异步电动机的装置和工作原理

电动车将电能从交流电转换为机械能的称为交流电动机。

在工业上，异步三相电机应用最为广泛。让我们看看这些引擎的装置和工作原理。

感应电动机的工作原理是基于旋转磁场的使用。

为了解此类发动机的运行情况，我们将进行以下实验。

我们会加强 马蹄形磁铁 在轴上，以便可以通过手柄旋转。在磁铁的两极之间，我们沿轴放置了一个可以自由旋转的铜圆柱体。

图 1. 获得旋转磁场的最简单模型

让我们开始顺时针转动手柄磁铁。磁铁的磁场也将开始旋转，并且随着它的旋转，其磁力线将穿过铜圆柱。在一个圆柱体中 根据电磁感应定律, 将有 涡流谁将创建自己的 磁场 — 圆柱体的场。该磁场将与永磁体的磁场相互作用，导致圆柱体与磁铁同向旋转。

发现圆柱体的旋转速度略小于磁场的旋转速度。

事实上，如果圆柱体以与磁场相同的速度旋转，则磁力线不会穿过它，因此不会产生涡流，从而导致圆柱体旋转。

磁场的旋转速度通常称为同步，因为它等于磁铁的旋转速度，而圆柱体的旋转速度是异步的（异步的）。因此，电机本身被称为感应电机...... 气缸（转子）的旋转速度不同于 磁场的同步旋转速度 有少量滑动。

通过 n1 表示转子的旋转速度和通过 n 表示磁场的旋转速度我们可以通过以下公式计算百分比滑移：

s = (n - n1) / n。

在上面的实验中，我们得到了一个旋转磁场，以及由于永磁体的旋转而引起的圆柱体的旋转，因此这样的装置还不是电动机……应该是 电 创建一个旋转磁场并用它来转动转子。 M. O. Dolivo-Dobrovolski 在他那个时代出色地解决了这个问题。为此，他建议使用三相电流。

异步电动机 M. O. Dolivo-Dobrovolski 的装置

图 2. Dolivo-Dobrovolsky 异步电动机示意图

在称为电机定子的环形铁芯的两极上放置三个绕组，三相电流网络 0 彼此成 120° 角。

在核心内部，一个金属圆柱体，即所谓的电动机转子。

如果线圈如图所示互连并连接到三相电流网络，则三个磁极产生的总磁通量将变成旋转的。

图3是电机绕组中电流变化曲线图和旋转磁场出现的过程。

让我们更详细地看一下这个过程。

图 3. 获得旋转磁场

在图表的“A”位置，第一相电流为零，第二相电流为负，第三相电流为正。电流沿图中箭头指示的方向流过磁极线圈。

根据右手法则确定电流产生的磁通量方向后，我们将确保在第三绕组的内极端（面向转子）产生南极 (S)，并且北极 (C) 将创建在第二个线圈的极点。总磁通量将从第二个线圈的磁极通过转子指向第三个线圈的磁极。

在图表的“B”位置，第二相电流为零，第一相电流为正，第三相电流为负。流过极绕组的电流在第一个绕组末端形成南极 (S)，在第三个绕组末端形成北极 (C)。总磁通量现在将从第三极通过转子指向第一极，即磁极将移动 120°。

在图表的“B”位置，第三相电流为零，第二相电流为正，第一相电流为负。现在流过第一个和第二个线圈的电流将在第一个线圈的极端产生一个北极 (C)，在第二个线圈的极端产生一个南极 (S)，即, 总磁场的极性将再偏移 120°。在图表上的位置 «G»，磁场将再移动 120°。

因此，总磁通量将随着定子绕组（磁极）中电流方向的变化而改变其方向。

在这种情况下，对于线圈中电流变化的一个周期，磁通量将进行完整的旋转。旋转的磁通量会拖动圆柱体，因此我们将得到一个异步电动机。

回想一下，在图 3 中，定子绕组采用星形连接，但当它们采用三角形连接时会形成旋转磁场。

如果我们调换第二相和第三相的绕组，磁通将反转其旋转方向。

无需改变定子绕组，而是将网络第二相的电流引导至定子的第三相，并将网络的第三相引导至定子的第二相，即可实现相同的结果。

因此，可以通过切换两相来改变磁场的旋转方向。

我们考虑了一个带有三个定子绕组的感应电机的设备……在这种情况下，旋转磁场是双极的，每秒的转数等于电流在一秒钟内变化的周期数。

如果在定子上绕圆周放置六个线圈，则为四极旋转磁场……九个线圈，则磁场为六极。

在三相电流的频率等于每秒 50 个周期或每分钟 3000 次时，旋转磁场每分钟的转数 n 将为：

双极定子 n = (50 NS 60) / 1 = 3000 rpm，

四极定子 n = (50 NS 60) / 2 = 1500 转，

六极定子 n = (50 NS 60) / 3 = 1000 匝，

定子极对数等于 p：n = (f NS 60) / p，

因此，我们确定了磁场的旋转速度及其对电机定子绕组数的依赖性。

众所周知，电机转子的旋转会有些滞后。

但是，转子滞后很小。例如，当发动机怠速时，转速差异仅为 3%，而在负载下则为 5-7%。因此，当负载变化时，感应电动机的速度变化在很小的范围内，这是它的优点之一。

现在考虑异步电动机的装置

拆开的异步电动机：a)定子； b) 鼠笼式转子； c) 执行阶段的转子（1——框架；2——冲压钢板铁芯；3——绕组；4——轴；5——滑环）

现代异步电动机的定子有隐极，即定子的内表面完全光滑。

为了减少涡流损耗，定子铁芯由冲压薄钢板制成。 组装好的定子铁芯固定在钢制外壳内。

一个铜线线圈放置在定子的槽中。电动机定子的相绕组通过“星形”或“三角形”连接，为此绕组的所有起点和终点都被带到身体 - 一个特殊的绝缘屏蔽。这样的定子装置非常方便，因为它允许您将其绕组打开到不同的标准电压。

感应电机转子与定子一样，由冲压钢板组装而成。线圈放置在转子的凹槽中。

根据转子的设计，异步电动机分为鼠笼式转子电动机和相转子电动机。

鼠笼式转子绕组由插入转子槽中的铜棒制成。杆的末端用铜环连接。这称为鼠笼滚动。请注意，通道中的铜排未绝缘。

在某些发动机中，“鼠笼”被铸造转子取代。

异步转子电机 （带滑环）通常用于大功率电动机和这些情况；当启动时需要电动机产生较大的力时。这是通过相电机的绕组连接的事实来实现的 启动变阻器.

鼠笼式异步电动机有两种调试方式：

1) 将三相电源电压直接连接到电机定子上。这种方法最简单，也是最流行的。

2) 降低施加在定子绕组上的电压。例如，通过将定子绕组从星形切换为三角形来降低电压。

当定子绕组接成“星形”时电动机启动，当转子达到正常转速时，定子绕组转为“三角形”接法。

与通过“三角形”连接的定子绕组直接连接到网络启动电机时出现的电流相比，这种启动电机的方法中电源线中的电流减少了 3 倍。但是，这种方法仅适用于定子设计为在其绕组为三角形连接时正常运行的情况。

最简单、最便宜和最可靠的是异步鼠笼式电机，但这种电机有一些缺点——启动力低和启动电流高。这些缺点通过使用相位转子在很大程度上消除了，但是使用这种转子大大增加了电机的成本并且需要变阻器启动。

异步电动机的种类

异步电机的主要类型是三相异步电机……它有三个定子绕组，彼此成 120°。线圈采用星形或三角形连接，由三相交流电供电。

低功率电机在大多数情况下采用两相...与三相电机不同，它们有两个定子绕组，其中的电流必须以一定角度偏移以产生旋转磁场 π/2。

如果绕组中的电流大小相等且相位相差 90°，则这种电动机的运行与三相电动机的运行没有任何区别。然而，这种具有两个定子绕组的电机在大多数情况下由单相网络供电，并且通常由于电容器而人为地产生接近 90° 的位移。

单相电机只有一个定子绕组实际上是不活动的，当转子静止时，电机中只产生脉动磁场，转矩为零。确实，如果这种机器的转子旋转到一定速度，那么它就可以执行发动机的功能。

在这种情况下，虽然只有一个脉动场，但它由两个对称的 - 向前和向后，产生不相等的扭矩 - 更大的电机和更少的制动，由于频率增加的转子电流（相对于反向同步滑移）字段大于 1)。

与上述相关，单相电机配备有用作启动绕组的次级绕组。该线圈的电路中包含电容器以产生电流的相移，其容量可以相当大（电机功率小于 1 kW 时数十微法）。

控制系统使用两相电机，有时称为执行...它们有两个定子绕组在空间上偏移 90°。其中一个绕组称为励磁绕组，直接连接到 50 或 400 Hz 网络。第二个用作控制线圈。

要产生旋转磁场和相应的扭矩，控制线圈中的电流必须以接近 90° 的角度移动。如下所示，电机速度的调节是通过改变该线圈中电流的值或相位来完成的。相反的是通过将控制线圈中的电流相位改变 180°（线圈的切换）来提供。

两相电机有多种型号：

• 带鼠笼式转子，

• 带有空心非磁性转子，

• 带有空心磁转子。

直线电机

将发动机的旋转运动转化为工作机器机构的平移运动总是与使用任何机械单元的需要相关联：齿条、螺杆等。只是有条件的——作为一个移动的器官）。

在这种情况下，引擎被称为已部署。直线电机的定子绕组采用与容积式电机相同的方式进行，但它只能沿着滑动转子的最大可能运动的整个长度放置在凹槽中。滑块转子通常是短路的，机构的工作体与其铰接。在定子的末端当然必须有挡块以防止转子离开路径的工作极限。