定子中通以三相电流产生旋转磁场,由于感应电机的转子绕组是自行闭合的绕组,根据电磁感应原理,转子绕组中会产生感应电流,感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩。正常情况下,感应电机的转子转速总是略低或略高于旋转磁场的转速。感应电机的运行状态与转差率有关,s>1为电磁制动状态,0<s<1为电动机状态,s<0为发电机状态。转差率公式:
经过频率归算和绕组归算,得到感应电动机的T型等效电路,如图1所示。
感应电动机是一个感性电路,所以感应电动机的功率因数角在( ,)范围内。因此,感应电机在运行过程中不断从电网吸收无功功率。
当感应电机在空载运行时,转子转速接近于同步转速, ,,转子电流接近于零,定子电流基本上是激磁电流(主要成分是无功的磁化电流),所以功率因数很低,约为0.1-0.2。当电动机加上负载时,转差率增大,减小,转子电流增大,定子电流中的有功分量也增大,电动机的功率因数会逐渐提高,通常在额定负载附近,功率因数达到最大值。若负载继续增大,由于转差率较大,转子等效电阻下降较快,转子功率因数随之大幅下降,定子功率因数也随之下降。
在电力系统中,应保证无功功率平衡,即无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。若系统中负荷吸收的无功功率增大,则导致电网电压下降,以保持系统的无功功率平衡。而电网电压下降,会使电路中损耗增加,电力系统运行的稳定性下降,影响电网中设备的使用寿命和生产产品的质量;若负荷吸收的无功功率减小,会导致电网电压上升,各种电气设备的绝缘可能受到伤害。
但是由于大量使用三相异步电动机,交流电网的功率因数普遍偏低,为了改善功率因数,同步电机得到发展和使用。