電機(jī)工作原理之：異步電動機(jī)電機(jī)工作原理之：異步電動機(jī) 一般電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理都是轉(zhuǎn)子作為帶電導(dǎo)體處在定子產(chǎn)生的磁場中，轉(zhuǎn)子因此受到電磁力的作用而旋轉(zhuǎn)。異步電動機(jī)也不例外。但是異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是不通電的，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上的電是通過電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生的。 為了說明異步電動機(jī)的基本原理，先作一個簡單的實(shí)驗(yàn)。旋轉(zhuǎn)磁場拖動籠型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)如圖I一13所示。一個裝有手柄的馬蹄形磁鐵，在它的兩極間放著一個可以自由轉(zhuǎn)動的，由許多銅條組成的導(dǎo)體。銅條兩端分別用金屬環(huán)短接，與籠形相似，稱為籠型轉(zhuǎn)子，磁鐵和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械聯(lián)系，當(dāng)用手搖手柄使馬蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，籠型轉(zhuǎn)子就會跟著它一起旋轉(zhuǎn)。這是什么道理呢?根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)導(dǎo)體和磁場之間有相對運(yùn)動時，即導(dǎo)體在磁場中作切割磁力線運(yùn)動時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。在圖I一13中，當(dāng)馬蹄形磁鐵沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)時(從左向右看)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場就有相對運(yùn)動.也相當(dāng)于磁鐵不動，轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動，于是導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于導(dǎo)體兩端被金屬環(huán)短接而形成閉合回路，在導(dǎo)體中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生。感應(yīng)電流的方向可按右手法則判定，旋轉(zhuǎn)磁場拖動籠型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理分析如圖1一14所示。當(dāng)導(dǎo)體在N極范圍內(nèi)時，感應(yīng)電流的方向是由外向里進(jìn)人紙內(nèi)，用“x”表示。在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體，感應(yīng)電流的方向是由里向外由紙面流向讀者，用“·”表示。載流導(dǎo)體在磁場中會受到電磁力的作用，電磁力的方向可按左手法則判定。在圖I一14旋轉(zhuǎn)磁場拖動籠型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)原理分析中，N極范圍內(nèi)導(dǎo)體的受力方向是向左，而S極范圍內(nèi)導(dǎo)體的受力方向則向右。這一對力形成逆時針方向的力矩，于是轉(zhuǎn)子同旋轉(zhuǎn)磁鐵一樣也按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來了。若旋轉(zhuǎn)磁鐵按順時針方向旋轉(zhuǎn)，同理轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也會改為順時針。可見轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向相同。 從上述實(shí)驗(yàn)可知，由于有了旋轉(zhuǎn)磁鐵(即旋轉(zhuǎn)磁場)，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，而載流導(dǎo)體(就是轉(zhuǎn)子導(dǎo)體)在磁場中又受到電磁力的作用，于是使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，這就是異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。因?yàn)檗D(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流是靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，所以又叫做感應(yīng)電動機(jī)。
異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子要轉(zhuǎn)動起來，就必須有旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)然，實(shí)際的異步電動機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場，不會像圖I一13中表示的那樣由外力拖動，而是把電動機(jī)的定子繞組接到三相電源上，利用繞組中的對稱三相電流獲得的。當(dāng)異步電動機(jī)定子三相繞組中通入三相電流時、在氣隙中就產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，所謂旋轉(zhuǎn)磁場就是按一定規(guī)律分布并圍繞著一個軸在空間不斷旋轉(zhuǎn)的一個磁場。為了說明旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程，以一個三相三繞組異步電動機(jī)來分析一下。圖I一15是三相三繞組異步電動機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)示意圖。三相繞組U1-U2, VI-V2, W1-W2在空間相差1200。把3個繞組接成星形，并接到三相電源L，這樣電動機(jī)繞組中就有了三相電流。圖I一16是三相交流電的波形圖。三相交流電的表達(dá)式為
三相電源接到異步電動機(jī)定子三相繞組的順序如圖I-15所示。 通過以往對旋轉(zhuǎn)磁場的分析，可以得出下面的結(jié)論:三相對稱的交流電通入三相對稱繞組，在定子鐵心的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場;轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與之形成相對運(yùn)動，囚此而切割磁線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢;轉(zhuǎn)子導(dǎo)體是一個閉和的電路，所以導(dǎo)體上就會有電流流過;根據(jù)電磁力的原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體作為載流導(dǎo)體，處在定子繞組產(chǎn)生的磁場中，就會受到電磁力的作用，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩;轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就開始旋轉(zhuǎn)了。以上就是三相異步電動機(jī)的工作原理。 三相異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)起來后，其轉(zhuǎn)子就有了轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向。下面討論旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的關(guān)系。 先討論一下轉(zhuǎn)動方向之間的關(guān)系。從本節(jié)開始時討論的異步電動機(jī)模型實(shí)驗(yàn)中可以看出，當(dāng)用手搖手柄使馬蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，籠型轉(zhuǎn)子就會跟著它一起旋轉(zhuǎn)。也就是說，磁鐵旋轉(zhuǎn)怎么轉(zhuǎn)，籠型轉(zhuǎn)子也就怎么轉(zhuǎn)?；蛘哒f旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向決定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向相同。前面討論過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)動方向山三相電源的相序決定，改變其轉(zhuǎn)動方向，只需任意改變?nèi)嚯娫吹膬上嘞嘈蚣纯伞Ｋ砸敫淖冸妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向，只要任意改變?nèi)嚯娫吹膬上嘞嘈蚣纯伞?/span> 三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子都是轉(zhuǎn)動的.它們轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，從電動機(jī)的工作原理中就可以看出，它們轉(zhuǎn)速之間不能相等，而且在正常情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。如果它們的轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場之間就不會有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體就不能作切割磁線運(yùn)動，那么它也就不會產(chǎn)生感應(yīng)電，它也就不會受到電磁力的作用，電動機(jī)也就不會旋轉(zhuǎn)。所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速必須小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即小于同步轉(zhuǎn)速。這也是異步電動機(jī)的名稱的由來。 |
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