原標題：異步電動機工作原理

異步電動機又稱感應(yīng)電動機，是工業(yè)和日常生活中應(yīng)用最為廣泛的電動機之一，以下從其結(jié)構(gòu)、工作原理、運行特性等方面進行詳細介紹：

電機結(jié)構(gòu)

異步電動機主要由定子和轉(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。當通入三相交流電時，會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

• 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)簡單、制造方便、運行可靠。

• 繞線型轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相繞組，通過滑環(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，以改善電機的啟動性能和調(diào)速性能。

工作原理

旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生

當向異步電動機定子的三相繞組中通入三相交流電時，各相繞組會產(chǎn)生一個按正弦規(guī)律變化的脈振磁場。由于三相繞組在空間上互差120°電角度，這三個脈振磁場會相互疊加，形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速n0，其計算公式為：
n0=p60f
其中，f為電源頻率，單位為Hz；p為電機的極對數(shù)。例如，當電源頻率f=50Hz，極對數(shù)p=2時，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)電動勢和電流

旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間存在相對運動，從而切割磁力線。根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是一個閉合回路，感應(yīng)電動勢會在導(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)磁場中會受到電磁力的作用，電磁力的方向可根據(jù)左手定則確定。所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到的電磁力會形成一個電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(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，會產(chǎn)生阻礙轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場相對運動的電磁轉(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)速之間差異的一個重要參數(shù)，其計算公式為：
  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，當同步轉(zhuǎn)速n0=1500r/min，轉(zhuǎn)差率s=0.02時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=(1?0.02)×1500=1470r/min。

運行特性

啟動特性

• 籠型異步電動機：啟動時，轉(zhuǎn)子電流很大，啟動轉(zhuǎn)矩相對較小，啟動電流一般為額定電流的4 - 7倍。對于一些負載較大的設(shè)備，籠型異步電動機可能無法直接啟動，需要采用降壓啟動等方法來限制啟動電流。

• 繞線型異步電動機：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，從而提高啟動轉(zhuǎn)矩，降低啟動電流，實現(xiàn)平滑啟動。

調(diào)速特性

• 變極調(diào)速：通過改變定子繞組的連接方式來改變電機的極對數(shù)，從而實現(xiàn)調(diào)速。但變極調(diào)速是有級調(diào)速，調(diào)速范圍較窄。

• 變頻調(diào)速：改變電源頻率f來改變同步轉(zhuǎn)速n0，從而實現(xiàn)無級調(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，是目前應(yīng)用最為廣泛的調(diào)速方法。

• 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：對于繞線型異步電動機，可以通過在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻來改變轉(zhuǎn)差率，實現(xiàn)調(diào)速。但變轉(zhuǎn)差率調(diào)速會使電機的效率降低。

機械特性

異步電動機的機械特性是指電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之間的關(guān)系。在穩(wěn)定運行區(qū)域，異步電動機的機械特性近似為一條硬特性，即轉(zhuǎn)速隨負載轉(zhuǎn)矩的變化較小，能夠保證電機在負載變化時保持相對穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。

特點與應(yīng)用

特點

• 結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠：異步電動機沒有電刷和換向器等易損部件，維護工作量小，使用壽命長。

• 價格低廉：由于其結(jié)構(gòu)簡單、制造工藝成熟，異步電動機的成本相對較低，具有較高的性價比。

• 啟動和調(diào)速性能相對較差：與直流電動機和同步電動機相比，異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩較小，啟動電流較大，調(diào)速性能也不夠理想。

應(yīng)用

• 工業(yè)領(lǐng)域：廣泛應(yīng)用于各種機床、風機、泵類等設(shè)備中，作為驅(qū)動電機。

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

• 交通運輸：在一些電動汽車和軌道交通車輛中，異步電動機也作為牽引電機使用。