电动机的转子和定子之间是如何产生磁场的?
电动机依靠电磁感应原理工作。定子和转子之间并无直接接触,磁场是通过电流和磁路的耦合产生的。
一、定子磁场:旋转磁场的建立
定子铁芯内嵌有三相对称绕组(或单相绕组配电容)。当通入交流电时,三相绕组在空间上相差120度电角度,各自产生随时间正弦变化的脉动磁动势。三相合成的磁动势在气隙中形成旋转磁场,转速为n1=60f/p(f为电源频率,p为极对数)。该磁场沿定子内圆周匀速旋转,方向由电流相序决定。
二、转子磁场:感应产生
转子磁场并非独立电源供电,而是由定子旋转磁场“切割”转子导体感应而来。
对于异步电动机(鼠笼式或绕线式):转子导体闭合。定子旋转磁场以转差速度(n1-n)相对转子转动,在转子导条中感应出电动势,进而产生电流。该电流在转子导体周围建立自己的磁场。根据楞次定律,转子磁场总是阻碍定子磁场与转子的相对运动,因此转子磁场随定子磁场同向旋转,但转速低于同步转速。
对于同步电动机:转子绕组通入直流电(或永磁体),产生恒定极性的磁场。转子磁场不靠感应,而是与定子旋转磁场“锁定”,以同步转速n1旋转。定子旋转磁场像磁铁一样拖着转子磁场同步转动。
三、磁场的耦合路径
定子与转子之间的磁场通过气隙传导。磁力线从定子齿出发,穿过气隙进入转子铁芯,再经转子齿回到定子,形成闭合磁路。气隙虽小(通常0.3~2mm),却是机电能量转换的关键区域。气隙磁场同时作用在定、转子上,产生电磁转矩。
四、关键区别
异步机:转子磁场是感应电流产生的,转子转速必须低于同步转速,否则无转差、无感应电流、无磁场。
同步机:转子磁场由外部直流或永磁体建立,转子与定子磁场严格同步,无转差。
简言之,定子磁场是“主动旋转”,转子磁场是“被动跟随”(异步)或“强制锁定”(同步),两者通过气隙磁场相互作用,实现电能到机械能的转换。


