異步電機是一種交流電機,其負載時的轉速與所接電網的頻率之比不是恒定關系。還隨著負載的大小發生變化。負載轉矩越大,轉子的轉速越低。異步電機包括感應電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應電機應用最廣,在不致引起誤解或混淆的情況下,一般可稱感應電機為異步電機。
異步電機因轉子轉速小于旋轉磁場的轉速而得名,基本原理基于電磁感應,主要構造由定子和轉子兩部分組成。
普通異步電機的定子繞組接交流電網,轉子繞組不需與其他電源連接。因此,它具有結構簡單,制造、使用和維護方便,運行可靠以及質量較小,成本較低等優點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性,從空載到滿載范圍內接近恒速運行,能滿足大多數工農業生產機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式,以適應不同環境條件的需要。異步電機運行時,必須從電網吸取無功勵磁功率,使電網的功率因數變壞。因此,對驅動球磨機、壓縮機等大功率、低轉速的機械設備,常采用同步電機。由于異步電機的轉速與其旋轉磁場轉速有一定的轉差關系,其調速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等,采用直流電機較經濟、方便。但隨著大功率電子器件及交流調速系統的發展,目前適用于寬調速的異步電機的調速性能及經濟性已可與直流電機的相媲美。
三相異步電機的基本結構可以分為定子和轉子兩大部分。
三相異步電機結構示意圖
定子由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。
定子鐵心是電動機磁路的一部分,裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗,定子鐵心用用硅鋼片疊壓而成的,在硅鋼片的兩面還應途上絕緣漆。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽,用于大、中型容量的高壓異步電動機中;(b)是半開口槽,用于中型500V以下的異步電動機中;(c)是半閉口槽,用于低壓小型異步電動機中。
異步電機定子
定子繞組用絕緣的銅(或鋁)導線繞成,嵌在定子槽內。
機座起固定和支撐作用。
轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。
轉子鐵心是電動機磁路的一部分,它用硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上,整個轉子的外表呈圓柱形。
轉子繞組分為籠型和繞線型兩類。
籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體,在鐵心的兩端用端環連接起來,形成一個短路的繞組。如果把轉子鐵心拿掉,則可看出,剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子,如圖(a) 所示,因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的,也有用鋁的。
如果用的是銅料,就需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里,再用銅端環套在伸了兩端的銅條上,最后焊在一起,如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁,就連同端環、風扇一次鑄成,如圖(c)所示 。籠型轉子結構簡單、制造方便、是一種經濟、耐用的電機,所以應用極廣。
異步電機轉子
繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組,一般都聯接成Y形。轉子繞組的三條引線分別接到三個滑環上,用一套電刷裝置引出來,如圖所示。這就可以把外接電阻串聯到轉子繞組回路里去,以改善電動機的啟動性能或調節電動機的轉速。
與籠型轉子相比較,繞線型轉子結構稍復雜,價格稍貴,因此只在要求起動電流小,起動轉距大,或需平滑調速的場合使用。
當三相異步電機接入三相交流電源時,三相定子繞組流過三相對稱電流產生的三相磁動勢(定子旋轉磁動勢)并產生旋轉磁場。
異步電機旋轉磁場的形成
該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動,根據電磁感應原理,轉子導體產生感應電動勢并產生感應電流。
根據電磁力定律,載流的轉子導體在磁場中受到電磁力作用,形成電磁轉矩,驅動轉子旋轉,當電動機軸上帶機械負載時,便向外輸出機械能。
異步電機的構造和原理都非常簡單,造價便宜,維護便捷,所以異步電機的應用非常廣泛,在人類的日常生活、工業制造中都有舉足輕重的地位。
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