第十五节、感应电动机

一、旋转磁场

感应电动机是利用三相交流电可以产生旋转磁场以及电磁感应现象制成的。照图 3–54 那样，在磁铁中间放一个铝框，如果转动磁铁，造成一个旋转磁场，铝框就随着转动。磁铁转动时，铝框切割磁力线，其中产生感生电流。从楞次定律知道，感生电流和磁铁磁场的相互作用，要阻碍磁铁和铝框的相对运动，现在磁铁是在外力作用下转动的，结果不是铝框阻止磁铁的转动，而是铝框被磁铁带着转动起来。

不仅转动磁铁可以产生旋转磁场，三相交流电也可以产生旋转磁场。取三个相同的线圈，照图 3–55 那样使它们的平面交成 120° 角，线圈中通以三相交流电，中间的铝框就象被转动的磁铁带着一样转动起来，说明三相交流电也产生旋转磁场。

现在用图 3–56 来说明三相交流电为什么会产生旋转磁场。在开始的时刻（t = 0），即在图 3–56 甲所示的瞬间，线圈 AX 中的电流 i_AX 是零；线圈 BY 中的电流 i_BY 是负值，电流从末端 Y 流向始端 B；线圈 CZ 中的电流 i_CZ 是正值，电流从始端 C 流向末端 Z。电流 i_BY、i_CZ 形成的合成磁场如图中的虚线所示，方向指向 A。

经过 T/3，在图 3–56 乙所示的瞬间，线圈 AX 中的电流 i_AX 是正值，电流从始端 A 流向末端 X；线圈 BY 中的电流 i_BY 是零；线圈 CZ 中的电流 i_CZ 是负值，电流从末端 Z 流向始端 C。电流 i_AX、i_CZ 形成的合成磁场如图中的虚线所示，方向指向 B。可以看出，磁场方向沿逆时针转过 120° 角。

图 3–56 丙和丁分别表示经过 2T/3 和 T 时，各个线圈中电流的方向和合成磁场的方向。可以看出，每经过 T/3，磁场方向就沿逆时针转过 120° 角。在交流电的一周期内磁场旋转一周。

二、感应电动机

感应电动机是利用图 3–55 中的现象制成的，它有一个定子（图 3–57 甲）和一个转子（图 3–57 乙），在定子内侧的凹槽里联有互成 120° 角的三组线圈（定子绕组），把这三组线圈用星形接法或三角形接法连入三相电路中，就产生旋转磁场。

感应电动机的转子是由铁心和嵌在铁心上的闭合导体构成的，闭合导体是由嵌在铁心凹槽中的铜条（或铝条）和两个铜环（或铝环）连在一起制成的，形状象个鼠笼（图 3–57 丙），所以这种电动机也叫鼠笼式感应电动机，这个闭合导体相当于图 3–56 中的铝框，有了旋转磁场，它就转动起来。

鼠笼式感应电动机的构造简单，要改变转动方向，只要把定子上的任意两组线圈的电流互换一下就行了。这种电动机制造、使用、保养都比较简单，广泛应用在工农业生产中。能够使用鼠笼式感应电动机，是三相交流电的另一个优点。

阅读材料：直线电机和磁悬浮列车

一般电动机工作时都是转动的，但是用旋转电机来驱动的交通工具要做直线运动，用旋转电机来驱动的机器的一些部件也要做直线运动。这就需要有把旋转运动变为直线运动的一套装置。能不能直接利用直线运动来驱动，而省去这套装置呢？几十年前人们就提出了这个问题，现在已制成了利用直线运动的电动机，即直线电机。

直线电机的原理并不复杂。设想把一台旋转感应电动机沿着一条半径的方向剖开，并且展平，就成了一台直线感应电动机（图 3–58），在直线电机中，相当于旋转电机定子的，叫初级；相当于旋转电机转子的，叫次级。初级中通以交流电，次级在电磁力的作用下就沿着初级做直线运动，这时初级要做得很长，延伸到运动所需要达到的位置，而次级不需要那么长，实际上，直线电机既可以把初级做得很长，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定，初级移动。

直线电机是一种新型电机，近年来应用日益广泛，磁悬浮列车就是用直线电机来驱动的。磁悬浮列车是一种新型列车，是铁路技术中一项新兴的技术成果，一般的列车由于车轮和铁轨之间有摩擦，所能达到的最高运行速度为 300 km/h 左右，要超过这个速度，用旋转电机来驱动并不理想，用直线电机来驱动却很含适，直线电机的一个级固定于地面，跟导轨一起延伸到远处；另一个级安装在列车上，初级通以交流电，列车就沿导轨前送。同时利用磁悬浮使列车跟导轨脱离接触，减小摩擦。列车上装有磁体（有的就是兼用直线电机的线圈），磁体随列车运动时，使设在地面上的金属板或线圈中出现感生电流，利用磁体和感生电流之间的电磁力把列车悬浮起来，有的国家已建立了几千米的磁悬浮列车试验线，运行速度高达 500 km/h 以上。人们预计，本世纪末磁悬浮列车可达到实用化的阶段。

直线电机除了用于磁悬浮列车，还可广泛地用于其他方面，如用于传送系统、电气锤、电磁搅拌器等。在我国，直线电视也逐步得到推广和应用。直线电机的原理虽然不复杂，但在设计、制造方面有它自己的特点，产品还不如旋转电机那样成熟，有待进一步研究和改进。

练习十

（1）有一台感应电动机，铭牌上标有“220/380”“△/Y”的字祥。这表示这台电动机每相定于线圈的额定电压是 220 伏，如果线电压是 220 伏，定子线圈要连成三角形；如果线电压是 380 伏，定子线圈要连成星形，为什么？

（2）实验表明：只要把定子上任意两组线圈的电流互换一下，旋转磁场就向相反方向旋转。画出类似于图 3–56 的图，并加以分析说明。

（3）在图 3–54 所示的实验中，铝框总要比磁铁转得慢，即比旋转磁场转得慢，而不能跟磁场转得一样快，即不能同步旋转，因此感应电动机也叫异步电动机，试说明铝框为什么不能跟磁铁同步旋转。

发布时间：2025/3/30 下午9:03:18  阅读次数：197