感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理

第一步：準(zhǔn)備線圈和鐵芯。其中線圈作為電路的載體，提供通電導(dǎo)體；鐵芯作為磁路的載體，提供電磁鐵。

第二步：把線圈繞成一圈圈（繞組）套在鐵芯上后，固定在機(jī)殼上稱為 定子 ，另一組可以用線圈繞成繞組（繞線式），也可以用導(dǎo)條做成籠子（鼠籠式），套在軸承上稱為 轉(zhuǎn)子 。裝配在一起組成電機(jī)，定子與轉(zhuǎn)子中間留有氣隙。

第三步：給定子的三相繞組通三相對(duì)稱交流電，則這個(gè)通電導(dǎo)體在電機(jī)氣隙里就形成了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，因?yàn)榻涣麟姷念l率為f(一般為50Hz)，所以在一個(gè)極對(duì)數(shù)(P=1)情況下，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速就是一秒鐘轉(zhuǎn)50個(gè)2π弧度（360°，一圈）,可以知道，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0=60f/P（轉(zhuǎn)/分鐘）,稱之為同步轉(zhuǎn)速。

第四步：現(xiàn)在定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)在旋轉(zhuǎn)，所以轉(zhuǎn)子被迫切割磁感線，在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條上就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，根據(jù)右手定則，可以判斷出轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上電流的流動(dòng)方向，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條變成通電導(dǎo)體，根據(jù)左手定則，可以得出導(dǎo)條受到力的作用的方向，可以看出來，此時(shí)轉(zhuǎn)子的受力方向和磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。

第五步：轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)，假設(shè)它轉(zhuǎn)到和磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速（也即同步轉(zhuǎn)速）一樣快，此時(shí)導(dǎo)條不能切割磁感線，轉(zhuǎn)子不再受力，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）接近同步轉(zhuǎn)速而又小于同步轉(zhuǎn)速n0，兩者有一個(gè)轉(zhuǎn)速差，差的程度我們用轉(zhuǎn)差率來描述，轉(zhuǎn)差率s=(n0-n)/n0。所以感應(yīng)電機(jī)是異步電機(jī)。

第六步：現(xiàn)在轉(zhuǎn)子能轉(zhuǎn)起來了，總不能空轉(zhuǎn)吧，我們給它帶負(fù)載轉(zhuǎn)，比如說電葫蘆，電風(fēng)扇葉啥的，可是給它帶多大的負(fù)載合適呢？我們需要知道它的額定輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩，現(xiàn)在**輸入電功率(P1=3U1pI1p*cosφ=√3*U1l*I1l *cosφ )我們是知道的，只要知道哪些是被損耗了，就能知道輸出功率P2了。

第七步：我們看到感應(yīng)電機(jī)和變壓器幾乎一樣，都是靠電磁感應(yīng)工作，這里就套用變壓器的分析方法來分析感應(yīng)電機(jī)，先畫出感應(yīng)電機(jī)的T型等效電路，變壓器那里二次側(cè)負(fù)載歸算到一次側(cè)用的是匝數(shù)比歸算，即R2’=k2*R2，感應(yīng)電機(jī)這里用轉(zhuǎn)差率歸算為R2’/s，我們分解為：R2’/s=R2’+(1-s)/s* R2’，這樣分解成轉(zhuǎn)子銅耗部分和機(jī)械消耗部分，T型等效電路如下：

第八步：這樣，我們就能計(jì)算了，下面我們統(tǒng)一采用相電壓和相電流計(jì)算, 輸入電功率P1=3U1I1*cosφ。定子銅耗：Pcu1=3*I12*R1,

因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速小，所以轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略，鐵耗約為：Pfe=3I02Rm，這樣輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率Pe=P1-Pcu1-Pfe,這是從定子這一端看的，從轉(zhuǎn)子這一端看，電磁功率Pe=3*I22*R2’/s，如第七步所述，這部分功率分解為轉(zhuǎn)子銅耗和機(jī)械消耗，Pe=Pcu2+Pm，其中Pcu2=3*I22*R2’=sPe，Pm=3*I22*R2’*(1-s)/s=(1-s)Pe?，F(xiàn)在我們知道轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率了，減掉空載損耗P0，剩下的就是給負(fù)載的輸出功率P2了，P2=Pm-P0=P1-Pcu1-Pfe-Pcu2-P0。功率流程如下，小口訣：“輸入電磁機(jī)械出”。

第九步：當(dāng)我們得到了電機(jī)的輸出功率，那顯然，輸出轉(zhuǎn)矩T2=P2/Ω，Ω為角速度x1rad/s，轉(zhuǎn)速n的單位為x1r/min=x2π rad/60s。Ω/n≈9.55，所以 T2=9.55*P2/n ，其他像電磁轉(zhuǎn)矩Te、空載轉(zhuǎn)矩T0都與之雷同。

第十步：現(xiàn)在，裝上合適的負(fù)載，配上控制回路，我們就可以控制電機(jī)了，按下電機(jī)啟動(dòng)按鈕，我們發(fā)現(xiàn)，電機(jī)的啟動(dòng)電流很大，啟動(dòng)電流Ist=(5.5~7)*In，忽略勵(lì)磁支路的影響，則它的啟動(dòng)電流為Ist=U1/丨Z丨=U1/√（R12+R2’2）+（X12+X2'2）。

第十一步：要避免電機(jī)頻繁啟動(dòng)過熱和對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，需要減小啟動(dòng)電流，對(duì)于轉(zhuǎn)子為繞線式的，我們完全可以在轉(zhuǎn)子電路串電阻來減小啟動(dòng)電流，此時(shí) 臨界轉(zhuǎn)差率Sm增加（Tm最大時(shí)的轉(zhuǎn)差率），而最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm不變 。而對(duì)于鼠籠式，因?yàn)檗D(zhuǎn)子無法串電阻，假如電機(jī)容量小，就直接啟動(dòng)，對(duì)于電機(jī)容量大的鼠籠電機(jī)，需要在定子端降壓?jiǎn)?dòng)，減壓?jiǎn)?dòng)的方式包括：定子串電阻啟動(dòng)，自耦變壓器啟動(dòng)，Y-△啟動(dòng)，延邊三角形啟動(dòng)。

第十二步：定子串電阻，利用電阻來分壓很好理解，自耦變壓器變壓時(shí)，設(shè)變壓器變比為Ka,要降壓顯然Ka＜1，Ka=U1/Un，I=U2/R，T∝U2，所以 Ista=Ka2*Ist；Tsta=Ka2*Tst。重點(diǎn)看最常用的Y-△啟動(dòng)，Y型啟動(dòng)時(shí)，我們學(xué)過，Ul=√3*Up，（且超前Up30°），Il=Ip，此時(shí)IstY=Ul/（√3*丨Z丨），△運(yùn)行時(shí)，Ul=Up，Ist△=√3*Ip=√3*Ul/丨Z丨;顯然， IstY=Ist△/3 ，由T∝U2， TstY=Tst△/3 ，(這里可以類比Ry=R△/3來記憶，外大內(nèi)?。?。至于延邊三角形啟動(dòng)，則是星三角啟動(dòng)和自耦變壓器啟動(dòng)的結(jié)合。

第十三步：電機(jī)解決啟動(dòng)電流過大問題順利啟動(dòng)后，電機(jī)處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài)，給它帶不同的負(fù)載，觀察它的運(yùn)行特性如下：

可以看出，隨著負(fù)載增加，轉(zhuǎn)速基本不變，效率和功率因素到50%后也變化很小，但是電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流會(huì)增加，相當(dāng)于負(fù)載增加了，需要的能量和力量要變大才能帶起來。

第十四步：現(xiàn)在我們還需要能調(diào)節(jié)它轉(zhuǎn)的快慢，根據(jù)前面的n0=60f/P，s=(n0-n)/n0，可得：n=(1-s)*60f/P ，所以可以通過改變P，f，s來調(diào)速，極對(duì)數(shù)P為離散型變量，所以調(diào)P稱為有級(jí)調(diào)速，調(diào)f或s為無級(jí)調(diào)速。以調(diào)s為例，這里常用的為繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，轉(zhuǎn)子串入電阻R2，臨界轉(zhuǎn)差率Sm增加，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm不變，即 **Sm∝R2’，根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡，S/Sm= (R2'+Rs') /R2'；而Tm與R2’無關(guān)，但增加R2’，轉(zhuǎn)速下降，而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加，所以適用于起重機(jī)調(diào)速。

第十五步：現(xiàn)在我們能調(diào)速了，假如遇到緊急情況，怎么讓電動(dòng)機(jī)停下來呢？就是怎么給電機(jī)"踩剎車"？第一種，切斷電源，把定子繞組接到直流電上，產(chǎn)生靜止的磁場(chǎng)，n0=0， n＞n0，s＜0，此時(shí)如果有能量能一直推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，則感應(yīng)電機(jī)將一直感生出電動(dòng)勢(shì)，處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 如果沒有外在能源，Te與n反相，電機(jī)停機(jī)，稱為 能耗制動(dòng)。 或者我們改變輸入電源的任意兩相，n0與n反相，設(shè)n0為正，則此時(shí) n＜0，s＞1，電機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài) ，稱為 反接制動(dòng)。 又或者電源不變，n0不變，但是給個(gè)外在的動(dòng)力給轉(zhuǎn)子，使得 n＞n0，s＜0 ，此時(shí)n與T也反相，稱為回饋制動(dòng)。