用途廣的原因和優點可列舉如下:
第一是電源容易得到.家庭用的單相220V是由三相交流變壓而來,工廠或其他用電大戶是用三相供電;
第二是結構簡單,牢固耐用。
第三是操作方便.容易運行;
第四是價格便宜;
第五是有穩定轉速的特性,負荷變化時速度變化不大等稱。
基本原理
下圖中因電磁感應線圈產生感應電動勢沿線圈有電流流通。這可應用右手定則。磁鐵向右轉相對地說等于線圈向左轉。
圖3.1 原理圖
3 . 1 . 1 將磁鐵轉動,線圈也沿同方向轉動
圖 3 . 3 中磁鐵向右轉,我們認為這和內側的線圈相對向左轉是一樣的。現用右手定則。
移動方向:向下;磁通方向:從右至左;
電勢方向:從前到后。
電流將沿線圈形成環流。這一環電流和磁鐵作用產生的電磁力為:當電流由前到里,磁通從左到右,力的方向應向上。就是說,線圈跟著磁鐵轉動的方向而轉動。
3 . 1 . 2 不用轉動磁鐵的方法使磁場旋轉 ― 旋轉磁場
感應電動機的工作原理是不用轉動磁鐵而使磁場旋轉,這和使磁鐵轉動的作用是一樣的。圖 3 . 2 示的原理圖是以兩極為例的情況。該圖表示對應t0,t1,t2,t3,...時刻,磁場旋轉的情況。 t0 時磁場指向右,t3時指向下,t6時指向左,t9時指向上, t12時又回到翻時的t0位置,即轉了一圈。兩極時一周期轉一回.
3.1.3 感應電動機的定子和轉子
感應電動機中能夠有旋轉磁場是靠將定子繞組接上三相交流電源而實現的。定子繞組的旋轉磁場使轉子導體(線圈)因電磁感應而產生電勢,沿線圈有環電流流通。轉子感應出的電流和旋轉磁場之間的電磁力作用使轉子旋轉。
圖 3 . 4 三相感應電動機的結構
3 . 2 . 1 三相感應電動機的定子
作為感應電動機的定子是用來產生旋轉磁場的,它由定子鐵芯、定子繞組、鐵芯外側的定子外殼、支持轉子軸的軸承等組成。鐵芯用厚 0 .35~O.5mm的硅鋼片疊成。在鐵芯內圓有用以嵌放定子繞組的槽。四極時為 24 或 36 槽,一個槽一般嵌人兩層線圈。
繞組型式使用直流機也用的疊繞型式。繞組各相的接線采用每相電壓負擔小的星形連接法。極數越多,旋轉磁場的轉速越慢。旋轉磁場的轉速為
3 . 2 . 2 籠型轉子 ― 籠型感應電動機
籠型轉子(繞線型轉子和直流機的電樞一樣,在鐵芯上裝有線圈)如果去掉鐵芯,只看電流流通的部分[導(銅)條和端環] ,則它的外形就像一個籠子(鳥籠),由此而得名。
( 1 )轉子鐵芯沖裁定子鐵芯硅鋼片剩下的部分,可利用制作轉子鐵芯,轉子鐵芯由沖槽的硅鋼片疊成。
( 2 )轉子導條 〔 沒有繞組,恰似籠型導條)先在鐵芯槽內嵌入銅條,在其兩端接上稱為端環的環狀銅板。由感應電勢而生的電流在銅條和端環間循環,這一電流和旋轉磁場作用而產生的電磁力使轉子旋轉起來。
( 3 )斜槽轉子籠型感應電動機的缺點之一是起動轉矩小,扭斜一個槽位就可容易起動。
( 4 )鑄鋁轉子小功率感應電動機的銅導條和端環改用鋁澆鑄,形成鋁導條和端環.
這里,因為鋁比銅電導率小,故需做大一點。這種鑄鋁轉子正大量生產,連冷卻風扇也能同時鑄造出來。
3 , 2 , 3 繞線型轉子 ― 繞線型感應電動機
( l )繞線型轉子這與由導條和端環做成的籠型轉子不同,如直流機一樣,在鐵芯上嵌有線圈。
( 2 )轉子鐵芯由硅鋼片疊成,鐵芯圓周上沖有半閉口槽。三相繞組的排放要做到使轉子極數與定子極數相同,其槽數也應選定。
( 3 )轉子繞組小容量電動機的轉子繞組與定子繞組相同,可以采用雙層疊繞方法;大容量時電流大,導線常采用棒狀、方形等等的銅線。槽內先嵌人銅線,然后把它們連接起來,繞線方法一般采用雙層波繞。
( 4 )滑環繞線型和籠型的差別之一是:籠型的導條在轉子內構成閉合回路,與此相反,繞線型繞組中各相的一端在電氣上與靜止部分的可變電阻器連接,并形成閉合電路。旋轉部分與靜止部分在電氣上連通是靠轉子上的滑環(集電環)和電刷。
圖3.10 三相感應電動機的同步轉速
圖3.11 同步轉速和轉差率
3 , 3 . 1 轉差率
感應電動機是由于旋轉磁場一切割轉子繞組而旋轉的,正因如此,轉子轉速總是略低于同步轉速。旋轉磁場的轉速(同步轉速)ns轉子轉速和轉子轉速n之差為轉差,轉差和同步轉速之比稱為轉差率。
3 . 3 . 2 感應電動機和變壓器的相似性
變壓器:在變壓器一次側施加交流電壓后就會:
① 在一次繞組中有勵磁電流;
② 在鐵芯中產生交變磁通;
③ 在二次繞組感應電勢;
④ 二次側若有負荷,則二次繞組中有電流;
⑤ 由于電磁感應的作用,一次繞組中的電流為勵磁電流加負荷電流。
感應電動機:輸入端加上三相交流電源后就會:
① 在定子繞,繞組中有勵磁電流;
② 旋轉磁勢使鐵芯中產生磁通;
③ 轉子繞組感應電勢;
④ 在閉合的轉子繞組中有感應電流流通,轉子轉動,加上機械負荷時轉子電流增加;
⑤ 由于電磁感應作用,定子電流也增加。
由以上比較可以看出,感應電動機和變壓器有相似的性質。把感應電動機的定子繞組稱為一次繞組,轉子繞組稱為二次繞組。如變壓器一樣,對感應電動機也可畫出一個等效電路。
3 . 3 . 4 運行中的二次電流
電動機以轉差率。旋轉時,