三相異步電動機工作原理
異步電動機的三相定子繞組通入三相電流,便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,并切割轉(zhuǎn)子導體(導體切割磁力線),在轉(zhuǎn)子電路中產(chǎn)生感應電流,載流轉(zhuǎn)子在磁場中受力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),所以旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的先決條件。
1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三相對稱繞組AX、BY、CZ在空間互差,將其星形接法(Y接),即X、Y、Z連接在一起,A、B、C分別接到三相電源上,便有對稱的三相交變電流通入相應的定子繞組。即
通入電機的三相電流波形如下圖所示:
為了便于分析,取,,三個時刻進行分析。
(1)時,,根據(jù)右手螺旋定則:是負值,是正值,此時,電流從Y、C流入,從Z、B流出,AX線圈中沒有電流,磁力線分布由上到下,從而形成的磁場方向上面是N級下面是S級。
(2)時, 是負值,,磁場方向如下圖所示,逆時針偏轉(zhuǎn)
(3)時,是正值,是負值,是正值,磁場方向如下圖所示,逆時針偏轉(zhuǎn)。
結(jié)論:當定子繞組中通入三相電流后,它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨電流交變而在空間不斷旋轉(zhuǎn)著,這就是旋轉(zhuǎn)磁場。該旋轉(zhuǎn)磁場同磁極在空間旋轉(zhuǎn)所起的作用是一樣的。
產(chǎn)生條件:三相對稱電流通過三相對稱繞組。
2、旋轉(zhuǎn)磁場的方向 旋轉(zhuǎn)磁場的方向與通入繞組的三相電流的相序有關(guān)。如果將三根導線中的任意兩根對調(diào)位置(例如對調(diào)了B和C兩相),則電動機三相繞組的B相與C相對調(diào)(注意:電源三相端子的相序未變),旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。
3、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù) 每相繞組只有一個線圈,繞組的始端之間相差120°空間角,則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極,即(p是磁極對數(shù))。如將定子繞組安排成每相有兩個線圈串聯(lián),繞組的始端之間相差60°空間角,則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極,即
顯然,p與定子繞組的安排有關(guān)?!∫话愕碾妱訖C制造好以后,從型號上即可判斷磁極對數(shù)。
例:Y132M-4→
Y180L-6→
4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 根據(jù)上面的分析,電流變化一個周期,兩極旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周。若電流的頻率為,則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為每秒f轉(zhuǎn)。若以表示旋轉(zhuǎn)磁場的每分鐘轉(zhuǎn)速(r/min),則。
如果每相繞組有兩個線圈(四個圈邊),適當?shù)匕才爬@組的分布,可以形成四個極(兩對極)的旋轉(zhuǎn)磁場,即。時,電流變化一個周期,合成磁場在空間只旋轉(zhuǎn)180°,其轉(zhuǎn)速為,由此可以推廣到p對極的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為。
由上式可知,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(亦稱同步轉(zhuǎn)速)取決于電源頻率和電動機的磁極對數(shù)p。
我國的電源頻率為50Hz,則無論電動機多么復雜,若p一定則一定。
下表為電動機的極對數(shù)與同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系。
5、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理
旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)時,其磁通切割轉(zhuǎn)子導條,導條中就感應出電動勢。在電動勢的作用下,閉合的導條中就有電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)子沿著磁場旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動。因為轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間必須有相對運動才能產(chǎn)生感應電動勢,所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定低于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,故稱為異步電動機。又因轉(zhuǎn)子中的電流是感應產(chǎn)生的,故又稱感應電動機。
下圖是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理示意圖,其中旋轉(zhuǎn)磁場用一對旋轉(zhuǎn)磁鐵表示:
兩極(一對級,p=1)三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理如圖所示,N、S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子中只畫出兩根導條。當旋轉(zhuǎn)磁場向順時針方向旋轉(zhuǎn)時,其磁力線切割轉(zhuǎn)子導條,轉(zhuǎn)子與磁場之間有相對運動,相當于磁場不動,導體沿逆時針切割磁力線,從而在轉(zhuǎn)子導條中產(chǎn)生感應電動勢,電動勢的方向由右手定則確定。在電動勢作用下,閉合的導條中就有電流,而載流導體在磁場中受電磁力F,電磁力方向可用左手定則來確定。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來了。
6、轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極轉(zhuǎn)動的方向相同。但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等,即。因為,如果兩者相等,則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動,因而磁通就不切割轉(zhuǎn)子導條,轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩就都不存在了,這樣,轉(zhuǎn)子就不可能繼續(xù)以的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。因此,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速之間必須有差別。這就是異步電動機名稱的由來。
我們用轉(zhuǎn)差率來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速相差的程度,即。
轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越接近磁場轉(zhuǎn)速,則轉(zhuǎn)差率越小。由于三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相近,所以它的轉(zhuǎn)差率很小。通常異步電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)差率為1%~9%。當n=0時(起動初始瞬間),s=1,這時轉(zhuǎn)差率zui大。
也可寫成
例:有一臺三相異步電動機,其額定轉(zhuǎn)速n=970r/min,電源頻率50HZ。那么電動機極對數(shù)是多少?額定負載時的轉(zhuǎn)差率如何確定?
解:因為n=970r/min,這是電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速應該略小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速。而旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速根據(jù)極對數(shù)不同,當電源頻率50HZ時,分別為3000、1500、1000、750等幾個數(shù)值,因此970接近于其中的1000轉(zhuǎn)/分(3對磁極),故電機的磁極對數(shù)為p=3,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為。
額定轉(zhuǎn)差率為
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