交流电机之所以能够实现连续旋转,是利用了电磁感应原理和旋转磁场的相互作用,通过定子和转子的协调运转,将电能转化为机械能。具体原理可以分为三个关键环节:
首先是 旋转磁场的产生当三相交流电通过交流电机的定子绕组时,由于三相电流之间存在120°的相位差,在定子铁芯内部形成一个大小、方向恒定、随电流变化而以恒定速度旋转的磁场——这就是旋转磁场。这个磁场的转速称为同步转速,其计算公式为 (在哪里 是电源频率和 是 (电机极对数)。例如,我国工业用电频率为50Hz,2对极的电机,同步转速可达1500r/min,是电机旋转的“动力源”。
第二是 转子的电磁感应和力施加以应用最为广泛的异步电动机为例,它的转子是一个闭合的导体回路(如鼠笼型转子)。当定子旋转磁场切割转子导体时,根据电磁感应定律,在转子导体中就会产生感应电流。此时转子电流处于定子旋转磁场中,受到安培力的作用,安培力的方向可由左手定则确定,最终形成驱动转子旋转的电磁转矩。需要注意的是,转子转速始终略低于定子旋转磁场的同步转速(存在一个“转差率”),这是保证磁场不断切割转子导体并产生感应电流的必要条件,也是“异步电动机”名称的由来。
第三是 保证连续旋转由于三相交流电电流方向的周期性变化,使得定子旋转磁场始终保持恒速旋转,转子在电磁转矩的驱动下,跟随磁场不断旋转。同时,电机自身的机械结构(如轴承、转轴等)降低了旋转阻力,定子铁芯中硅钢片的叠片设计降低了磁滞损耗和涡流损耗,确保了电能高效地转化为机械能,最终实现电机稳定连续旋转。
从应用场景来看,该原理支撑了交流电机在工业生产(如机床、风扇)和家用电器(如空调压缩机)中的广泛应用。交流电机凭借结构简单、可靠性高的特点,也成为电能转化为机械能的核心设备之一。