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異步電機的基本工作原理

發(fā)布時間：

2020-12-11

來源：

將分三個不同的轉(zhuǎn)速范圍來進行討論。

當異步電機定子繞組接到三相電源上時，定子繞組中將流過三相對稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動勢，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場，其同步轉(zhuǎn)速決定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數(shù)這個基波旋轉(zhuǎn)磁場在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流，該電流與氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。由于這種電磁轉(zhuǎn)矩的性質(zhì)與轉(zhuǎn)速大小相關(guān)，下面將分三個不同的轉(zhuǎn)速范圍來進行討論。

為了描述轉(zhuǎn)速，引入?yún)?shù)轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率為同步轉(zhuǎn)速n₁，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差（n₁-n）對同步轉(zhuǎn)速n₁之比值，以s表示。

當異步電機的負載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機轉(zhuǎn)速隨負載的變化而變動。按轉(zhuǎn)差率的正負、大小，異步電機可分為電動機、發(fā)電機、電磁制動三種運行狀態(tài)。

1.電動機狀態(tài)

當0＜n＜n₁，即0＜s＜1時，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體以與n相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。由右手定則和左手定則，該電流與氣隙磁場相互作用將產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動力矩。該力矩能克服負載制動力矩而拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從軸上輸出機械功率。根據(jù)功率平衡，該電機一定從電網(wǎng)吸收有功電功率。

如果轉(zhuǎn)子被加速到n₁，此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，它們之間無相對切割，因而導(dǎo)體中無感應(yīng)電動勢，也沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為零。因此在電動機狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n不可能達到同步轉(zhuǎn)速n₁。

2.發(fā)電機狀態(tài)

用原動機拖動異步電機，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，即n＞n₁、s＜0，轉(zhuǎn)子上導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向與電動機狀態(tài)時相反，從而導(dǎo)體上感應(yīng)電動勢、電流的方向與電動機狀態(tài)相反。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)。此時異步電機由轉(zhuǎn)軸從原動機輸入機械功率，克服電磁轉(zhuǎn)矩，通過電磁感應(yīng)由定子向電網(wǎng)輸出電功率（因?qū)w中電流方向與電動機狀態(tài)相反），電機處于發(fā)電機狀態(tài)。

3.電磁制動狀態(tài)

由于機械負載或其它外因，轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，即n＜0、s＞1，此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢、電流與電動機狀態(tài)下的相同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動轉(zhuǎn)矩。此時電機運行于電磁制動狀態(tài)，即由轉(zhuǎn)軸從原動機輸入機械功率的同時又從電網(wǎng)吸收電功率（因?qū)w中電流方向與電動機狀態(tài)相同），兩者都變成了電機內(nèi)部的損耗。