异步电机

定子是电动机的静止部分，通常由三组绕组组成，这些绕组在空间上相互错开120度角。
转子是电动机的旋转部分，可以是鼠笼式（squirrel cage）或绕线式（wound type）

电磁感应实质：磁链的变化率
$μ H = B \to B S = Φ \to n Φ = Ψ \to \frac{d Ψ}{d t} = E$
铁芯增加磁导率，磁导率增大，输出的力矩也增大

基本工作原理

总体概述

定子绕组连接到一个三相交流电源。当三相电源供电时，每个绕组在不同时间通过电流，产生变化的磁场。电流相位差120度，它们产生的磁场相互作用，形成旋转磁场。
转子绕组的导体在旋转磁场中，根据法拉第电磁感应定律，切割磁感线，产生感应电流和感应电动势，
感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁力，电磁力在转子上产生电磁转矩，驱动转子旋转。

\begin{array}{r} H \sin ω t e^{j 0} + H \sin (ω t - \frac{2}{3} π) e^{j \frac{2}{3} π} + H \sin (ω t - \frac{4}{3} π) e^{j \frac{4}{3} π} = H^{'} e^{j (ω t + \frac{π}{2})} \end{array}

旋转磁场的产生

条件：对称三相绕组中通对称三相电流
旋转磁场的特点：旋转磁场是一种极性和大小不变并以一定转速旋转的磁场

所通三相电的频率 $f$ ，电转速 $ω = 2 π n = 2 π f$

一对磁极时：电流从时刻 $ω t = 0, 120^{\circ}, 240^{\circ}, 360^{\circ}$
旋转磁场在空间上转过 $0, 120^{\circ}, 240^{\circ}, 360^{\circ}$

p 对磁极时：磁极的对数 $p$
同步转速/磁场转速： $n_{0} = \frac{n}{p}$
磁角速度： $ω_{0} = \frac{ω}{p} = \frac{2 π f}{p} = \frac{2 π n}{p}$

磁极对数越多，同步转速越慢

磁场矢量的合成

转速与运行状态

一般情况下，转子的实际转速 $n$ 总是略低于同步转速 $n_{0}$
转差率 $s = \frac{n_{0} - n}{n_{0}}$

转子实际转速 $n$
同步转速/磁转速 $n_{0}$
转差 $n_{0} - n$ ：是异步电机运行的必要条件

磁场与转子的相对方向和相对速度，产生力矩，力矩与转子的方向，加速度方向，最终的状态

1.反接制动/电磁制动

接逆相序电源 $n < 0 s > 1$

2.电动机

$n < n_{0}$ $0 < s < 1$

3.发电机（制动）

$n > n_{0}$ $s < 0$
磁场与转子同向运动，但是磁场的转速小于转子的转速

三相异步电机的基本结构

气隙

定子

定子铁心、定子绕组和机座

转子

笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导条，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组
三相绕线型转子结构是绕组的三个出线端子接到固定在转轴上的三铜环上，通过电刷引出
转子绕组不是短路的，而是通过滑环和外部电阻或变频器连接。
可以串入附加电阻，从而改变电机的起动性能和运行特性

异步电机分类

graph LR
异步电机--> 1[定子相数] & 2[转子结构]
1---> 单相 & 二相 & 三相 & 多相
2---> 鼠笼型 & 绕线型

$T_{e} = f (C_{m}, I_{d})$

按定子相数分类

单相异步电机

引出垂直相 $\frac{π}{2}$ 的交流电，转为双相发电机
产生旋转磁场
50Hz $ω t = \frac{π}{2} 2 π \cdot 50 t = \frac{π}{2}$

两相异步发电机

\begin{array}{r} \sin ω t e^{j 0} + \sin (ω t - \frac{π}{2}) e^{j \frac{π}{2}} \end{array}

三相异步发电机

工业上常用

多相异步发电机

一次基波、高次谐波
$I_{1} \sin (ω t), I_{2} \sin (n ω t), I_{2} ≪ I_{1}$
n 次谐波
发电机的相数越多，产生的磁场越圆（圆度）
每一相可能有谐波，矢量叠加产生的磁场不圆
（频率较高，幅值较小）

转子上的铁芯和绕组发热
涡旋电流

一般情况：
平衡：
三相电代数相加为 0

按转子结构分类

鼠笼型异步电机

绕线型异步电机

实际应用

空调、冰箱、洗衣机