感应电动机的工作方式和启动方法

一，什么是感应电动机

感应电动机，又称为异步电动机，是交流电动机的一种，其工作原理基于电磁感应现象。在感应电动机中，电流通过定子（电动机的静止部分）产生旋转磁场，转子（电动机的旋转部分）则因感应到旋转磁场中的变化而产生电流（涡流），进而受到电磁力的作用而旋转。这种工作方式使得感应电动机能够将电能有效地转化为机械能，从而驱动各种设备和机械进行工作。

具体来说，感应电动机的定子由三组绕组（或更多组）组成，每组绕组都与交流电源的一个相位相连。当电源通电时，三组绕组中的电流会产生一个旋转磁场，这个磁场的旋转速度（同步速度）与电源的频率和电动机的极数有关。

转子通常是一个圆柱形的铁心，表面覆盖有导电材料（如铜或铝），这些导电材料被切割成多个部分（如条形或笼形），以便在感应到旋转磁场时能够形成涡流。当转子处于定子产生的旋转磁场中时，由于电磁感应现象，转子中的导体会产生涡流。这些涡流与旋转磁场相互作用，产生电磁力，推动转子旋转。

感应电动机的启动方式通常包括直接启动、降压启动和软启动等。在启动过程中，电动机需要克服负载的静摩擦力和惯性力，因此启动电流通常较大。为了减小启动电流对电网的冲击，可以采用一些特殊的启动方法，如星-三角启动、自耦变压器启动等。

感应电动机具有结构简单、运行可靠、维护方便、成本较低等优点，因此被广泛应用于工业、农业、交通、国防和日常生活等领域。同时，随着电力电子技术的发展和新型控制技术的应用，感应电动机的性能和效率得到了进一步提高，使其在现代工业中扮演着越来越重要的角色。

二、感应电动机的工作方式

感应电动机，又称异步电动机，是现代工业和家用电气中广泛应用的一种交流电动机。它的工作方式主要包括启动阶段和稳定运行阶段，这两个阶段共同构成了感应电动机从静止到稳定输出的完整过程。

1、启动阶段

在启动阶段，感应电动机的定子绕组首先通过外部电源提供三相交流电，从而在定子绕组中形成旋转磁场。这个旋转磁场的频率等于电源的频率，其产生是基于电磁感应现象和磁场相互作用的原理。当交流电流通过定子绕组时，产生的电流会在定子绕组中形成旋转磁场，这个磁场是电动机工作的关键。

在旋转磁场的作用下，转子中的导体（通常为铝或铜制成，且表面有导电棒插入）开始感受到变化的磁场。根据电磁感应定律，当导体（转子）处于变化的磁场中时，会感应出电流。这种在转子中感应出的电流称为涡流，涡流也会形成一个相对于定子旋转的磁场。

接下来，转子上的涡流产生的磁场与定子的旋转磁场相互作用，产生一个电磁力。这个电磁力使转子开始旋转，并逐渐增加电动机的转速。值得注意的是，由于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，这使得感应电动机在启动阶段能够平稳地过渡到稳定运行阶段。

2、稳定运行阶段

当转子开始旋转后，感应电动机进入稳定运行阶段。在这个阶段，定子的旋转磁场将持续感应出转子上的涡流，并产生一个相对于定子旋转的磁场。这个磁场与定子的磁场相互作用，继续产生一个旋转力矩，驱动转子继续旋转。

稳定运行阶段的关键在于定子和转子之间的磁场相互作用。定子绕组中的交流电流不断产生旋转磁场，而转子中的涡流则与这个旋转磁场相互作用，产生持续的电磁力，使转子保持稳定的旋转状态。这种相互作用不仅保证了电动机的稳定运行，还使得电动机能够将电能高效地转化为机械能，输出给负载。

此外，随着微型计算机控制技术的迅猛发展，电子式软起动控制器等先进技术被广泛应用于电动机的起动过程中。这些技术能够有效地控制电动机的起动电流和起动时间，减少对电网的冲击和机械设备的损耗，提高电动机的起动性能和可靠性。

感应电动机的工作方式基于电磁感应现象和磁场相互作用原理。通过定子绕组中的交流电流产生旋转磁场，进而感应转子中的电流，产生电磁力使转子旋转，并将电能转化为机械能输出给负载。其启动阶段和稳定运行阶段共同构成了电动机从静止到稳定输出的完整过程。随着技术的不断发展，感应电动机的性能和可靠性得到了不断提高，在工业和家庭电气中得到了广泛应用。

三、感应电动机的启动方法

我们知道感应电动机是自启动的，即当向电动机供电时，它无需任何外部帮助即可开始旋转。当感应电动机在初始没有电阻的情况下（即在启动过程中）启动时，转子电路中可能会流过巨大的电流，这可能会永久损坏电路。为了克服这个问题，已经引入了各种方法来限制启动电流。其中一些方法是

1. 星三角起动机
2. 自耦变压器启动器
3. 反应堆启动器
4. 饱和电抗器启动器
5. 部分绕组启动器
6. 交流电压控制器启动器
7. 转子电阻起动器用于绕线转子电动机的起动。

感应电机驱动器通常设计为在三角形连接上运行，但在启动期间由星形连接提供电源，因为这样启动器电压和电流比三角形连接减少 1/√3 倍。当电机达到稳态速度时，连接从星形连接变为三角形连接。

感应电动机的另一种启动方法是自耦变压器启动。因为我们知道扭矩与电压的平方成正比。

在自耦变压器中，降低启动电压和电流以克服由于电流非常大而导致的过热问题。

在启动过程中，变压器变比的设置应保证启动电流不超过安全限值。一旦感应电机开始运行并达到稳态值，自耦变压器就会与电源断开。此处给出了电路图。

另一种启动方法是使用饱和电抗器驱动器的软启动。在这种方法中，在电路中引入高电抗，使得启动扭矩接近于零。

现在启动时电抗平滑减小，启动电流增大，转矩也无级变化。在这种方法中，电机启动时没有任何冲击，并且加速平稳，这就是为什么它被称为软星。

软启动的不平衡启动方案是另一种类型的启动方法，其中仅在一个电源相位中引入阻抗。启动时阻抗保持很高，使电机作为单相电机运行，此时的速度-扭矩特性类似于图中的曲线A。

当速度达到稳态值时，阻抗完全消除，此时曲线类似于B，这是机器的自然特性。这种启动方式也没有任何的顿挫感，操作非常平稳。

部分绕组启动方式是鼠笼式感应电机所特有的。在这种方法中，两个或多个起动器绕组并联。最初，仅连接一个绕组，从而增加启动器阻抗并减少启动电流。一旦电机达到稳定速度，两个绕组就连接起来。

特别是对于绕线转子电机，使用转子电阻启动器。该方法是在转子电路中使用外部电阻来限制启动电流。的最大值选择电阻将零速时的电流限制在安全值内。

随着转速的增加，截面电阻温升比其他高加速启动方式要低，这种启动方式可以进行频繁的重载启动和停止启动。