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异步电动机的工作原理

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  • 发布时间:2014/8/22 8:57:27
  • 作者:tn_yinhe

  异步电机即转子转速n和定子旋转磁场n1不同的感应电机。异步电动机的工作原理简单的说,当n<n1时电能转换机械能,表现为电动机,当n>n1 时机械能转换为电能,表现为发电机,当n与n1反相时电能和机械能全部转换为电动机内部铁芯和绕组损耗,表现为制动状态。

一、异步电动机的种类

  1、按定子电源相数分:单相异步电动机、两相异步电动机、三相异步电动机;
  2、按转子结构分:鼠笼型异步电动机、绕线型异步电动机;

二、异步电动机的工作原理

1、异步电动机的结构

  异步电动机由固定不变的定子和旋转的转子两个基本单元构成。定子部分主要包括定子铁芯、定子绕组、基座,转子部分主要包括转轴、转子铁芯、转子绕组(闭合导体),在定子铁芯的内圆和转子铁芯的外圆有均匀分布的槽,其作用是嵌放绕组,如图1所示。
 

三相异步电动机结构图

图1 异步电动机结构图
  转子和定子之间留有很小的气隙(中、小型异步电动机一般在0.2~1.5mm左右),保证转子可以在定子中能自由旋转。

2、异步电动机旋转磁场的产生

  以三相异步电动机为例,图1将定子铁芯径向两个线端连接在一起组成一相,例如始端A和终端X连接作为一相,始端B和终端Y连接作为一相,始端C与终端Z连接作为一相,这样就构成了三相电机,向定子三相绕组通三相对称的交流电,即幅值大小相等,频率相等,相位相差 ,如图2所示。
 

三相对称的交流电

图2 三相对称的交流电
  三相定子绕组中便通过三相对称电流,在空间产生旋转磁场,如图3所示。
 

异步电动机旋转磁场的形成

图3 异步电动机旋转磁场的形成
  当交流电相位θ=00 时,IA=0,IB为负值,IC为正值,此时,线端A、X没有电流,绕组BY电流从Y流进B流出,绕组CZ电流从C流进Z流出,由安培右手螺旋定则得到图(a)中的磁感线的方向(如虚线箭头所示)。
  当交流电相位θ=1200时,IB=0,IA为正,IC为负值,此时,线端B、Y没有电流,绕组AX电流从A流进X流出,绕组CZ电流从Z流进C流出,由安培右手螺旋定则得到图(b)中磁感线的方向(如虚线箭头所示)。
  当交流电相位θ=2400时,IC=0,IA为负,IB为正,此时,线端C、Z没有电流,绕组AX电流从X流进A流出,绕组BY电流从B流进Y流出,由安培右手螺旋定则得到图(c)中磁感线方向(如虚线箭头所示)。
  当交流电相位 时和图(a)状态一样,重复前面的过程,可以看出,定子绕组中三相交流电变化一个周期,空间的合成磁场也随着交流电的相序变化一周,随着交流电的不断变化,空间合成磁场不停旋转,于是形成旋转磁场。旋转磁场的方向由接入定子的交流电相序决定,只要改变交流电的接入相序(比如接入的A相改为接入B相)旋转磁场的相序随着变化。

3、异步电动机的工作原理

  由于旋转磁场不断切割转子中的闭合导体,产生感应电动势和感应电流,再由转子中的感应电流和旋转磁场的相互作用产生电磁转矩,使得转子随着旋转磁场的方向同向运转。比如笼型异步电动机,由于旋转磁场顺时针切割转子导体,相当于导体逆时针转动,运用右手定则,让磁感线垂直穿过手心,拇指指向导体的运动方向,四指的方向就是感应电流的方向(如图4所示笼型异步电动机转子绕组电流的方向),然后应用左手定则,磁感线穿过手心,四指指向电流运动方向,大拇指方向即为转子受到电磁力的方向(如图所示电磁转矩矩T方向),在电磁力的作用下形成电磁转矩,拖动转子顺着旋转磁场的方向转动。
 

笼型异步电动机截面图

图4 笼型异步电动机截面图
  在异步电动机中,为保持旋转磁场始终切割转子导体产生感应电流,转子转速小于旋转磁场的速度。

三、异步电动机的应用与测量

  异步电动机具有结构简单、制造容易、价格低廉,运行可靠、维护方便、与变频器配套使用调速方便等优点,因而被广泛应用于金属切削机床、起重机、传送带、功率不大的水泵、通风机等生产机械的驱动。
  由于异步电动机运行过程中必须从电网吸收感性无功功率,空载试验时,输出机械功率很小,电机输入电流主要用于建立励磁,功率因数较低,因此,必须采用在低功率因数下仍然能够准确执行测量任务的测试仪器,湖南银河电气有限公司在多年从事各类电机试验台的设计、生产、安装、调试的基础上,针对三相异步电机试验需求专门设计WP4000高精度功率分析仪等标准化产品,实现了在0.05~1 功率因数范围内的高准确度测量。