Warum kann ein Wechselstrommotor eine kontinuierliche Rotation erreichen und was ist sein grundlegendes Funktionsprinzip?

Der Grund für die kontinuierliche Rotation eines Wechselstrommotors liegt in der Nutzung des Prinzips der elektromagnetischen Induktion und der Wechselwirkung eines rotierenden Magnetfelds. Durch die koordinierte Funktion von Stator und Rotor wandelt er elektrische Energie in mechanische Energie um. Das spezifische Prinzip lässt sich in drei Hauptkomponenten unterteilen:

Erstens ist die Erzeugung des rotierenden MagnetfeldesWenn dreiphasiger Wechselstrom durch die Statorwicklungen eines Wechselstrommotors fließt, bildet sich aufgrund der 120°-Phasendifferenz zwischen den dreiphasigen Strömen im Statorkern ein Magnetfeld mit konstanter Stärke und Richtung, das sich mit konstanter Geschwindigkeit dreht, wenn sich der Strom ändert – dies ist das rotierende Magnetfeld. Die Geschwindigkeit dieses Magnetfelds wird als Synchrondrehzahl bezeichnet und ihre Berechnungsformel lautet $N_{0} = 60 F / P$ (Wo ist die Netzfrequenz und ist die Anzahl der Motorpolpaare). Beispielsweise beträgt die Frequenz der Industriestromversorgung in China 50 Hz, und bei einem Motor mit 2 Polpaaren kann die Synchrondrehzahl 1500 U/min erreichen, was als „Stromquelle“ für die Drehung des Motors dient.

Zweitens ist die elektromagnetische Induktion und Krafteinleitung des RotorsAm Beispiel des am weitesten verbreiteten Asynchronmotors ist sein Rotor ein geschlossener Leiterkreis (z. B. ein Käfigläufer). Wenn das rotierende Magnetfeld des Stators die Rotorleiter schneidet, entsteht gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion ein induzierter Strom in den Rotorleitern. Der Rotorstrom befindet sich dabei im rotierenden Magnetfeld des Stators und ist der Ampèrekraft ausgesetzt. Die Richtung der Ampèrekraft lässt sich mit der Linke-Hand-Regel bestimmen. Schließlich entsteht ein elektromagnetisches Drehmoment, das den Rotor antreibt. Zu beachten ist, dass die Rotordrehzahl stets etwas niedriger ist als die Synchrondrehzahl des rotierenden Magnetfelds des Stators (es entsteht eine „Schlupfrate“). Dies ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass das Magnetfeld die Rotorleiter kontinuierlich schneidet und einen induzierten Strom erzeugt, und daher auch der Name „Asynchronmotor“.

Drittens ist die Garantie für kontinuierliche RotationDurch die periodische Änderung der Stromrichtung des Dreiphasenwechselstroms kann das rotierende Magnetfeld des Stators stets eine konstante Drehzahl aufrechterhalten. Der Rotor, angetrieben durch das elektromagnetische Drehmoment, dreht sich kontinuierlich dem Magnetfeld folgend. Gleichzeitig reduziert die mechanische Struktur des Motors (wie Lager und rotierende Wellen) den Rotationswiderstand, und die laminierte Konstruktion der Siliziumstahlbleche im Statorkern reduziert Hystereseverluste und Wirbelstromverluste. Dies gewährleistet die effiziente Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie und ermöglicht schließlich die stabile und kontinuierliche Rotation des Motors.

Aus Sicht der Anwendungsszenarien unterstützt dieses Prinzip die breite Anwendung von Wechselstrommotoren in der industriellen Produktion (z. B. Werkzeugmaschinen und Ventilatoren) und in Haushaltsgeräten (z. B. Klimakompressoren). Mit ihren Eigenschaften wie einfacher Struktur und hoher Zuverlässigkeit sind Wechselstrommotoren auch zu einer der wichtigsten Anlagen für die Umwandlung elektrischer in mechanische Energie geworden.

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