电磁转矩优化方法与应用技术

3.2.2.1 电磁转矩的产生

1.转子绕组产生感应电流

三相交流异步电动机的定子绕组里通入三相交变电流后，将产生旋转磁场，以同步转速n₁旋转。

当磁场旋转时，转子绕组将反方向以速度v切割磁力线，并产生感应电动势，其方向由右手定则判定，如图3-14a所示。

图3-14 异步电动机的旋转原理

a）转子绕组切割磁通 b）电流受到磁场的作用力

2.载流导体受力

因为转子绕组是自成回路的，所以导体内就有感应电流，成为载流导体。载流导体要受到磁场的作用力F，方向由左手定则判定，如图3-14b所示。这些作用力将形成以转子轴为中心的电磁转矩T_M，在T_M的作用下，转子将以转速n_M旋转。

3.2.2.2 电磁转矩和功率因数的关系

1.cosφ₂=1，φ₂=0

这时，电流和电动势同相位，如图3-15a所示。图中，曲线①是感应电动势e₂的曲线，感应电动势e₂的曲线直接反映了磁通的变化情形，所以，曲线①也是磁通F的曲线。曲线②是感应电流i₂的曲线。

为了便于说明，我们将转子绕组的笼条进行了编号1、2、3、4、5、6、7、8，各笼条中电动势的方向示于外层，电流的方向示于内层，如图3-15b所示。

图3-15 cosφ₂=1时的情形

a）电流与电动势的曲线 b）电磁转矩

因为电流和电动势同相位，故所有笼条内的电流方向都和电动势相同。

各笼条内的电流和磁场之间的电磁力如图3-15b中的F所示。由图可以看出，各笼条所受的作用力和转子轴之间形成的电磁转矩的方向都相同。所以，合成的电磁转矩T_M是最大的。

2.cosφ₂=0，φ₂=π/2

这时，转子电流比电动势滞后π/2，如图3-16a所示。

图3-16 cosφ₂=0时的情形

a）电流与电动势的曲线 b）电磁转矩

笼条1的情形与时间t₁的状态相对应，e₂=0，i₂为负振幅值。(www.xing528.com)

笼条2的情形与时间t₂的状态相对应，e₂为正值，i₂为负值。

笼条3的情形与时间t₃的状态相对应，e₂为正振幅值，i₂=0。

依此类推，得i₂的空间分布情形如图3-16b所示。

由图可知，左、右两侧的笼条所受到的电磁力正好相等而方向相反，故合成的电磁转矩为0。

3.0<cosφ₂<1，π/2>φ₂>0

这时，转子电流比电动势滞后φ₂角，如图3-17a所示。

图3-17 0<cosφ₂<1时的情形

a）电流与电动势的曲线 b）电磁转矩

笼条1的情形与时间t₁的状态相对应，e₂=0，i₂为负值。

笼条2的情形与时间t₂的状态相对应，e₂为正值，i₂为0。

笼条3的情形与时间t₃的状态相对应，e₂为正振幅值，i₂为正值。

依此类推，得i₂的空间分布情形以及各笼条所受电磁力的情形如图3-17b所示。其中：

笼条1和笼条5所受的电磁力相等而方向相反，互相抵消。

笼条3、4、7、8所受电磁力形成的电磁转矩的方向相同。

可见，此时的电磁转矩既不为0，也不是最大。并且，不难看出，cosφ₂越大，电磁转矩也越大。所以，异步电动机电磁转矩的计算公式是：

T_M=K_TΦ_MI₂cosφ₂ （3-13）

式中 T_M———电动机产生的电磁转矩，N·m；

K_T———转矩系数；

Φ_M———电动机的磁通，Wb；

I₂———转子的电流，A；

cosφ₂———转子的功率因数。