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三相异步电动机工作原理是什么?

当电动机的三相定子绕组 通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流,载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

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好的,三相异步电动机的工作原理基于旋转磁场的建立电磁感应现象。以下是详细解释(已用中文阐述):

  1. 建立旋转磁场:

    • 当在电动机的定子三相对称绕组(互差120°电角度)中通入三相对称交流电时,由于三相电流在时间相位上互差120°,每个绕组产生的磁动势在空间上也相隔120°。
    • 这三组交变磁场在定子铁心内部空间合成为一个强大的、在空间上随时间不断旋转的磁场——旋转磁场
    • 这个旋转磁场的转速称为同步转速 (ns)。它由电源的频率 (f) 和电动机定子绕组的极对数 (p) 决定: ns = 60f / p (单位:转/分钟, rpm)。例如,50Hz、2极 (p=1) 电机的同步转速是3000 rpm。
  2. 在转子中产生感应电流:

    • 旋转磁场以同步转速 ns 切割静止的转子绕组(通常为鼠笼状,由导条和端环构成)。
    • 根据电磁感应定律(法拉第定律),旋转磁场切割转子导体,会在闭合的转子回路中感应出电动势(e)
    • 由于转子绕组是闭合的,这个感应电动势会在转子导体中产生感应电流(I)
  3. 电磁转矩的产生:

    • 转子导体中的感应电流处于定子产生的旋转磁场中。
    • 根据安培定律(载流导体在磁场中受力),这些带电的转子导体会受到磁场的作用力。
    • 这些作用力在转子上形成驱动性质的电磁转矩(T)
  4. 旋转启动与异步运行:

    • 在这个电磁转矩的作用下,原本静止的转子就开始转动起来。
    • 转子转动起来后,它切割旋转磁场的相对速度减小了(不再是ns)。这就导致转子中的感应电动势和感应电流也相应减小。
    • 只要转子的实际转速 (n) 低于旋转磁场的同步转速 (ns),旋转磁场与转子导体之间就始终存在相对运动(切割),就能持续在转子中感应电动势和电流,从而产生驱动转矩。
    • 关键特点: 转子的转速 n 永远低于旋转磁场的转速 ns。它们之间必须存在转差(ns - n),才能产生电磁转矩。因此,这种电机被称为异步电动机
    • 转差与同步转速的比值称为转差率(s)s = (ns - n) / ns。在额定负载下,转差率通常在2-5%左右。
  5. 稳定运行:

    • 当转子产生的驱动转矩 T 与转子轴上的负载转矩 TL 相平衡(T = TL)时,转子就稳定在某个低于同步转速的转速 n 下匀速运行。
    • 如果负载转矩增加(TL↑),转子转速n会下降(s↑),导致转子感应电流↑,电磁转矩T↑,直到新的平衡点(T = TL↑)。
    • 如果负载转矩减小(TL↓),则过程相反,转速n会上升(s↓),T↓,达到新平衡点。

总结来说:

三相异步电动机的工作原理是:定子通入三相交流电产生旋转磁场 → 旋转磁场切割转子导体感应电动势 → 形成转子电流 → 转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩 → 在电磁转矩驱动下,转子以低于同步转速的转速旋转。

这种结构简单、坚固耐用、成本低廉、维护方便的特点使其成为当今应用最广泛的电动机类型。

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