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9.8 异步电机运行
9.8 异步电动机运行
当定子的三相接入平衡的三相电压系统时（如右上图所示），定子产生三相电流系统，电流 i1 (t)、i2 (t) 和 i3 (t) 流经其绕组。根据费拉里斯定理，该电流系统产生一个恒定转速的旋转磁场。我们可以绘制出定子各相产生的磁场旋转情况（图 9.23）。转子跟随旋转磁场旋转，但以较低的转速异步旋转。
图 9.23 三相电压感应波形。来源：维基共享资源，遵循免费使用许可 [12]
根据法拉第定律和楞次定律，会出现由转子感应电流产生的磁通（图 9.24）。
图 9.24 由转子感应电流产生的磁通。来源：作者自制
由于该旋转磁场，转子绕组中产生电动势。电流流过转子绕组，这是绕组之间连接的结果，要么通过鼠笼式结构中的端环将绕组短路，要么将末端与首端连接。根据拉普拉斯定律，这些电流组在磁场的影响下产生力和转矩。下图展示了鼠笼式转子上的力和组件（图 9.25）。
图 9.25 鼠笼式感应电机中的受力方向。来源：作者自制
这些力和转矩系统驱动转子以转速 n2 旋转，方向与 n1 相似。然而，值得注意的是，由于法拉第定律要求磁场与导体之间存在相对速度，因此转子的最终转速 n2 永远不会等于 n1（图 9.26）。
图 9.26 转子与磁通之间的相对速度。来源：作者自制
请记住，转子转速与磁通速度非常接近，但并不相等。当转子以 n2 旋转时，转子与定子旋转磁场之间的转差速度 引起了转子电动势的频率以及转子电流的频率。该频率表示为：
fs = p·ns/60 = p·s·n1/60 = s·f1 (9.5)
在空载状态下，即转子轴未连接负载，转子转速几乎与磁场转速相同。因此，nS 几乎为零。当电机负载运行时，该速度 会增加，但仍接近于零。较低的 nS 值意味着转子电流频率较低，从而降低了电机转子中的铁损。因此，制造转子所用的金属片质量要低于制造定子所用的金属片质量。
练习题
为什么异步电动机中的转子转速 永远不等于旋转磁场的同步转速 ？
在感应电动机中，如果定子电源频率为 Hz，转差率为 ，那么转子电流的频率 是多少？
以下哪些物理定律直接涉及异步电动机的运行？
根据费拉里斯定理，定子绕组中的平衡三相电流系统会产生一个以恒定速度旋转的磁场。
异步电动机的转子沿与旋转的定子磁场相反的方向旋转。
当异步电动机在其转子轴未连接负载的情况下运行时，滑差速度 几乎为零。
转子与定子旋转磁场之间的滑差速度（）导致转子___的频率以及转子电流的频率。
由于正常运行期间转子电流的频率较低，电机转子中的铁损耗___，因此与定子相比，可使用质量较低的金属薄板来制造转子。
解释为什么异步电动机的转子转速低于定子旋转磁场的同步速度。
描述电流如何流过鼠笼式感应电动机的转子绕组，以及这与绕线转子有何不同。
一台三相感应电动机的定子绕组分布在槽内，并连接成星形接法。当施加平衡的三相电压时，这些绕组中流过电流 、 和 。根据费拉里斯定理，这一电流系统的直接结果是什么？
以下哪些陈述正确描述了运行中的异步电动机中定子与转子之间的关系？请选择所有适用项。
在鼠笼式感应电动机中，转子导条由端环短接，而定子的旋转磁场会自动在转子和定子中产生相同数量的磁极。
当异步电动机在转子轴未连接负载的情况下运行时，转子速度几乎等于磁场速度，使得转差速度 几乎为 ___。
解释为什么在异步电机中，用于制造转子的硅钢片质量可以低于用于定子的硅钢片。
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