng)機(jī)。又因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是由電磁感應(yīng)而產(chǎn)生的，所以又把它叫做感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)，軸上的反抗轉(zhuǎn)矩是由軸與軸承之間的摩擦及旋轉(zhuǎn)部分受到的風(fēng)阻力等所產(chǎn)生，其值極小，因而此時(shí)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩亦很小，但其轉(zhuǎn)速較高，接近于同步轉(zhuǎn)速。

如把電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大（即加大轉(zhuǎn)子軸上的反抗轉(zhuǎn)矩），則在開始增大的一瞬間，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于軸上的反抗轉(zhuǎn)矩，因而轉(zhuǎn)子減速。但定子的電流頻率和極對(duì)數(shù)通常均為定值，故旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速不變。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的逐步下降，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的轉(zhuǎn)速差逐漸增大，于是，轉(zhuǎn)子導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流及其產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也就隨之而增大。

異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)中，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組則與同一旋轉(zhuǎn)磁通相交鏈。因此，異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組就分別相當(dāng)于變壓器的原副繞組；異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁通相當(dāng)于變壓器中的主磁通。在變壓器中，由于主磁通不斷地隨時(shí)間而變化，使得原繞組有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，這電動(dòng)勢(shì)近似地為加于原繞組的電源電壓所平衡。同樣，在異步電動(dòng)機(jī)中，由于磁通不斷地在空間旋轉(zhuǎn)，使得定子繞組也有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，這電動(dòng)勢(shì)也近似地為加于定子繞組的電源電壓所平衡。當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流增大，其所建立的磁通勢(shì)將影響旋轉(zhuǎn)磁通，但在外加電壓為定值的情況下，旋轉(zhuǎn)磁通應(yīng)基本上保持不變，故與變壓器相似，此時(shí)定子繞組中的電流必增大，來(lái)抵消轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)對(duì)旋轉(zhuǎn)磁通的影響，從而保持其不變。由此可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)中定子繞組的電流是由轉(zhuǎn)子電流來(lái)決定的。

異步電動(dòng)機(jī)與變壓器也有其不同之處。變壓器是靜止的，而異步電動(dòng)機(jī)是旋轉(zhuǎn)的；在變壓器的磁路中的空氣隙是極小的（由制造工藝造成的），而在異步電動(dòng)機(jī)的磁路中卻有兩個(gè)較大的空氣隙（定子與轉(zhuǎn)子之間），所以變壓器的空載電流極小，而異步電動(dòng)機(jī)在空載時(shí)，其定子繞組中通過(guò)的電流較大，其值約為定子繞組額定電流（即轉(zhuǎn)子軸上滿載時(shí)的定子電流）的20~40%。

在異步電動(dòng)機(jī)中，能量也是以旋轉(zhuǎn)磁通為媒介，通過(guò)電磁感應(yīng)的武，由定子電路傳遞到轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子從旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中所獲得的能量，除很小一部分轉(zhuǎn)換為熱損失外，其余均轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子輸出的機(jī)械能。