異步電動機的工作原理

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發(fā)布時間：2014/8/22 8:57:27
作者：tn_yinhe

　　異步電機即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和定子旋轉(zhuǎn)磁場n₁不同的感應(yīng)電機。異步電動機的工作原理簡單的說，當(dāng)n<n₁時電能轉(zhuǎn)換機械能，表現(xiàn)為電動機，當(dāng)n>n₁ 時機械能轉(zhuǎn)換為電能，表現(xiàn)為發(fā)電機，當(dāng)n與n₁反相時電能和機械能全部轉(zhuǎn)換為電動機內(nèi)部鐵芯和繞組損耗，表現(xiàn)為制動狀態(tài)。

一、異步電動機的種類

　　1、按定子電源相數(shù)分：單相異步電動機、兩相異步電動機、三相異步電動機；

　　2、按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：鼠籠型異步電動機、繞線型異步電動機；

二、異步電動機的工作原理

1、異步電動機的結(jié)構(gòu)

　　異步電動機由固定不變的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個基本單元構(gòu)成。定子部分主要包括定子鐵芯、定子繞組、基座，轉(zhuǎn)子部分主要包括轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（閉合導(dǎo)體），在定子鐵芯的內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子鐵芯的外圓有均勻分布的槽，其作用是嵌放繞組，如圖1所示。

三相異步電動機結(jié)構(gòu)圖

圖1 異步電動機結(jié)構(gòu)圖

　　轉(zhuǎn)子和定子之間留有很小的氣隙（中、小型異步電動機一般在0.2~1.5mm左右），保證轉(zhuǎn)子可以在定子中能自由旋轉(zhuǎn)。

2、異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

　　以三相異步電動機為例，圖1將定子鐵芯徑向兩個線端連接在一起組成一相，例如始端A和終端X連接作為一相，始端B和終端Y連接作為一相，始端C與終端Z連接作為一相，這樣就構(gòu)成了三相電機，向定子三相繞組通三相對稱的交流電，即幅值大小相等，頻率相等，相位相差，如圖2所示。

三相對稱的交流電

圖2 三相對稱的交流電

　　三相定子繞組中便通過三相對稱電流，在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如圖3所示。

異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的形成

圖3 異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的形成

　　當(dāng)交流電相位θ=0⁰ 時，IA=0，IB為負值，IC為正值，此時，線端A、X沒有電流，繞組BY電流從Y流進B流出，繞組CZ電流從C流進Z流出，由安培右手螺旋定則得到圖（a）中的磁感線的方向（如虛線箭頭所示）。

　　當(dāng)交流電相位θ=120⁰時，IB=0，IA為正，IC為負值，此時，線端B、Y沒有電流，繞組AX電流從A流進X流出，繞組CZ電流從Z流進C流出，由安培右手螺旋定則得到圖（b）中磁感線的方向（如虛線箭頭所示）。

　　當(dāng)交流電相位θ=240⁰時，IC=0，IA為負，IB為正，此時，線端C、Z沒有電流，繞組AX電流從X流進A流出，繞組BY電流從B流進Y流出，由安培右手螺旋定則得到圖（c）中磁感線方向（如虛線箭頭所示）。

　　當(dāng)交流電相位時和圖（a）狀態(tài)一樣，重復(fù)前面的過程，可以看出，定子繞組中三相交流電變化一個周期，空間的合成磁場也隨著交流電的相序變化一周，隨著交流電的不斷變化，空間合成磁場不停旋轉(zhuǎn)，于是形成旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場的方向由接入定子的交流電相序決定，只要改變交流電的接入相序（比如接入的A相改為接入B相）旋轉(zhuǎn)磁場的相序隨著變化。

3、異步電動機的工作原理

　　由于旋轉(zhuǎn)磁場不斷切割轉(zhuǎn)子中的閉合導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，再由轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)電流和旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子隨著旋轉(zhuǎn)磁場的方向同向運轉(zhuǎn)。比如籠型異步電動機，由于旋轉(zhuǎn)磁場順時針切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，相當(dāng)于導(dǎo)體逆時針轉(zhuǎn)動，運用右手定則，讓磁感線垂直穿過手心，拇指指向?qū)w的運動方向，四指的方向就是感應(yīng)電流的方向（如圖4所示籠型異步電動機轉(zhuǎn)子繞組電流的方向），然后應(yīng)用左手定則，磁感線穿過手心，四指指向電流運動方向，大拇指方向即為轉(zhuǎn)子受到電磁力的方向（如圖所示電磁轉(zhuǎn)矩矩T方向），在電磁力的作用下形成電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動。

籠型異步電動機截面圖

圖4 籠型異步電動機截面圖

　　在異步電動機中，為保持旋轉(zhuǎn)磁場始終切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。

三、異步電動機的應(yīng)用與測量

　　異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉，運行可靠、維護方便、與變頻器配套使用調(diào)速方便等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于金屬切削機床、起重機、傳送帶、功率不大的水泵、通風(fēng)機等生產(chǎn)機械的驅(qū)動。

　　由于異步電動機運行過程中必須從電網(wǎng)吸收感性無功功率，空載試驗時，輸出機械功率很小，電機輸入電流主要用于建立勵磁，功率因數(shù)較低，因此，必須采用在低功率因數(shù)下仍然能夠準(zhǔn)確執(zhí)行測量任務(wù)的測試儀器，湖南銀河電氣有限公司在多年從事各類電機試驗臺的設(shè)計、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試的基礎(chǔ)上，針對三相異步電機試驗需求專門設(shè)計WP4000高精度功率分析儀等標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，實現(xiàn)了在0.05~1 功率因數(shù)范圍內(nèi)的高準(zhǔn)確度測量。

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