清華紫光三相異步電機-中研紫光馬達
三相異步電機是感應電機，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產生感應電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產生的磁通有了相位差，從而形成旋轉磁場。通電啟動后，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，即旋轉磁場與轉子存在相對轉速，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，使轉子轉起來，實現(xiàn)能量變換。
電動機分類
1．按工作電源分類
根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。
2．按結構及工作原理分類
根據(jù)電動機按結構及工作原理的不同，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。
同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。
異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。
直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。
3．按起動與運行方式分類
根據(jù)電動機按起動與運行方式不同，可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。
4．按用途分類
可分為驅動用電動機和控制用電動機。
驅動用電動機又分為電動工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具)用電動機、家電(包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等)用電動機及其它通用小型機械設備(包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等)用電動機。
控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。
5．按轉子的結構分類
根據(jù)電動機按轉子的結構不同，可分為籠型感應電動機(舊標準稱為鼠籠型異步電動機)和繞線轉子感應電動機(舊標準稱為繞線型異步電動機)。
6．按運轉速度分類
根據(jù)電動機按運轉速度不同，可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。
低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。
調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。
異步電動機的轉子轉速總是略低于旋轉磁場的同步轉速。
同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速。
基本工作過程：
(1)當三相異步電機接入三相交流電源(各相差120度電角度)時，三相定子繞組流過三相對稱電產生的三相磁動勢(定子旋轉磁動勢)并產生旋轉磁場，該磁場以同步轉速n0沿定子和轉子內圓空間作順時針方向旋轉。
(2)該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應原理,轉子導體(轉子繞組是閉合通路)產生感應電動勢并產生感應電流(感應電動勢的方向用右手定則判定)。
(3)根據(jù)電磁力定律，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產生與感應電動勢方向基本*的感生電流。載流的轉子導體在定子產生的磁場磁場中受到電磁力作用(力的方向用左手定則判定)，電磁力對電機轉子軸形成電磁轉矩，驅動電機轉子沿著旋轉磁場方向旋轉，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。由于沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通，電機轉動方向與旋轉磁場方向相同。
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為什么是異步電機
因為三相異步電機轉子線圈中的感應電流是由于轉子導體與磁場有相對運動而產生的。三相異步電機的轉子轉速不會與旋轉磁場同步，更不會超過旋轉磁場的速度。如果三相異步電機轉子的轉速與旋轉磁場的轉速成大小相等，那么，磁場與轉子之間就沒有相對運動，導體不能切割磁力線，因此轉子線圈中也就不會產生感應電勢和電流，三相異步電機轉子導體在磁場中也就不會受到電磁力的作用而使轉子轉動。因而三相異步電機的轉子旋轉速度不可能與旋轉磁場相同，總是小于旋轉磁場的同步轉速。但在特殊運行方式下(如發(fā)電制動)，三相異步電機轉子轉速可以大于同步轉速。
三相異步電機轉矩
對稱3相繞組通入對稱3相電 產生旋轉磁場，磁場線切割轉子繞組，根據(jù)電磁感應原理，轉子繞組中產生e和i，轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用，即產生電磁轉矩，使轉子旋轉起來，轉子輸出機械能量，帶動機械負載旋轉起來。
在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以三相交流繞組通入三相交產生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體，并分別在轉子導體中產生感應電動勢和感應電流 。
該電流與磁場相互作用產生正、反電磁轉矩。正向電磁轉矩企圖使轉子正轉；反向電磁轉矩企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加起來就是推動電動機轉動的合成轉矩。
三相異步電機轉速
在電機定子中通入3相交流電，使其產生旋轉磁場，轉速為n0。不同的磁極對數(shù)p，在相同頻率f=50Hz的交流電作用下，會產生不同的同步轉速n0，n0=60f/p。
電機轉子的轉速小于旋轉磁場的轉速，它和感應電機基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉差率，
ns為磁場轉速，n為轉子轉速。
三相異步電機種類
按轉子結構的不同，三相異步電機可分為籠式和繞線式兩種。
籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調速困難。
繞線式三相異步電機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調節(jié)電動機的轉速。
三相異步電機特點:
優(yōu)點：與單相異步電動機相比，三相異步電機結構簡單，制造方便，運行性能好，并可節(jié)省各種材料，價格便宜。
三相異步電機的使用
三相異步電機功率大，主要制成大型電機。它一般用于有三相電源(Triple-phase power)的大型工業(yè)設備中。首先說明一點的是，三相異步電機只用于電動機，極少用作發(fā)電機，都是同步電機用來發(fā)電。
對于1kW以下的小功率三相異步電機，不僅可以作三相運行，而且也可以作單相運行。
三相異步電機的幾種調速方式比較
三相異步電動機轉速公式為：n=60f/p(1-s)
從上式可見，改變供電頻率f、電動機的極對數(shù)p及轉差率s均可達到改變轉速的目的。從調速的本質來看，不同的調速方式無非是改變交流電動機的同步轉速或不改變同步轉兩種。
在生產機械中廣泛使用不改變同步轉速的調速方法有繞線式電動機的轉子串電阻調速、斬波調速、串級調速以及應用電磁轉差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調速。改變同步轉速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機，改變定子電壓、頻率的變頻調速有能無換向電動機調速等。
從調速時的能耗觀點來看，有高效調速方法與低效調速方法兩種：高效調速指時轉差率不變，因此無轉差損耗，如多速電動機、變頻調速以及能將轉差損耗回收的調速方法(如串級調速等)。有轉差損耗的調速方法屬低效調速，如轉子串電阻調速方法，能量就損耗在轉子回路中；電磁離合器的調速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉差損耗隨調速范圍擴大而增加，假如調速范圍不大，能量損耗是很小的。
一、變極對數(shù)調速方法
這種調速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機定子極對數(shù)達到調速目的，特點如下：
具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；
無轉差損耗，效率高；
接線簡單、控制方便、價格低；
有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速；
可以與調壓調速、電磁轉差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調速特性。
本方法適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。
二、變頻調速方法
變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。變頻調速系統(tǒng)主要設備是提供變頻電源的變頻器，變頻器可分成交流－直流－交流變頻器和交流－交流變頻器兩大類，目前國內大都使用交－直－交變頻器。其特點：
效率高，調速過程中沒有附加損耗；
應用范圍廣，可用于籠型異步電動機；
調速范圍大，特性硬，精度高；
技術復雜，造價高，維護檢驗困難。
本方法適用于要求精度高、調速性能較好場合。
三、串級調速方法
串級調速是指繞線式電動機轉子回路中串進可調節(jié)的附加電勢來改變電動機的轉差，達到調速的目的。大部分轉差功率被串進的附加電勢所吸收，再利用產生附加的裝置，把吸收的轉差功率返回電網或轉換能量加以利用。根據(jù)轉差功率吸收利用方式，串級調速可分為電機串級調速、機械串級調速及晶閘管串級調速形式，多采用晶閘管串級調速，其特點為：
可將調速過程中的轉差損耗回饋到電網或生產機械上，效率較高；
裝置容量與調速范圍成正比，投資省，適用于調速范圍在額定轉速70%－90%的生產機械上；
調速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產；
晶閘管串級調速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。
本方法適合于風機、水泵及軋鋼機、礦井提升機、擠壓機上使用。
四、繞線式電動機轉子串電阻調速方法
繞線式異步電動機轉子串進附加電阻，使電動機的轉差率加大，電動機在較低的轉速下運行。串進的電阻越大，電動機的轉速越低。此方法設備簡單，控制方便，但轉差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調速，機械特性較軟。
五、定子調壓調速方法
當改變電動機的定子電壓時，可以得到一組不同的機械特性曲線，從而獲得不同轉速。由于電動機的轉矩與電壓平方成正比，因此zui大轉矩下降很多，其調速范圍較小，使一般籠型電動機難以應用。為了擴大調速范圍，調壓調速應采用轉子電阻值大的籠型電動機，如調壓調速用的力矩電動機，或者在繞線式電動機上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴大穩(wěn)定運行范圍，當調速在2：1以上的場合應采用反饋控制以達到自動調節(jié)轉速目的。
調壓調速的主要裝置是一個能提供電壓變化的電源，目前常用的調壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調壓等幾種。晶閘管調壓方式為。調壓調速的特點：
調壓調速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；
調壓過程中轉差功率以發(fā)熱形式消耗在轉子電阻中，效率較低。
調壓調速一般適用于100KW以下的生產機械。
六、電磁調速電動機調速方法
電磁調速電動機由籠型電動機、電磁轉差離合器和直流勵磁電源(控制器)三部分組成。直流勵磁電源功率較小，通常由單相半波或全波晶閘管整流器組成，改變晶閘管的導通角，可以改變勵磁電流的大小。
電磁轉差離合器由電樞、磁極和勵磁繞組三部分組成。電樞和后者沒有機械，都能自由轉動。電樞與電動機轉子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負載軸對接稱從動部分。當電樞與磁極均為靜止時，如勵磁繞組通以直流，則沿氣隙圓周表面將形成若干對N、S極替的磁極，其磁通經過電樞。當電樞隨拖動電動機旋轉時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應產生渦流，此渦流與磁通相互作用產生轉矩，帶動有磁極的轉子按同一方向旋轉，但其轉速恒低于電樞的轉速N1，這是一種轉差調速方式，變動轉差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉矩和轉速。電磁調速電動機的調速特點：
裝置結構及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；
調速平滑、無級調速；
對電網無諧影響；
速度失大、效率低。
本方法適用于中、小功率，要求平滑動、短時低速運行的生產機械。
七、液力耦合器調速方法
液力耦合器是一種液力傳動裝置，一般由泵輪和渦輪組成，它們統(tǒng)稱工作輪，放在密封殼體中。殼中充進一定量的工作液體，當泵輪在原動機帶動下旋轉時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進進渦輪時，就在同一轉向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產機械運轉。液力耦合器的動力轉輸能力與殼內相對充液量的大小是*的。在工作過程中，改變充液率就可以改變耦合器的渦輪轉速，作到無級調速，其特點為：
功率適應范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；
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