异步电机的基本工作原理是什么？

异步电动机（也称为感应电动机）的基本工作原理基于电磁诱导和旋转磁场的相互作用。核心机制涉及定子生成的旋转磁场切割转子导体，从而在转子中诱导电流并产生扭矩。以下是详细的分步说明：

1。旋转磁场的产生

• 定子绕组：定子芯带有三相对称绕组（用三相AC提供时）或两相绕组（单相电动机需要辅助启动）。

• 旋转磁场：将三相AC应用于定子绕组时，它会以同步速度旋转的磁场（ $n_s=\frac{60f}{p}$ NS = p60f ）， 在哪里：

  • $f$ f ：电源频率（Hz）；

  • $p$ p ：电动杆对数。

2。转子电磁诱导

• 转子结构：转子通常由短路杆（松鼠笼）或伤口绕组组成。

• 诱导电流：当旋转磁场切开固定转子导体时，根据法拉第电磁诱导法（由右手规则确定的方向）在转子中诱导电动力（EMF）。由于转子导体是短路的，因此诱导的电动势会产生电流。

• 转子磁场：诱导电流产生其自己的磁场（转子场）。

3。电磁扭矩的产生

• 磁场的相互作用：转子磁场与定子的旋转磁场相互作用。根据Lorentz Force Law（运动原理），转子导体会产生电磁力，形成扭矩（ $t$ t ）驱动转子以与旋转场相同的方向旋转。

• 滑 （ $s$ s ）：转子速度（ $n$ n ）总是略低于同步速度（ $n_s$ NS ），导致滑倒（ $s=\frac{n_s-n}{n_s}$ s = ns ns -n ）。滑动对于感应电机操作至关重要 - 如果 $n=n_s$ n = ns ，没有诱导电流，并且扭矩变为零。

4。能量转换过程

• 电机模式：定子从网格中汲取电能，通过旋转磁场将其转换为机械能。

• 发电机模式：如果外力比同步速度更快地驱动转子（ $n>n_s$ n> ns ），电能回到网格中（负滑动）。

关键公式和参数

1. 同步速度：

   $$n_s=\frac{60f}{p}\text{（r/min）}$$ NS = p60f（r/min）

2. 实际转子速度：

   $$n=（（1-s）n_s$$ n =（1 -s）ns

3. 扭矩公式：

   $$t\propto \varphi {我}_2\cos {\theta }_2$$ t∝ϕi2cosθ2

   • $\varphi$ ϕ ：主磁通量；

   • ${我}_2$ i2 ：转子电流；

   • $\cos {\theta }_2$ cosθ2 ：转子功率因数。

关键功能

• 自我启动：三相感应电动机不需要外部启动设备（单相电动机需要辅助启动）。

• 速度特性：在增加负载（更高滑动）下略微降低速度，自动调节扭矩。

• 简单可靠：没有刷子或换向器，导致维护成本较低。

由于其简单的结构，低成本和高可靠性，感应电动机被广泛用于工业驱动器，家用电器，电动汽车等。了解他们的工作原理有助于优化运动选择和控制策略。