異步電動機的裝置和工作原理

電動車將電能從交流電轉換為機械能的稱為交流電動機。

在工業上，異步三相電機應用最為廣泛。讓我們看看這些引擎的裝置和工作原理。

感應電動機的工作原理是基於旋轉磁場的使用。

為了解此類發動機的運行情況，我們將進行以下實驗。

我們會加強 馬蹄形磁鐵 在軸上，以便可以通過手柄旋轉。在磁鐵的兩極之間，我們沿軸放置了一個可以自由旋轉的銅圓柱體。

圖 1. 獲得旋轉磁場的最簡單模型

讓我們開始順時針轉動手柄磁鐵。磁鐵的磁場也將開始旋轉，並且隨著它的旋轉，其磁力線將穿過銅圓柱。在一個圓柱體中 根據電磁感應定律, 將有 渦流誰將創建自己的 磁場 — 圓柱體的場。該磁場將與永磁體的磁場相互作用，導致圓柱體與磁鐵同向旋轉。

發現圓柱體的旋轉速度略小於磁場的旋轉速度。

事實上，如果圓柱體以與磁場相同的速度旋轉，則磁力線不會穿過它，因此不會產生渦流，從而導致圓柱體旋轉。

磁場的旋轉速度通常稱為同步的，因為它等於磁鐵的旋轉速度，而圓柱體的旋轉速度是異步的（異步的）。因此，電機本身被稱為感應電機...... 氣缸（轉子）的旋轉速度不同於 磁場的同步旋轉速度 有少量滑動。

通過 n1 表示轉子的旋轉速度和通過 n 表示磁場的旋轉速度我們可以通過以下公式計算百分比滑差：

s = (n - n1) / n。

在上面的實驗中我們得到了一個旋轉磁場和由於永磁體的旋轉而引起的圓柱體的旋轉，因此這樣的裝置還不是電動機......應該是這樣的 電 創建一個旋轉磁場並用它來轉動轉子。 M. O. Dolivo-Dobrovolski 在他那個時代出色地解決了這個問題。為此，他建議使用三相電流。

異步電動機 M. O. Dolivo-Dobrovolski 的裝置

圖 2. Dolivo-Dobrovolsky 異步電動機示意圖

在稱為電機定子的環形鐵芯的兩極上放置三個繞組，三相電流網絡 0 彼此成 120° 角。

在核心內部，一個金屬圓柱體，即所謂的電動機轉子。

如果線圈如圖所示互連並連接到三相電流網絡，則三個磁極產生的總磁通量將變成旋轉的。

圖3是電機繞組中電流變化曲線圖和旋轉磁場出現的過程。

讓我們更詳細地看一下這個過程。

圖 3. 獲得旋轉磁場

在圖表的“A”位置，第一相電流為零，第二相電流為負，第三相電流為正。電流沿圖中箭頭指示的方向流過磁極線圈。

根據右手法則確定電流產生的磁通量方向後，我們將確保在第三繞組的內極端（面向轉子）產生南極 (S)，並且北極 (C) 將創建在第二個線圈的極點。總磁通量將從第二個線圈的磁極通過轉子指向第三個線圈的磁極。

在圖表的“B”位置，第二相電流為零，第一相電流為正，第三相電流為負。流過極繞組的電流在第一個繞組末端形成南極 (S)，在第三個繞組末端形成北極 (C)。總磁通量現在將從第三極通過轉子指向第一極，即磁極將移動 120°。

在圖表的“B”位置，第三相電流為零，第二相電流為正，第一相電流為負。現在流過第一個和第二個線圈的電流將在第一個線圈的極端產生一個北極 (C)，在第二個線圈的極端產生一個南極 (S)，即, 總磁場的極性將再偏移 120°。在圖表上的位置 «G»，磁場將再移動 120°。

因此，總磁通量將隨著定子繞組（磁極）中電流方向的變化而改變其方向。

在這種情況下，對於線圈中電流變化的一個週期，磁通量將進行完整的旋轉。旋轉的磁通量會拖動圓柱體，因此我們將得到一個異步電動機。

回想一下，在圖 3 中，定子繞組採用星形連接，但當它們採用三角形連接時會形成旋轉磁場。

如果我們調換第二相和第三相的繞組，磁通將反轉其旋轉方向。

無需改變定子繞組，而是將網絡第二相的電流引導至定子的第三相，並將網絡的第三相引導至定子的第二相，即可實現相同的結果。

因此，可以通過切換兩相來改變磁場的旋轉方向。

我們考慮了一個帶有三個定子繞組的感應電機的設備……在這種情況下，旋轉磁場是雙極的，每秒的轉數等於電流在一秒鐘內變化的周期數。

如果在定子上繞圓周放置六個線圈，則為四極旋轉磁場……九個線圈，則磁場為六極。

在三相電流的頻率等於每秒 50 個週期或每分鐘 3000 次時，旋轉磁場每分鐘的轉數 n 將為：

雙極定子 n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm，

四極定子 n = (50 NS 60) / 2 = 1500 轉，

六極定子 n = (50 NS 60) / 3 = 1000 匝，

定子極對數等於 p：n = (f NS 60) / p，

因此，我們確定了磁場的旋轉速度及其對電機定子繞組數的依賴性。

眾所周知，電機轉子的旋轉會有些滯後。

但是，轉子滯後很小。例如，當發動機怠速時，轉速差異僅為 3%，而在負載下則為 5-7%。因此，當負載變化時，感應電動機的速度變化在很小的範圍內，這是它的優點之一。

現在考慮異步電動機的裝置

拆開的異步電動機：a)定子； b) 鼠籠式轉子； c) 執行階段的轉子（1——框架；2——沖壓鋼板鐵芯；3——繞組；4——軸；5——滑環）

現代異步電動機的定子有隱極，即定子的內表面完全光滑。

為了減少渦流損耗，定子鐵芯由沖壓薄鋼板製成。 組裝好的定子鐵芯固定在鋼製外殼內。

一個銅線線圈放置在定子的槽中。電動機定子的相繞組通過“星形”或“三角形”連接，為此繞組的所有起點和終點都被帶到身體 - 一個特殊的絕緣屏蔽。這樣的定子裝置非常方便，因為它允許您將其繞組打開到不同的標準電壓。

感應電機轉子與定子一樣，由沖壓鋼板組裝而成。線圈放置在轉子的凹槽中。

根據轉子的設計，異步電動機分為鼠籠式轉子電動機和相轉子電動機。

鼠籠式轉子繞組由插入轉子槽中的銅棒製成。桿的末端用銅環連接。這稱為鼠籠滾動。請注意，通道中的銅排未絕緣。

在某些發動機中，“鼠籠”被鑄造轉子所取代。

異步轉子電機 （帶滑環）通常用於大功率電動機和這些情況；當啟動時需要電動機產生較大的力時。這是通過相電機的繞組連接的事實來實現的 啟動變阻器.

鼠籠式感應電動機有兩種調試方式：

1) 將三相電源電壓直接連接到電機定子上。這種方法最簡單，也是最流行的。

2) 降低施加在定子繞組上的電壓。例如，通過將定子繞組從星形切換為三角形來降低電壓。

當定子繞組接成“星形”時電動機啟動，當轉子達到正常轉速時，定子繞組轉為“三角形”接法。

與通過“三角形”連接的定子繞組直接連接到網絡啟動電機時出現的電流相比，這種啟動電機的方法中電源線中的電流減少了 3 倍。但是，此方法僅適用於定子設計為在其繞組為三角形連接時正常運行的情況。

最簡單、最便宜和最可靠的是異步鼠籠式電機，但這種電機有一些缺點——啟動力低和啟動電流高。這些缺點通過使用相位轉子在很大程度上消除了，但是使用這種轉子大大增加了電機的成本並且需要變阻器啟動。

異步電動機的種類

異步電機的主要類型是三相異步電機……它有三個定子繞組，彼此成 120°。線圈採用星形或三角形連接，由三相交流電供電。

低功率電機在大多數情況下採用兩相...與三相電機不同，它們有兩個定子繞組，其中的電流必須以一定角度偏移以產生旋轉磁場 π/2。

如果繞組中的電流大小相等且相位相差 90°，則這種電動機的運行與三相電動機的運行沒有任何區別。然而，這種具有兩個定子繞組的電機在大多數情況下由單相網絡供電，並且通常由於電容器而人為地產生接近 90° 的位移。

單相電機只有一個定子繞組實際上是不活動的，當轉子靜止時，電機中只產生脈動磁場，轉矩為零。確實，如果這種機器的轉子旋轉到一定速度，那麼它就可以執行發動機的功能。

在這種情況下，雖然只有一個脈動場，但它由兩個對稱的 - 向前和向後，產生不相等的扭矩 - 更大的電機和更少的製動，由於頻率增加的轉子電流（相對於反向同步滑移）字段大於 1)。

與上述相關，單相電機配備有用作啟動繞組的次級繞組。該線圈的電路中包含電容器以產生電流的相移，其容量可以相當大（電機功率小於 1 kW 時數十微法）。

控制系統使用兩相電機，有時稱為執行...它們有兩個定子繞組在空間上偏移 90°。其中一個繞組稱為勵磁繞組，直接連接到 50 或 400 Hz 網絡。第二個用作控制線圈。

要產生旋轉磁場和相應的扭矩，控制線圈中的電流必須以接近 90° 的角度移動。如下所示，電機速度的調節是通過改變該線圈中電流的值或相位來完成的。相反的是通過將控制線圈中的電流相位改變 180°（線圈的切換）來提供。

兩相電機有多種型號：

• 帶鼠籠式轉子，

• 帶有空心非磁性轉子，

• 帶有空心磁轉子。

直線電機

將發動機的旋轉運動轉化為工作機器機構的平移運動總是與使用任何機械單元的需要相關聯：齒條、螺桿等。只是有條件的——作為一個移動的器官）。

在這種情況下，引擎被稱為已部署。直線電機的定子繞組採用與容積式電機相同的方式進行，但它只能沿著滑動轉子的最大可能運動的整個長度放置在凹槽中。滑塊轉子通常是短路的，機構的工作體與其鉸接。在定子的末端當然必須有擋塊以防止轉子離開路徑的工作極限。