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異步電機(jī)的基本工作原理

發(fā)布時(shí)間：

2020-12-11

來源：

將分三個(gè)不同的轉(zhuǎn)速范圍來進(jìn)行討論。

當(dāng)異步電機(jī)定子繞組接到三相電源上時(shí)，定子繞組中將流過三相對(duì)稱電流，氣隙中將建立基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其同步轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對(duì)數(shù)這個(gè)基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在短路的轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(gè)不同的轉(zhuǎn)速范圍來進(jìn)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(duì)同步轉(zhuǎn)速n₁之比值，以s表示。

當(dāng)異步電機(jī)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率隨之變化，使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，因此異步電機(jī)轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變動(dòng)。按轉(zhuǎn)差率的正負(fù)、大小，異步電機(jī)可分為電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電磁制動(dòng)三種運(yùn)行狀態(tài)。

1.電動(dòng)機(jī)狀態(tài)

當(dāng)0＜n＜n₁，即0＜s＜1時(shí)，轉(zhuǎn)子中導(dǎo)體以與n相反的方向切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。由右手定則和左手定則，該電流與氣隙磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向同方向的拖動(dòng)力矩。該力矩能克服負(fù)載制動(dòng)力矩而拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從軸上輸出機(jī)械功率。根據(jù)功率平衡，該電機(jī)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(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)，它們之間無相對(duì)切割，因而導(dǎo)體中無感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，也沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為零。因此在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n₁。

2.發(fā)電機(jī)狀態(tài)

用原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)異步電機(jī)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)的方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)相反，從而導(dǎo)體上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流的方向與電動(dòng)機(jī)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(dòng)性質(zhì)。此時(shí)異步電機(jī)由轉(zhuǎn)軸從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)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(dòng)機(jī)狀態(tài)相反），電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

3.電磁制動(dòng)狀態(tài)

由于機(jī)械負(fù)載或其它外因，轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，即n＜0、s＞1，此時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的相同，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電機(jī)運(yùn)行于電磁制動(dòng)狀態(tài)，即由轉(zhuǎn)軸從原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械功率的同時(shí)又從電網(wǎng)吸收電功率（因?qū)w中電流方向與電動(dòng)機(jī)狀態(tài)相同），兩者都變成了電機(jī)內(nèi)部的損耗。