交流电动机的工作原理：电磁力转化为机械能 (交流电动机的工作原理)

交流电动机是一种将电能转换为机械能的电机。它的工作原理基于电磁感应定律，该定律指出，当导体在磁场中运动时，导体中会产生感应电动势。在交流电动机中，定子（电机静止部分）和转子（电机转动部分）之间的相对运动产生了磁场中的感应电动势。

定子

定子由一个装有导线的铁芯组成。这些导线被连接成线圈，并通过交流电源供电。当电流流过线圈时，会产生磁场。磁场的极性取决于电流的方向。

转子

转子由一个带槽的铁芯组成。槽内放置着导线，导线连接成线圈。当电流流过转子线圈时，也会产生磁场。磁场的极性取决于电流的方向。

电磁感应

当定子和转子的磁场相互作用时，就会产生电磁感应。定子磁场中的变化会在线圈中产生感应电动势。这个感应电动势会促使电流在转子线圈中流动。转子线圈中的电流会产生自己的磁场。

洛伦兹力

当转子线圈中的电流与定子磁场相互作用时，就会产生洛伦兹力。洛伦兹力是一个作用在带电导体上的力，它垂直于电流和磁场的方向。在交流电动机中，洛伦兹力使转子旋转。

同步转速

交流电动机的转速与交流电源的频率直接相关。当电源频率为 f 时，转子的同步转速为：

n = (120 f) / p

其中 p 是定子极对数。

异步转速

在实际应用中，交流电动机的转速通常略低于同步转速。这种差异称为异步转差率，它允许电动机在负载下提供扭矩。

应用

交流电动机广泛用于各种应用中，包括：

家电（例如冰箱、空调）工业机械（例如泵、风扇）交通工具（例如电动汽车、地铁列车）

优点

交流电动机具有以下优点：

效率高维护成本低可靠性高体积小巧重量轻

缺点

交流电动机的缺点包括：

速度调节复杂启动电流大噪音和振动水平较高

总结

交流电动机是一种重要的电机类型，广泛用于各种应用中。它的工作原理基于电磁感应，并能有效地将电能转换为机械能。虽然交流电动机具有许多优点，但它们也有一些缺点，例如速度调节复杂和启动电流大。

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通电线圈在磁场中受到力的作用就是电能转化成机械能。 各种交流电动机的旋转原理目前较常用的交流电动机有两种:1、三相异步电动机。 2、单相交流电动机。 第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。 一、三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。 我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1所示。 图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。 电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。 旋转磁场的转速为:n=60f/P式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是:每分钟转数。 根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法:1、改变磁极法;2、变频法。 以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。 观察图1还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。 相序A、B、C顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通入B相绕组中，则相序变为:C、B、A，则磁场必然逆时针方向旋转。 利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定子绕组产生旋转磁场后，转子导条(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。 一般情况下，电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。 因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速n1必然小于n。 为此我们称三相电动机为异步电动机。 二、单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。 当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。 这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。 当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转)，这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。 这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。 这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生(两相)旋转磁场，如图2所示。 在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。 因此，起动绕组可以做成短时工作方式。 但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。 在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。 此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。 每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽，如图3所示，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。 单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。 当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。