原標(biāo)題：異步電動(dòng)機(jī)工作原理

異步電動(dòng)機(jī)又稱感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，是工業(yè)和日常生活中應(yīng)用最為廣泛的電動(dòng)機(jī)之一，以下從其結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹：

電機(jī)結(jié)構(gòu)

異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成：

• 定子

• 鐵芯：由硅鋼片疊壓而成，用于減少磁滯損耗和渦流損耗，為磁通提供通路。

• 繞組：通常為三相繞組，均勻分布在定子鐵芯內(nèi)圓上，空間互差120°電角度。當(dāng)通入三相交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

• 轉(zhuǎn)子

• 籠型轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵芯同樣由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)放置銅條或鋁條，兩端用端環(huán)短接，形成一個(gè)閉合的多相繞組，因其形狀類似鼠籠而得名?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠。

• 繞線型轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相繞組，通過(guò)滑環(huán)和電刷與外部變阻器相連。繞線型轉(zhuǎn)子可以在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻，以改善電機(jī)的啟動(dòng)性能和調(diào)速性能。

工作原理

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生

當(dāng)向異步電動(dòng)機(jī)定子的三相繞組中通入三相交流電時(shí)，各相繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)按正弦規(guī)律變化的脈振磁場(chǎng)。由于三相繞組在空間上互差120°電角度，這三個(gè)脈振磁場(chǎng)會(huì)相互疊加，形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速n0，其計(jì)算公式為：
n0=p60f
其中，f為電源頻率，單位為Hz；p為電機(jī)的極對(duì)數(shù)。例如，當(dāng)電源頻率f=50Hz，極對(duì)數(shù)p=2時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n0=260×50=1500r/min。

轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而切割磁力線。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是一個(gè)閉合回路，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)會(huì)在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生

載有感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中會(huì)受到電磁力的作用，電磁力的方向可根據(jù)左手定則確定。所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的電磁力會(huì)形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

• 轉(zhuǎn)差率：由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中存在感應(yīng)電流，會(huì)產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的電磁轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n總是低于同步轉(zhuǎn)速n0。轉(zhuǎn)差率s是描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速之間差異的一個(gè)重要參數(shù)，其計(jì)算公式為：
  s=n0n0?n×100%

• 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：由轉(zhuǎn)差率公式可得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=(1?s)n0。例如，當(dāng)同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min，轉(zhuǎn)差率s=0.02時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=(1?0.02)×1500=1470r/min。

運(yùn)行特性

啟動(dòng)特性

• 籠型異步電動(dòng)機(jī)：?jiǎn)?dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流很大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)較小，啟動(dòng)電流一般為額定電流的4 - 7倍。對(duì)于一些負(fù)載較大的設(shè)備，籠型異步電動(dòng)機(jī)可能無(wú)法直接啟動(dòng)，需要采用降壓?jiǎn)?dòng)等方法來(lái)限制啟動(dòng)電流。

• 繞線型異步電動(dòng)機(jī)：可以在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻，隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐步減小串入的電阻，從而提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，降低啟動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)。

調(diào)速特性

• 變極調(diào)速：通過(guò)改變定子繞組的連接方式來(lái)改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但變極調(diào)速是有級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍較窄。

• 變頻調(diào)速：改變電源頻率f來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速n0，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬、調(diào)速精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最為廣泛的調(diào)速方法。

• 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：對(duì)于繞線型異步電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)差率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但變轉(zhuǎn)差率調(diào)速會(huì)使電機(jī)的效率降低。

機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。在穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域，異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性近似為一條硬特性，即轉(zhuǎn)速隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化較小，能夠保證電機(jī)在負(fù)載變化時(shí)保持相對(duì)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。

特點(diǎn)與應(yīng)用

特點(diǎn)

• 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)行可靠：異步電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電刷和換向器等易損部件，維護(hù)工作量小，使用壽命長(zhǎng)。

• 價(jià)格低廉：由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造工藝成熟，異步電動(dòng)機(jī)的成本相對(duì)較低，具有較高的性價(jià)比。

• 啟動(dòng)和調(diào)速性能相對(duì)較差：與直流電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)相比，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，啟動(dòng)電流較大，調(diào)速性能也不夠理想。

應(yīng)用

• 工業(yè)領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床、風(fēng)機(jī)、泵類等設(shè)備中，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

• 日常生活：在洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等家用電器中也有大量應(yīng)用。

• 交通運(yùn)輸：在一些電動(dòng)汽車和軌道交通車輛中，異步電動(dòng)機(jī)也作為牽引電機(jī)使用。