简单描述感应电机的工作原理（继续电机故事简述交流感应电机）

上篇推文里，与大家一起分享了同步永磁电机这次与大家谈谈交流感应电机，这种类型的电机最常见的就是在特斯拉上安装的，我来为大家科普一下关于简单描述感应电机的工作原理?下面希望有你要的答案，我们一起来看看吧!

简单描述感应电机的工作原理

上篇推文里，与大家一起分享了同步永磁电机。这次与大家谈谈交流感应电机，这种类型的电机最常见的就是在特斯拉上安装的。

感应电动机 ，又称“异步电动机”，是将转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动的装置。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。由电气工程师尼古拉·特斯拉于1887年发明。词条介绍了感应电动机的概念、发明者、工作原理、基本结构、工作方式、制动方式、异步特征、规格以及故障检查。

1、特点

优点：

1）小型轻量化；

2）易实现转速超过10000r/min的高速旋转；

3）高速低转矩时运转效率高；

4）低速时有高转矩，以及有宽泛的速度控制范围；

5）高可靠性（坚固）；

6）制造成本低；

7）控制装置的简单化；

缺点：功率因素滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。

感应电机是异步电机的一种，由于现在异步电机主要是感应电机，所以现在也有人直接在定义的时候将异步电机定义为感应电机，其实异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。

单相感应马达没有内生的起动转矩，所以需要外加辅助绕组以产生与绕组不同相位的电流或使用蔽极线圈。单相感应马达起动转矩与主绕组及辅助绕组电流间相位差有关，两者间的相位差为90度时，其转矩最大。单相感应马达启动转矩比较：电容启动马达>永久分相电容马达>分相马达>蔽极式马达。

2、转速控制方法

可以通过以下两种方法来改变感应电机的转速：

①改变定子的端电压。

②改变定子的频率。新能源汽车电机的输出转矩可随定子的电压变化而变化。注意，电压的变化不会改变电机最大转矩所对应的转速差。

3、类型

功率强大的AC感应电机慢慢发展为标准的电机设计类型，其特点是效率高，且价格具诱惑力。美国国家电气制造协会（National Electrical Manufacturers Association, NEMA）已经开发了针对于此的规范，名为NEMA A、B、C和D电机类型，将典型电机特性标准化，如起动电流、转差、转矩点，以适应各种不同的负载应用。以下是NEMA电机类型的纲要：

类型A：常规起动转矩（通常为额定的150-170%），相应起动电流高。极限转矩是所有NEMA类型中最高的。能在短时间内处理掉重负荷。转差小于或等于5%。一个典型的应用是注塑机械的电机。

类型B：是AC感应电机中类型最多的电机。它的起动转矩与类型A的相似，但有时还要低，提供较低的起动电流。但是，它在工业应用中锁定转子转矩，仍然允许起动负载。转差小于或等于5%。电机效率和满载功率因素比较高。典型的应用包括泵、风扇、和机床。

类型C：提供高起动转矩（高于类型A和B，通常超过额定的200%）。它常用于驱动重起步负载。这些电机几乎可运行在全速时，而不出现过载。起动电流低。转差小于或等于5%。

类型D：在所有NEMA电机类型中，是能提供最高的起动转矩的电机。起动电流和满载速度低。高转差值（5-13%），电机适用于在电机运行速度中，没有负载变换或没有剧烈变换时，例如调速轮能量存储的机械。不少类型的子分类还包括更宽的转差范围。这种电机类型一般是特殊定制的。

这些电机的速度-转矩特性各不相同。定转子转矩（起动转矩）指最小转矩，由转子停止时产生，此时为额定电压和频率。极限转矩是最大转矩，在突然的电机速度降低前产生，出现额定速度（额定电压和频率）。拉升转矩是最小转矩，在电机的速度从停止一直到速度点时产生，此时极限转矩出现。

欧洲及全球的电机市场 有不同的电机类型和规范，并由IEC定义。其中一个IEC感应电机类型，名为N类型，运行特性与NEMA的A和B类型有可比之处。

4、特征

1、感应运转型感应电机不只在启动时，在运转时也使用辅助线圈和电容器。虽然启动转矩不是很大，但其结构简单，信赖度高，效率也高。

2、可以连续运转。

3、随负荷的大小，电机的额定转速也会改变。

4、使用于不需要速度制动的应用场合。

5、用E种绝缘等级，而UL型电机则用A种。

6、有感应运转型单相感应电机和三相感应电机两种。

7、单相电机为感应运转型感应电机，效率高，噪声低。

8、单相感应电机运转时，产生与旋转方向相反的转矩，因此不可能在短时间内改变方向。应在电机完全停止以后，再转换其旋转方向。

　9、单相电机的电源有A（110V 60Hz）、B（22V 60Hz）、C（100V 50/60Hz）、D（200V 50/60Hz）、E（115V 60Hz）、X（200-240V50Hz）等。

　10、三相电机的电源有U（200V 50/60Hz）、T（220V 50/60Hz）、S（380-440V 50/60Hz）等。

发展

感应电动机又称“异步电动机（asynchronousmotor）”，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一个转动力矩，因而转子转动。

转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不转动的部分，主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现。而是以交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机，单相电动机用在如洗衣机，电风扇等；三相电动机则作为工厂的动力设备。

发明者

尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla，1856年7月10日~1943年1月7日），塞尔维亚裔美籍发明家、机械工程师、电气工程师。他被认为是电力商业化的重要推动者之一，并因主持设计了现代交流电系统而最为人知。在迈克尔·法拉第发现的电磁场理论的基础上，特斯拉在电磁场领域有着多项革命性的发明。1887年发明感应电动机，他的多项相关专利以及电磁学的理论研究工作是现代的无线通信和无线电的基石。

工作原理

通过定子产生的旋转磁场（其转速为同步转速n1）与转子绕组的相对运动，转子绕组切割磁感线产生感应电动势，从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用，产生电磁转矩，使转子旋转。由于当转子转速逐渐接近同步转速时，感应电流逐渐减小，所产生的电磁转矩也相应减小，当异步电动机工作在电动机状态时，转子转速小于同步转速。为了描述转子转速n与同步转速n1之间的差别，引入转差率（slip）。

基本结构

单相异步电机的基本结构

单相异步电动机就是只需单相交流电源供电的电动机。单相异步电动机由定子、转子、轴承、机壳、端盖等构成。定子由机座和带绕组的铁心组成。铁心由硅钢片冲槽叠压而成，槽内嵌装两套空间互隔90°电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组串接离心开关S或起动电容、运行电容等之后，再接入电源。转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出端环，使转子导条短路成鼠笼型。

单相异步电动机又分为单相电阻起动异步电动机，单相电容起动异步电动机、单相电容运转异步电动机和单相双值电容异步电动机。

三相异步电机的基本结构

三相异步电动机主要由定子和转子，轴承组成 。定子主要由铁心，三相绕组，机座，端盖组成。定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。三相绕组由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。其作用是通入三相交流电，产生旋转磁场。

机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件，其作用是固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。端盖主要起固定转子，支撑和防护作用。转子主要由铁心和绕组组成。转子铁心所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机（转子直径在300~400毫米以上）的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。

转子绕组分为鼠笼式转子和绕线式转子。 （1）鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。鼠笼转子分为：阻抗型转子、单鼠笼型转子、双鼠笼型转子、深槽式转子几种，起动转矩等特性各有不同。 （2）绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。

工作方式

1 异步电动机起动方式

1.1 软起动

随着微型计算机控制技术的迅猛发展，在相关的控制工程领域中先后研制成功了一批电子式软起动控制器，广泛应用在电动机的起动过程，降压启动器随之被替代。当前电子式的软起动设施都使用的是晶闸管的调压电路，其电路构成如下所描述：晶闸管六只，两两反并联后串联至三相电源上，待系统发送起动信号后，微机控制起动器系统立即进行数据计算，令晶闸管输送触发信号，使晶闸管的导通角得到控制，根据给定的输出，调节输出电压，实现电动机的控制。该起动方式适合各种功率值得三相交流异步电动机包括六根和三根连接方式的起动控制。

1.2 直接启动

此种起动方式是电动机起动方式中最基础最简单的，首先借助用刀开关使电动机与电网进行连接，此时在额定电压下电动机起动并运行起来，该方式特点为：投资少，设备简单、数量少，虽然起动时间短，但起动时的转矩较小，电流较大，比较适合应用在容量小的电动机起动。

1.3 降压起动

由于直接起动存在较大的缺点，降压起动随之产生。这种起动方式适用的起动环境为空载和轻载这两种情况，由于降压起动方式是在同时实现了限制起动转矩和起动电流的，因此起动工作结束后需要使工作的电路恢复到额定状态。

制动方式

三相感应电动机电气制动方式有：能耗制动、反接制动、再生制动三种。

(1)能耗制动时切断电动机的三相交流电源，将直流电送入定子绕组。在切断交流电源的瞬间，由于惯性作用，电动机仍按原来方向转动，这种方式的特点是制动平稳，但需直流电源、大功率电动机，所需直流设备成本大，低速时制动力小。

(2)反接制动又分负载反接制动和电源反接制动两种。

1)负载反接制动又称负载倒拉反接制动。此转矩使重物以稳定的速度缓慢下降。这种制动的特点是：电源不用反接，不需要专用的制动设备，而且还可以调节制动速度，但只适用于绕线型电动机，其转子电路需串入大电阻，使转差率大于1。

2)电源反接制动当电动机需制动时，只要任意对调两相电源线，使旋转磁场相反就能很快制动。当电动机转速等于零时，立即切断电源。这种制动的特点是：停车快，制动力较强，无需制动设备。但制动时由于电流大，冲击力也大，易使电动机过热，或损伤传动部分的零部件。

(3)再生制动又称回馈制动，在重物的作用下(当起重机电动机下放重物)，电动机 的转速高于旋转磁场的同步转速。这时转子导体产生感应电流，在旋转磁场的作用下产生反旋转方向转矩，但电动机转速高，需用变速装置减速。

异步特征的一般规格

项目	事项
绝缘阻抗	在常温金属阻和电动机外壳之间的绝缘电阻超过100MΏ
绝缘内压	在常温金属绕组和电动机箱之间的电压
温度上升	以1500V、50/60Hz输入1min时没有任何问题。
绝缘等级	E种（120℃）
过热保护装置	开放（120±5℃）；复归（77±5℃）
使用温度	-10~50℃（UL CE规格电动机使用温度为-10~40℃）

故障检查

（1）电动机投入电源后不转的原因检查及修理

电动机投入电源后不转，一般有下列原因 ：

1）控制设备的接线错误；

2）过电流继电器调整的整定值偏小；

3）电源未接通，如熔丝烧断、开关有故障或触头接触不良、引线断路等；

4）电源至电动机之间的连接有故障；

5）电动机绕组有故障，如相间短路、接地、接错线、断路等；

6）绕线式转子异步电动机起动误操作或起动电阻过小；

7）电动机轴承有故障，被卡住；

8）定、转子铁芯相擦（扫膛），等于增加过大的负载；

9）电动机负载过大或机械转动部分被卡住等。

（2）电动机过热检查及修理

发现正常运行的电动机过热，一般有下列原因：

1）电源电压突然变高，并与电动机铭牌额定电压不相符，或者三相电源电压严重不平衡；

2）电动机所拖动的负载变动较大，电机暂时处于过载状态；

3）由于轴承产生故障或间隙磨损超限、转轴发生弯曲、铁芯局部过热变形、转子轴向串动等原因，使定、转子铁芯扫膛；

4）环境粉尘进入电动机内部粘附在绝缘表面上和堵塞冷却风道、冷却风管等，使电动机通风不良，冷却效果大大降低，造成电机过热；

5）电动机冷却装置失效，调节风温装置有故障，造成电机过热；

6）三相电动机单相运行；

7）绕组有故障，如短路、断路、接地、接错等；

8）气隙不均匀。

经重绕后的电动机发生过热，其原因是：

1）接线错误；

2）线圈匝数过多或过少；

3）线圈导线过细，线圈节距过小或过大；

4）电动机装配质量不好，铁芯未对齐，定转子铁芯轴向有差距引起轴向磁拉力，气隙装配和调整不均匀。由于电动机绝缘水平不断提高，允许温升限度也提高，所以电动机外壳温升较高可能属正常。但要用酒精温度计测试部门的外壳温升和轴承温升，并和电动机的绝缘等级所允许的温升相对照比较后，确认电动机是过热，那么可按以下步骤进行检查 。

所以：

1）首先检查三相电源的电压是否平衡，电压波动的程度是否大于制造场厂的保证值（±10[%]）。由于电压不平衡，产生三相不平衡电流，引起电机损耗增大和电机发热，所以要及时纠正。电源频率变动对（±5[%]）电机发热也有影响，但实际变化不大，所以在分析时一般可不考虑。

2）检查电机是否单相运转，三相接触器的触头是否接触好，开关的熔丝是否有一相烧断，接线有否（单相）断开。故障检查出来后进行处理。

3）检查三相电流是否超过额定值。若超过额定值时，要检查其原因。处理这类故障时，要查清造成扫膛的原因：①转轴弯曲；②轴承故障。轻微的铁芯扫膛不影响电机正常运行，扫膛严重时，可用车刀将转子表面轻轻切削一层（一般车削直径为0.2mm左右为宜）。

4）粉尘敷满绝缘影响电机散热，过滤网堵塞，通风道和通风管堵塞等，都会引起电机过热。因此可采取吹风清扫措施了消除粉尘，必要时电机要解体进行清洗处理。

5）如认为绕组有故障时，可进行绕组短路和接地试验检查。根据进行经验表明，电机绕组如有匝间短路，电机则会振动，动转时间不少就会时间不长就会冒烟。但是匝间短路引起电机发热，并且持续长时期的机会，是很少的。

重绕大修后的电机温升超限，可能是绝缘处理工艺不好，线圈数据不对，接线错误以及装配质量等问题引起。这时电机应解体对照原始记录检查，以及查明绕组数据的正确性。

好了，本次就到这里，我是六六科技人，让我们一起畅谈科技。