9.9 电动机与变压器的比较

9.9 电动机与变压器的比较

本节探讨电压和电流在定子和转子绕组中的相互作用。我们将通过比较变压器和异步电机的工作原理来进行阐述。

假设有一台异步电机，其产生的旋转磁场同步转速为 $n_1$，转子转速为 $n_2$，且（定子与转子间的）正弦互感磁通最大值为 ${\Phi }_0$。

此时，转差率为：

$s=(n_1-n_2)/n_1$, (9.6)

转差频率则为：

$f_s=p\cdot n_s/60=p\cdot s\cdot n_1/60=s\cdot f_1$ (9.7)

与变压器中发生的情况类似，由于产生的旋转磁场，也会感应出电动势。

$E_1=4.44\cdot N_1\cdot {\Phi }_0\cdot f_1$，其中 $N_1$ 是定子每相串联匝数，而 $f_1$ 对应于定子供电电网的频率。

基于同样的相互作用，转子也会产生相应的相电压。

$E_S=4.44\cdot N_2\cdot {\Phi }_0\cdot f_S=4.44\cdot N_2\cdot {\Phi }_0\cdot s\cdot f_1$ (9.8)

其中 $N_2$ 代表转子每相串联匝数，$f_1$ 表示定子供电电网的频率。在转子静止的情况下（如启动时），转子转速为零（$n_2=0$），转差率等于 1（$s=1$），因此转子频率等于定子供电频率（$f_S=f_1$）。

此时，转子每相感应电动势的特定值为：

$E_{S(s=1)}=E_2=4.44\cdot N_2\cdot {\Phi }_0\cdot f_1$ (9.9)

假设转子恒速运转，则：

问题： 此时的转子转速 $n_2$、转差率 $s$ 和转子频率 $f_s$ 各是多少？此时转子中出现的电动势为零。

$E_{S(s=1)}=E_2=4.44\cdot N_2\cdot {\Phi }_0\cdot f_1$ (9.10)

因此，在任何转子旋转情况下，都有：

$E_S=s\cdot E_2$

异步电机的启动过程等同于变压器发生意外短路，会导致该过程中出现很大的环流。电机负载运行与变压器负载运行相似。在空载运行期间（轴上未连接机械负载，仅需克服自身的摩擦转矩），转子转速非常接近同步转速。因此，电机的空载运行（轴上无机械负载连接）对应于变压器的空载运行（二次侧无电气负载连接）。