三相異步電動機(jī)的工作原理是根據(jù)電磁感應(yīng)原理而工作的,當(dāng)定子繞組通過三相對稱交流電,則在定子與轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組,在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到力的作用而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。下面,我們分析旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)差率及轉(zhuǎn)向。
三相異步電動機(jī)要其旋轉(zhuǎn)起來先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場,三相異步電動機(jī)的定子繞阻就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的,我們知道,但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的,三相異步電動機(jī)定子繞阻中的三個繞阻在空間位置上也差不120度,這樣,當(dāng)定子繞阻通入三相電源時,字子繞阻會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,電流第變化一個周期旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周,即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流變化是同步的,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n=60f/p式中f為電源頻率,p是磁場的極對數(shù),n的單位是:每分鐘轉(zhuǎn)速,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有為,為此,控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法:1、改變電動機(jī)的極對數(shù)。2、變頻法,現(xiàn)很多是利用變頻技術(shù)控制電動機(jī)的無極變速。
旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞阻中電流的相序有關(guān),相序a、b、c順時針排列,磁場則順時針旋轉(zhuǎn),若把三根電源中的任意兩根對調(diào),如將b相電流通入c相,,c相電流通入b相繞阻中,則相序為:c、b、a則磁場必然逆時針方向旋轉(zhuǎn),利用這一特性我們可以很方便地改變電動機(jī)的方向。
一般情況下,電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n,低于旋轉(zhuǎn)磁場n1,因為假設(shè)n=n1則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有想對運(yùn)動,就不會切割磁力線,也就不會產(chǎn)生,磁轉(zhuǎn)矩,所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必然小于n1為此,我們稱三相電動機(jī)為異步電動機(jī)。
旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生原理
三相異步電動機(jī)的定子鐵芯中放置三相結(jié)構(gòu)完全相同的繞組u、v、w,各相繞組在空間上互差120°電角度,如下圖所示,向這三相繞組通入對稱的三相交流電,如圖(b)(c)所示。下面我們以兩極電動機(jī)為例說明電流在不同時刻時,磁場在空間的位置。
下圖(b)所示,假設(shè)電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入,(用〇中間加個×表示),末端流出(用“⊙”表示),當(dāng)電流為負(fù)值時,于此相反。
在ωt=0的瞬間,iu=0,iv為負(fù)值,iw為正值,如圖(c)所示,則v相電流從v2流進(jìn),v1流出,而w相電流從w1流進(jìn),w2流出。利用安培右手定則可以確定ωt=0瞬間由三相電流所產(chǎn)生的合成磁場方向,如圖(d)①所示??梢娺@時的合成磁場是一對磁極,磁場方向與縱軸線方向為一致,上方式北極,下方是南極。
在ωt=π/2時,經(jīng)過了四分之一周期,iu由零變?yōu)樽畲笾?,電流由首端u1流入,末端u2流出;iv仍為負(fù)值,u相電流方向與(1)時一樣;iw也變?yōu)樨?fù)值,w相電流由w1流出,w2流入,其合成磁場方向如圖(d)②所示,可見磁場方向已經(jīng)較ωt=0時按順時針方向轉(zhuǎn)過90°。
應(yīng)用同樣的分析方法可畫出ωt=π,ωt=2/3*π,ωt=2π時的合成磁場,分別如圖(d)③ ④ ⑤ 所示,由圖中可明顯地看出磁場的方向逐步按順時針方向旋轉(zhuǎn),共計轉(zhuǎn)過360°,即旋轉(zhuǎn)了一周。
(a)簡化的三相繞組分布圖
(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源
(c)三相對稱電流波形圖
(d)兩極繞組的旋轉(zhuǎn)磁場
由此可以得出如下結(jié)論:在三相交流電動機(jī)定子上布置有結(jié)構(gòu)完全相在空間位置各相差120度電角度的三相繞組,分別接入三相對稱交流電,則在定子與轉(zhuǎn)子間所產(chǎn)生的合成磁場是沿定子內(nèi)圓旋轉(zhuǎn)的,我們稱此為旋轉(zhuǎn)磁場。
旋轉(zhuǎn)磁場的方向
由上圖可以看出,三相交流電按u-v-w相序變化,則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在空間上以順時針方向旋轉(zhuǎn)。
若我們?nèi)我鈱φ{(diào)電動機(jī)兩相繞組的電流相許,如:u-w-v相序,則由理論分析和實(shí)踐證明,產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以逆時針方向旋轉(zhuǎn)。由此可知,旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向取決于通入繞組中的三相交流電源的相序,只要任意對調(diào)電動機(jī)的相序,則可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向。
旋轉(zhuǎn)磁場的速度
以上是以兩極為例,如果想要獲得四極旋轉(zhuǎn)磁場,則應(yīng)把線圈的數(shù)目增加一倍,其布置如下圖(a)(b)所示。并按上述方法分析得出,合成磁場在空間的示意圖(c)。
我們比較一下這圖和上文中的那個圖中磁場的旋轉(zhuǎn)速度,不難得出:旋轉(zhuǎn)磁場的速度不僅與電流的頻率有關(guān),還與磁極對數(shù)有關(guān)。上文圖(d)中,當(dāng)三相交流電變化一周后(即每相經(jīng)過360°電角),其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場也正好旋轉(zhuǎn)一周。故在兩極電動機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度。
即n1=60f1=3000轉(zhuǎn)/分
旋轉(zhuǎn)磁場的速度等于三相交流電變化速度的一半,即n1=(60/2)f1=1500轉(zhuǎn)/分。故當(dāng)磁極對數(shù)增加一倍,則旋轉(zhuǎn)磁場的速度減少一半。
同理,通過理論分析可得出旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為:n1=60f1/p,上述公式中
n1:表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,單位轉(zhuǎn)/分;
f1:表示三相交流電源的頻率,單位赫;
p:表示磁極對數(shù);
旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1又稱為同步轉(zhuǎn)速。我國三相交流頻率規(guī)定50hz,因此兩極旋轉(zhuǎn)速度是3000轉(zhuǎn)/分,四極的為1500轉(zhuǎn)/分,六極為1000轉(zhuǎn)/分等。
三相異步電動機(jī)要其旋轉(zhuǎn)起來先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場,三相異步電動機(jī)的定子繞阻就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的,我們知道,但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的,三相異步電動機(jī)定子繞阻中的三個繞阻在空間位置上也差不120度,這樣,當(dāng)定子繞阻通入三相電源時,字子繞阻會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,電流第變化一個周期旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周,即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流變化是同步的,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n=60f/p式中f為電源頻率,p是磁場的極對數(shù),n的單位是:每分鐘轉(zhuǎn)速,電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有為,為此,控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法:1、改變電動機(jī)的極對數(shù)。2、變頻法,現(xiàn)很多是利用變頻技術(shù)控制電動機(jī)的無極變速。
旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞阻中電流的相序有關(guān),相序a、b、c順時針排列,磁場則順時針旋轉(zhuǎn),若把三根電源中的任意兩根對調(diào),如將b相電流通入c相,,c相電流通入b相繞阻中,則相序為:c、b、a則磁場必然逆時針方向旋轉(zhuǎn),利用這一特性我們可以很方便地改變電動機(jī)的方向。
一般情況下,電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n,低于旋轉(zhuǎn)磁場n1,因為假設(shè)n=n1則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有想對運(yùn)動,就不會切割磁力線,也就不會產(chǎn)生,磁轉(zhuǎn)矩,所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n必然小于n1為此,我們稱三相電動機(jī)為異步電動機(jī)。