感应电动机的工作原理

第一步：准备线圈和铁芯。其中线圈作为电路的载体，提供通电导体；铁芯作为磁路的载体，提供电磁铁。

第二步：把线圈绕成一圈圈（绕组）套在铁芯上后，固定在机壳上称为 定子 ，另一组可以用线圈绕成绕组（绕线式），也可以用导条做成笼子（鼠笼式），套在轴承上称为 转子 。装配在一起组成电机，定子与转子中间留有气隙。

第三步：给定子的三相绕组通三相对称交流电，则这个通电导体在电机气隙里就形成了旋转磁场，因为交流电的频率为f(一般为50Hz)，所以在一个极对数(P=1)情况下，这个旋转磁场的转速就是一秒钟转50个2π弧度（360°，一圈）,可以知道，旋转磁场的转速n0=60f/P（转/分钟）,称之为同步转速。

第四步：现在定子产生的磁场在旋转，所以转子被迫切割磁感线，在转子的导条上就感应出电动势，根据右手定则，可以判断出转子导条上电流的流动方向，转子导条变成通电导体，根据左手定则，可以得出导条受到力的作用的方向，可以看出来，此时转子的受力方向和磁场的旋转方向一致。

第五步：转子开始旋转，假设它转到和磁场旋转的转速（也即同步转速）一样快，此时导条不能切割磁感线，转子不再受力，所以转子的转速n（电动机的转速）接近同步转速而又小于同步转速n0，两者有一个转速差，差的程度我们用转差率来描述，转差率s=(n0-n)/n0。所以感应电机是异步电机。

第六步：现在转子能转起来了，总不能空转吧，我们给它带负载转，比如说电葫芦，电风扇叶啥的，可是给它带多大的负载合适呢？我们需要知道它的额定输出功率和输出转矩，现在**输入电功率(P1=3U1pI1p*cosφ=√3*U1l*I1l *cosφ )我们是知道的，只要知道哪些是被损耗了，就能知道输出功率P2了。

第七步：我们看到感应电机和变压器几乎一样，都是靠电磁感应工作，这里就套用变压器的分析方法来分析感应电机，先画出感应电机的T型等效电路，变压器那里二次侧负载归算到一次侧用的是匝数比归算，即R2’=k²*R2，感应电机这里用转差率归算为R2’/s，我们分解为：R2’/s=R2’+(1-s)/s* R2’，这样分解成转子铜耗部分和机械消耗部分，T型等效电路如下：

第八步：这样，我们就能计算了，下面我们统一采用相电压和相电流计算, 输入电功率P1=3U1I1*cosφ。定子铜耗：Pcu1=3*I1²*R1,

因为转子转速和旋转磁场的相对转速小，所以转子铁耗可以忽略，铁耗约为：Pfe=3I0²Rm，这样输给转子的电磁功率Pe=P1-Pcu1-Pfe,这是从定子这一端看的，从转子这一端看，电磁功率Pe=3*I2²*R2’/s，如第七步所述，这部分功率分解为转子铜耗和机械消耗，Pe=Pcu2+Pm，其中Pcu2=3*I2²*R2’=sPe，Pm=3*I2²*R2’*(1-s)/s=(1-s)Pe。现在我们知道转子的机械功率了，减掉空载损耗P0，剩下的就是给负载的输出功率P2了，P2=Pm-P0=P1-Pcu1-Pfe-Pcu2-P0。功率流程如下，小口诀：“输入电磁机械出”。

第九步：当我们得到了电机的输出功率，那显然，输出转矩T2=P2/Ω，Ω为角速度x1rad/s，转速n的单位为x1r/min=x2π rad/60s。Ω/n≈9.55，所以 T2=9.55*P2/n ，其他像电磁转矩Te、空载转矩T0都与之雷同。

第十步：现在，装上合适的负载，配上控制回路，我们就可以控制电机了，按下电机启动按钮，我们发现，电机的启动电流很大，启动电流Ist=(5.5~7)*In，忽略励磁支路的影响，则它的启动电流为Ist=U1/丨Z丨=U1/√（R1²+R2’²）+（X1²+X2'²）。

第十一步：要避免电机频繁启动过热和对电力系统的冲击，需要减小启动电流，对于转子为绕线式的，我们完全可以在转子电路串电阻来减小启动电流，此时 临界转差率Sm增加（Tm最大时的转差率），而最大电磁转矩Tm不变 。而对于鼠笼式，因为转子无法串电阻，假如电机容量小，就直接启动，对于电机容量大的鼠笼电机，需要在定子端降压启动，减压启动的方式包括：定子串电阻启动，自耦变压器启动，Y-△启动，延边三角形启动。

第十二步：定子串电阻，利用电阻来分压很好理解，自耦变压器变压时，设变压器变比为Ka,要降压显然Ka＜1，Ka=U1/Un，I=U²/R，T∝U²，所以 Ista=Ka²*Ist；Tsta=Ka²*Tst。重点看最常用的Y-△启动，Y型启动时，我们学过，Ul=√3*Up，（且超前Up30°），Il=Ip，此时IstY=Ul/（√3*丨Z丨），△运行时，Ul=Up，Ist△=√3*Ip=√3*Ul/丨Z丨;显然， IstY=Ist△/3 ，由T∝U²， TstY=Tst△/3 ，(这里可以类比Ry=R△/3来记忆，外大内小）。至于延边三角形启动，则是星三角启动和自耦变压器启动的结合。

第十三步：电机解决启动电流过大问题顺利启动后，电机处于平稳运行状态，给它带不同的负载，观察它的运行特性如下：

可以看出，随着负载增加，转速基本不变，效率和功率因素到50%后也变化很小，但是电磁转矩和定子电流会增加，相当于负载增加了，需要的能量和力量要变大才能带起来。

第十四步：现在我们还需要能调节它转的快慢，根据前面的n0=60f/P，s=(n0-n)/n0，可得：n=(1-s)*60f/P ，所以可以通过改变P，f，s来调速，极对数P为离散型变量，所以调P称为有级调速，调f或s为无级调速。以调s为例，这里常用的为绕线式异步电机转子串电阻调速，转子串入电阻R2，临界转差率Sm增加，最大电磁转矩Tm不变，即 **Sm∝R2’，根据转矩平衡，S/Sm= (R2'+Rs') /R2'；而Tm与R2’无关，但增加R2’，转速下降，而启动转矩增加，所以适用于起重机调速。

第十五步：现在我们能调速了，假如遇到紧急情况，怎么让电动机停下来呢？就是怎么给电机"踩刹车"？第一种，切断电源，把定子绕组接到直流电上，产生静止的磁场，n0=0， n＞n0，s＜0，此时如果有能量能一直推动转子转动，则感应电机将一直感生出电动势，处于发电机状态。 如果没有外在能源，Te与n反相，电机停机，称为 能耗制动。 或者我们改变输入电源的任意两相，n0与n反相，设n0为正，则此时 n＜0，s＞1，电机处于电磁制动状态 ，称为 反接制动。 又或者电源不变，n0不变，但是给个外在的动力给转子，使得 n＞n0，s＜0 ，此时n与T也反相，称为回馈制动。