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三相異步電動機的工作原理

2012年05月21日 10:47:36人氣:2979來源:上海梁瑾機電設備有限公司

  三項異步電動機的工作原理應該是:
一、旋轉(zhuǎn)磁場
(一)定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的原理
旋轉(zhuǎn)磁場:指磁場的軸線位置隨時間而旋轉(zhuǎn)的磁場。
在三相異步電動機的定子鐵心中放置三組結(jié)構(gòu)*相同的繞組U1U2、V1V2、W1W2,各相繞組在空間互差120°電角度,向這三相繞組中通入對稱的三相交流電,則在定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。
以兩極電機即2p=2為例說明,對稱的三相繞組U1U2、V1V2、W1W2假定為集中繞組,三相繞組接成星形,并通以三相對稱電流iA、iB、iC。如動畫演示所示。假定電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入,末端流出。電流流入端用“×”表示,電流流出端用“﹒”表示。
wt=0時,iA=0;                                        
iB為負值,即iB由末端V2流入,首端V1流出;
iC為正值,即iC由首端W1流入,末端W2流出。
電流流入端用“×”表示,電流流出端用“﹒” 表示。
利用右手螺旋定則可確定在wt=0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向,如動畫演示所示。
可見合成磁場是一對磁極,磁場方向與縱軸線方向一致,上方是北極,下方是南極。
wt= π/2時,iA為正98%大值,即iA由首端U1流入,末端U2流出;
         iB為負值,即iB由末端V2流入,首端V1流出;
iC為負值,即iC由W2流入,W1流出。
可見合成磁場方向以較wt=0時按時針方向轉(zhuǎn)過90o。  
   同理可畫出wt= π ,wt=3π/2,wt= 2π時的合成磁場,可看出磁場的方向逐步按順時針方向旋轉(zhuǎn),共轉(zhuǎn)過360o,即旋轉(zhuǎn)一周。
綜上所述,在三相交流電動機定子上布置有結(jié)構(gòu)*相同在空間位置各相差120o電角度的三相繞組,分別通入三相交流電,則在定子與轉(zhuǎn)子的空氣隙間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的,故稱旋轉(zhuǎn)磁場。
(二)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向
U相、V相、W相繞組的電流分別為iA、iB、iC。
    三相交流電的相序A —— B ——C。
    旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向為U相—— V相—— W相(順時針旋轉(zhuǎn))
若 U相、V相、W相繞組的電流分別為iA、iC、iB(即任意調(diào)換電動機兩相繞組所接交流電源的相序)
旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向為逆時針旋轉(zhuǎn)。
綜上所述,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定于通入定子繞組中的三相交流電源的相序。只要任意調(diào)換電動機兩相繞組所接交流電源的相序,旋轉(zhuǎn)磁場即反轉(zhuǎn)。
(三)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度
兩極三相異步電動機(即2P=2)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場,當三相交流電變化一周后,其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場也正好旋轉(zhuǎn)一周。
故在兩極電動機中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度,即n1=60f1=3000轉(zhuǎn)\分。
四極三相異步電動機(即2P=4)定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場,當三相交流電變化一周后,其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場只旋轉(zhuǎn)了半圈。
故在四極電動機中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度的一半,即n1= 60 f1/2 =1500轉(zhuǎn)/分。
綜上所述,當三相異步電動機定子繞組為p 對磁極時,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為     n1 = 60f1/p
式中  n1:旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速(又稱同步轉(zhuǎn)速),轉(zhuǎn)/分
f1:三相交流電源的頻率,赫; p:磁極對數(shù)。
二、三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理
問題:為什么稱“異步”電動機?
正常情況下,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速n1,若n= n1 ,則旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子導體間將不存在相對運動,因而轉(zhuǎn)子導體電動勢為零 。n和n1總存在差異,異步電動機的名稱由此而來。異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組并不直接與電源相接,而是依靠電磁感應的原理產(chǎn)生感應電動勢和電流,故又可稱為感應電動機。
三、異步電動機的轉(zhuǎn)差率
分析n和n1間的關(guān)系:
1、當n=0,轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速n1-n= n1為98%大,故轉(zhuǎn)子中的感應電動勢和電流98%大。
2、當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n增加時,則n1-n開始下降,故轉(zhuǎn)子中的感應電動勢和電流下降。
3、當n= n1,則n1-n=0,轉(zhuǎn)子導體不切割定子旋轉(zhuǎn)磁場,故轉(zhuǎn)子中
沒有感應電動勢。
轉(zhuǎn)差率:同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n之差對同步轉(zhuǎn)速之比值,用S表示。   
S是恒量異步電動機性能的一個重要參數(shù),分析幾個特定工作狀態(tài)下的S值。
1、電動機靜止或在啟動的瞬間,n=0,S=1。
2、電動機空載時,需克服的阻力很小,故轉(zhuǎn)速很高,S很小。
3、電動機額定負載時的轉(zhuǎn)差率S約為0.01~0.07。
4、電機處于電動機狀態(tài)運行時0﹤S﹤1。

三項異步電動機的工作原理簡單說應該是:
當向三項定子繞組中通過入對稱的三項交流電時,就產(chǎn)生了一個以同步轉(zhuǎn)速n1沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于旋轉(zhuǎn)磁場以n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子導體開始時是靜止的,故轉(zhuǎn)子導體將切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生感應電動勢(感應電動勢的方向用右手定則判定)。由于導子導體兩端被短路環(huán)短接,在感應電動勢的作用下,轉(zhuǎn)子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。轉(zhuǎn)子的載流導體在定子磁場中受到電磁力的作用(力的方向用左手定則判定)。電磁力對轉(zhuǎn)子軸產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動轉(zhuǎn)子 沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)。
通過上述分析可以總結(jié)出電動機工作原理為:當電動機的三項定子繞組(各相差120度電角度),通入三項交流電后,將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組,從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路),載流的轉(zhuǎn)子導體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力,從而在電機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn),并且電機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。

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