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第二章 傳動裝置與電機
知識點十四、三相異步電動機的工作原理
基本原理:通入定子繞組的三相電流共同產(chǎn)生的合成磁場隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn),稱為旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子鐵芯槽中的導(dǎo)體,在閉合的導(dǎo)體中產(chǎn)生電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
需要解決的兩個問題:轉(zhuǎn)子如何受力(分析轉(zhuǎn)子繞組);旋轉(zhuǎn)磁場如何產(chǎn)生(分析定子繞組)。
轉(zhuǎn)子如何受力:1.在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,方向由右手定則判定;2.感應(yīng)電流在磁場中,會受力,力的方向用左手定則判定。
【拓展】右手定則判斷感應(yīng)電流。方法是:伸開右手,使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內(nèi),把右手放入磁場中,讓磁感線垂直穿入手心,大拇指指向?qū)w運動方向,則其余四指指向感應(yīng)電流的方向。
左手定則判斷受力方向。方法是:伸開左手,讓磁感線穿入手心(手心對準(zhǔn)N極,手背對準(zhǔn)S極),四指指向電流方向,那么大拇指的方向就是導(dǎo)體受力方向。
三相異步電動機的三相定子繞組U1-U2、V1-V2、W1-W2以Y形(星形)聯(lián)接方式與三相電源相接,便有對稱電流流入。
在ωt=0的瞬間,定子繞組中電流的方向:U相電流為零;
V相電流自V2流向V1;
W相電流自W1流向W2。
將各相電流產(chǎn)生的磁場相加得到合成磁場,其方向由上向下。
【拓展】通電直導(dǎo)線中的安培定則:用右手握住通電直導(dǎo)線,讓大拇指指向電流的方向,那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向。
在ωt=60°瞬間及ωt=120°瞬間,定子中各相電流的方向及三相電流產(chǎn)生的合成磁場的方向在空間依次轉(zhuǎn)過了60°。
旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與電流的相序一致,旋轉(zhuǎn)磁場的速度正比于電源頻率f,而與旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)P成反比。當(dāng)轉(zhuǎn)速以每分鐘計算時,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速可表示為:
F─電源頻率(50次/秒);
P─磁極 對數(shù)
電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速并不相等。因為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等,則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動,導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生不了電動勢和電流,因而也就沒有電磁力,所以電動機轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的差異是保證電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件。三相異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)n小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,其相差的程度常用轉(zhuǎn)差率S表示,即轉(zhuǎn)差率
電機轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)差率是分析異步電動機運行情況的一個重要參數(shù)。當(dāng)電動機通電而轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時(如在起動最初瞬間或電動機嚴(yán)重過載而堵轉(zhuǎn)時),n=0,則S=1;當(dāng)轉(zhuǎn)子空載運行時,其轉(zhuǎn)速非常接近旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速,則S≈0.因此,異步電動機的轉(zhuǎn)差率在0~1范圍內(nèi)變化,即0<S<1。
通常在額定負載下的轉(zhuǎn)差率約為0.01~0.06.
【提示】若要使電動機轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動,只需將接于三相電源的三相繞組中的任意兩根對調(diào)位置,使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)即可。
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