异步电动机。方案、说明

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异步电动机 具有至少两个绕组的电机，其中交流电压相对于彼此发生相移。

工作原理

在异步系统中，可以在机械固定设备中产生旋转磁场。连接到交流电源的线圈会产生脉动磁场，即值和方向发生变化的磁场。

异步电动机
米。 16.6。将电机线圈连接到三相电压源

异步电动机
米。 16.7。三相系统电流变化图

在内径为 D 的圆柱体中，三个线圈放置在表面上，彼此在空间上错开 120°。线圈连接到三相电压源（图 16.6）。上图。图 16.7 显示了形成三相系统的瞬时电流图。

每个线圈都会产生脉动磁场。线圈的磁场相互作用，形成最终的旋转磁场，其特征在于所产生的磁感应强度的矢量 .

上图。 16.8显示了每相的磁感应矢量和结果矢量，针对时间 t 的三个时刻构建₁，T₂，T₃。线圈轴的正方向标记为+1、+2、+3。

此刻 t = t₁ A-X 线圈中的电流和磁感应强度为正且最大，BY 和 CZ 线圈中的电流和磁感应强度相同且为负。所得磁感应强度的矢量等于线圈磁感应强度矢量的几何和，并且与线圈A-X的轴线重合。此时t=t₂ 线圈A-X和CZ中的电流大小相同，方向相反。 B相电流为零。所得磁感应矢量顺时针旋转 30°。

异步电动机
米。 16.8. 三个时刻的磁感应矢量

此刻 t = t₃ 线圈A-X和BY中的电流大小相等且为正，CZ相电流最大且为负，产生的磁场矢量位于CZ线圈轴的负方向。对于一段交流电，产生的磁场矢量将旋转 360°。磁感应矢量运动的线速度

哪里 - 交流电压频率； T为正弦电流的周期； pg - 磁场旋转频率或同步旋转频率。在 T 周期内，磁场移动一段距离哪里

- 磁极划分或磁极之间的距离

沿直径为 D 的圆柱圆周的场。

线速度从哪里来

其中 n₁ - 多极磁场的同步旋转频率与极对数Р。

线圈如图所示。 16.6、创建一个双极磁场，极数2P=2。磁场旋转频率为3000rpm。为了获得四极磁场，需要在直径为 D 的圆柱体内放置六个线圈，每相两个。然后，根据公式（16.7），磁场将以两倍的速度缓慢旋转，其中n₁ = 1500 转/分。

要获得旋转磁场，必须满足两个条件:

条件 1 - 具有至少两个空间位移的线圈。
条件 2 - 将异相电流连接到线圈。

设计

感应电动机有一个称为定子的固定部分和一个称为转子的旋转部分。定子包含产生旋转磁场的绕组。有鼠笼式异步电动机和相转子异步电动机。在具有短路绕组的转子的槽中放置铝棒或铜棒。杆的末端用铝环或铜环封闭。定子和转子由电工钢板制成，以减少涡流损耗。相转子具有三相绕组（对于三相电机）。相的末端连接到一个公共节点，并且起点连接到放置在轴上的三个接触环。固定接触电刷放置在环上。启动变阻器连接到电刷。发动机启动后，启动变阻器的电阻逐渐减小至零。

感应电动机的工作原理

异步电机的工作原理将在图 16.9 所示的模型上进行考虑。 XNUMX。

我们将定子的旋转磁场表示为以同步旋转频率 u 旋转的永磁体。在转子闭合绕组的导体中感应出电流。磁铁的磁极顺时针方向移动。对于放置在旋转磁体上的观察者来说，磁体似乎是静止的，而转子绕组的导体逆时针移动。转子电流的方向由右手定则确定，如图 16.9 所示。 XNUMX。

异步电动机
米。 16.9。感应电机型号

使用左手定则，我们找到作用在转子上并导致其旋转的电磁力的方向。电机转子将以n的速度旋转₁ 沿定子磁场的旋转方向。转子异步旋转，即其旋转频率n₂ 小于定子磁场的旋转频率w。定子和转子磁场速度之间的相对差称为滑差：

转差率不能等于零，因为在磁场和转子的相同速度下，转子中的电流感应将停止，因此不会有电磁扭矩。

电磁扭矩由相反的制动扭矩平衡随着电机轴上负载的增加，制动扭矩变得大于扭矩，并且滑差增加。结果，转子绕组中感应的电动势和电流增加。扭矩增加并变得等于制动扭矩。扭矩会随着转差的增加而增加，达到某个最大值后，随着制动扭矩的进一步增加，扭矩急剧下降，电机停止。

如果失速电机的滑差等于 XNUMX，则称电机处于短路模式。异步电机空载转速n₂ 约等于同步频率n₁.

如果空载发动机的滑差为 S = 0，则称发动机处于空转状态。

在电机模式下运行的异步电机的滑差从零到一变化。异步电机可以在发电机模式下运行。为此，其转子必须由第三方电机沿定子磁场的旋转方向旋转，频率为 n₂ > n₁。异步发电机转差率 S < 0。

异步电机可以以电机制动的模式运行。为此，需要使其转子沿与定子磁场旋转方向相反的方向旋转。在此模式下，S > 1。

通常，异步电机用于电机模式。感应电机是工业中最常见的电机类型。异步电机中磁场的旋转频率与网络频率 f 严格相关₁ 和定子磁极对数。

在频率 f₁ = 50 Hz 有以下 速度范围 (P - n₁，转）：

1-3000;

2-1500;

3 -1000；

4 - 750。

从公式（16.7）我们得到

定子磁场相对于转子的速度称为转差速度

转子绕组中的电流频率和 EMF

堵转异步电机的工作原理类似于变压器。主磁通在定子和固定转子绕组中感应 EMF E₁ 和 E_2K:

其中 F_m - 耦合到定子和转子绕组的主磁通量的最大值；瓦₁和W₂ - 定子和转子绕组的匝数； - 网络中的电压频率；到₀₁ 和K₀₂ - 定子和转子绕组的绕组系数。

为了在定子和转子之间的气隙中获得更有利的磁感应分布，定子和转子绕组不集中在一个磁极内，而是沿定子和转子的圆周分布。分布式绕组的电动势小于集总绕组的电动势。通过将绕组系数引入确定绕组电动势大小的公式中来考虑这一事实。绕组系数的值略小于XNUMX。旋转转子绕组中的 EMF

跑步机转子电流

其中r₂ - 转子绕组的有源电阻； X₂ - 转子绕组的感抗，

, 其中 x_2K - 制动转子的感抗。然后

单相电机的定子上有一个绕组。由交流电供电的单相绕组将产生脉动磁场。让我们在该磁场中放置一个带有短路绕组的转子。转子将不旋转。如果用第三方机械力向任意方向旋转转子，发动机就会稳定工作。这可以解释如下。

脉动磁场可以由两个具有同步频率n1、沿相反方向旋转且磁通幅度等于脉动场磁通幅度一半的磁场来代替。其中一个磁场称为正向旋转，另一个称为反向旋转。每个磁场都会在转子绕组中感应出涡流。当涡流与磁场相互作用时，会形成方向相反的扭矩。上图。图16.10显示了正向磁场M’上的力矩、反向磁场M’上的力矩以及滑差函数M≤M’-M’中所得力矩M的依赖性。

异步电动机
米。 16.10。直接场、反向场的力矩以及由此产生的力矩对滑差的依赖性

滑动轴的方向彼此相反。在启动模式下，转子受到大小相等、方向相反的扭矩。让我们通过第三方力沿互易磁场方向旋转转子。将出现过量（产生的）扭矩，将转子加速到接近同步的速度。在这种情况下，电机相对于往复磁场的滑差

相对于反向旋转磁场的电机滑差

考虑到由此产生的特性，我们可以得出以下结论。

1输出。单相电机没有启动扭矩。它将沿着外力旋转的方向旋转。

2输出。 由于反向旋转磁场的制动作用，单相电机的性能比三相电机差。

为了产生启动扭矩，单相电机配备了一个相对于主工作绕组在空间上移位 90° 的启动绕组。启动绕组通过移相元件连接到网络：电容器或有源电阻。

图16.11所示为电机绕组切换电路，其中P为工作绕组，P为启动绕组。选择移相元件C的电容，使得工作绕组和启动绕组中的电流相位相差90°。如果三相异步电动机的绕组按照下图连接（图 16.12），则三相异步电动机可以通过单相网络运行。

在图所示的图中。 16.12，定子绕组采用星形连接，在图16.12中。 60、b——三角形。每 1 kW 功率的电容值 C ~ XNUMX uF。

异步电动机
米。 16.11。单相电机绕组接通方案

异步电动机
米。 16.12。三相电机绕组单相接通方案：a——第一种方案； b - 第二个选项

作者：Koryakin-Chernyak S.L.

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