清華紫光三相異步電機(jī)-中研紫光馬達(dá)
三相異步電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)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(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場。通電啟動后，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子存在相對轉(zhuǎn)速，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)能量變換。
電動機(jī)分類
1．按工作電源分類
根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。
2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類
根據(jù)電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理的不同，可分為直流電動機(jī)，異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。
同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同步電動機(jī)。
異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)等。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。
直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。
3．按起動與運行方式分類
根據(jù)電動機(jī)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(jī)、電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)、電容起動運轉(zhuǎn)式單相異步電動機(jī)和分相式單相異步電動機(jī)。
4．按用途分類
可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。
驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具(包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具)用電動機(jī)、家電(包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等)用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備(包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等)用電動機(jī)。
控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。
5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類
根據(jù)電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)不同，可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī))和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī))。
6．按運轉(zhuǎn)速度分類
根據(jù)電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度不同，可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。
低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。
調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無級變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。
異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。
同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與負(fù)載大小無關(guān)而始終保持為同步轉(zhuǎn)速。
基本工作過程：
(1)當(dāng)三相異步電機(jī)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(chǎn)生的三相磁動勢(定子旋轉(zhuǎn)磁動勢)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場以同步轉(zhuǎn)速n0沿定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉(zhuǎn)。
(2)該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流(感應(yīng)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(yīng)電動勢的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中將產(chǎn)生與感應(yīng)電動勢方向基本*的感生電流。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子產(chǎn)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(jī)轉(zhuǎn)子軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時，便向外輸出機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)動方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。
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為什么是異步電機(jī)
因為三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈中的感應(yīng)電流是由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場有相對運動而產(chǎn)生的。三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不會與旋轉(zhuǎn)磁場同步，更不會超過旋轉(zhuǎn)磁場的速度。如果三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速成大小相等，那么，磁場與轉(zhuǎn)子之間就沒有相對運動，導(dǎo)體不能切割磁力線，因此轉(zhuǎn)子線圈中也就不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中也就不會受到電磁力的作用而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。因而三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度不可能與旋轉(zhuǎn)磁場相同，總是小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。但在特殊運行方式下(如發(fā)電制動)，三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以大于同步轉(zhuǎn)速。
三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩
對稱3相繞組通入對稱3相電 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場線切割轉(zhuǎn)子繞組，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生e和i，轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受到電磁力的作用，即產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能量，帶動機(jī)械負(fù)載旋轉(zhuǎn)起來。
在交流電機(jī)中，當(dāng)定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機(jī)能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相反的旋轉(zhuǎn)磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉(zhuǎn)磁場和。這兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流 。
該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉(zhuǎn)矩。正向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)；反向電磁轉(zhuǎn)矩企圖使轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)。這兩個轉(zhuǎn)矩疊加起來就是推動電動機(jī)轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩。
三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速
在電機(jī)定子中通入3相交流電，使其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)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(chǎn)生不同的同步轉(zhuǎn)速n0，n0=60f/p。
電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，它和感應(yīng)電機(jī)基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉(zhuǎn)差率，
ns為磁場轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。
三相異步電機(jī)種類
按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，三相異步電機(jī)可分為籠式和繞線式兩種。
籠式轉(zhuǎn)子的異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應(yīng)用，其主要缺點是調(diào)速困難。
繞線式三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子一樣也設(shè)置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機(jī)的起動性能和調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
三相異步電機(jī)特點:
優(yōu)點：與單相異步電動機(jī)相比，三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)的使用
三相異步電機(jī)功率大，主要制成大型電機(jī)。它一般用于有三相電源(Triple-phase power)的大型工業(yè)設(shè)備中。首先說明一點的是，三相異步電機(jī)只用于電動機(jī)，極少用作發(fā)電機(jī)，都是同步電機(jī)用來發(fā)電。
對于1kW以下的小功率三相異步電機(jī)，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(jī)的幾種調(diào)速方式比較
三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速公式為：n=60f/p(1-s)
從上式可見，改變供電頻率f、電動機(jī)的極對數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s均可達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。從調(diào)速的本質(zhì)來看，不同的調(diào)速方式無非是改變交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速或不改變同步轉(zhuǎn)兩種。
在生產(chǎn)機(jī)械中廣泛使用不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法有繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、斬波調(diào)速、串級調(diào)速以及應(yīng)用電磁轉(zhuǎn)差離合器、液力偶合器、油膜離合器等調(diào)速。改變同步轉(zhuǎn)速的有改變定子極對數(shù)的多速電動機(jī)，改變定子電壓、頻率的變頻調(diào)速有能無換向電動機(jī)調(diào)速等。
從調(diào)速時的能耗觀點來看，有高效調(diào)速方法與低效調(diào)速方法兩種：高效調(diào)速指時轉(zhuǎn)差率不變，因此無轉(zhuǎn)差損耗，如多速電動機(jī)、變頻調(diào)速以及能將轉(zhuǎn)差損耗回收的調(diào)速方法(如串級調(diào)速等)。有轉(zhuǎn)差損耗的調(diào)速方法屬低效調(diào)速，如轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法，能量就損耗在轉(zhuǎn)子回路中；電磁離合器的調(diào)速方法，能量損耗在離合器線圈中；液力偶合器調(diào)速，能量損耗在液力偶合器的油中。一般來說轉(zhuǎn)差損耗隨調(diào)速范圍擴(kuò)大而增加，假如調(diào)速范圍不大，能量損耗是很小的。
一、變極對數(shù)調(diào)速方法
這種調(diào)速方法是用改變定子繞組的接紅方式來改變籠型電動機(jī)定子極對數(shù)達(dá)到調(diào)速目的，特點如下：
具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性良好；
無轉(zhuǎn)差損耗，效率高；
接線簡單、控制方便、價格低；
有級調(diào)速，級差較大，不能獲得平滑調(diào)速；
可以與調(diào)壓調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器配合使用，獲得較高效率的平滑調(diào)速特性。
本方法適用于不需要無級調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、升降機(jī)、起重設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵等。
二、變頻調(diào)速方法
變頻調(diào)速是改變電動機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。變頻調(diào)速系統(tǒng)主要設(shè)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(nèi)大都使用交－直－交變頻器。其特點：
效率高，調(diào)速過程中沒有附加損耗；
應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動機(jī)；
調(diào)速范圍大，特性硬，精度高；
技術(shù)復(fù)雜，造價高，維護(hù)檢驗困難。
本方法適用于要求精度高、調(diào)速性能較好場合。
三、串級調(diào)速方法
串級調(diào)速是指繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串進(jìn)可調(diào)節(jié)的附加電勢來改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差，達(dá)到調(diào)速的目的。大部分轉(zhuǎn)差功率被串進(jìn)的附加電勢所吸收，再利用產(chǎn)生附加的裝置，把吸收的轉(zhuǎn)差功率返回電網(wǎng)或轉(zhuǎn)換能量加以利用。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率吸收利用方式，串級調(diào)速可分為電機(jī)串級調(diào)速、機(jī)械串級調(diào)速及晶閘管串級調(diào)速形式，多采用晶閘管串級調(diào)速，其特點為：
可將調(diào)速過程中的轉(zhuǎn)差損耗回饋到電網(wǎng)或生產(chǎn)機(jī)械上，效率較高；
裝置容量與調(diào)速范圍成正比，投資省，適用于調(diào)速范圍在額定轉(zhuǎn)速70%－90%的生產(chǎn)機(jī)械上；
調(diào)速裝置故障時可以切換至全速運行，避免停產(chǎn)；
晶閘管串級調(diào)速功率因數(shù)偏低，諧波影響較大。
本方法適合于風(fēng)機(jī)、水泵及軋鋼機(jī)、礦井提升機(jī)、擠壓機(jī)上使用。
四、繞線式電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法
繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串進(jìn)附加電阻，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率加大，電動機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運行。串進(jìn)的電阻越大，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越低。此方法設(shè)備簡單，控制方便，但轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱的形式消耗在電阻上。屬有級調(diào)速，機(jī)械特性較軟。
五、定子調(diào)壓調(diào)速方法
當(dāng)改變電動機(jī)的定子電壓時，可以得到一組不同的機(jī)械特性曲線，從而獲得不同轉(zhuǎn)速。由于電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，因此zui大轉(zhuǎn)矩下降很多，其調(diào)速范圍較小，使一般籠型電動機(jī)難以應(yīng)用。為了擴(kuò)大調(diào)速范圍，調(diào)壓調(diào)速應(yīng)采用轉(zhuǎn)子電阻值大的籠型電動機(jī)，如調(diào)壓調(diào)速用的力矩電動機(jī)，或者在繞線式電動機(jī)上串聯(lián)頻敏電阻。為了擴(kuò)大穩(wěn)定運行范圍，當(dāng)調(diào)速在2：1以上的場合應(yīng)采用反饋控制以達(dá)到自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速目的。
調(diào)壓調(diào)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(diào)壓方式有串聯(lián)飽和電抗器、自耦變壓器以及晶閘管調(diào)壓等幾種。晶閘管調(diào)壓方式為。調(diào)壓調(diào)速的特點：
調(diào)壓調(diào)速線路簡單，易實現(xiàn)自動控制；
調(diào)壓過程中轉(zhuǎn)差功率以發(fā)熱形式消耗在轉(zhuǎn)子電阻中，效率較低。
調(diào)壓調(diào)速一般適用于100KW以下的生產(chǎn)機(jī)械。
六、電磁調(diào)速電動機(jī)調(diào)速方法
電磁調(diào)速電動機(jī)由籠型電動機(jī)、電磁轉(zhuǎn)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(dǎo)通角，可以改變勵磁電流的大小。
電磁轉(zhuǎn)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(jī)械，都能自由轉(zhuǎn)動。電樞與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同軸聯(lián)接稱主動部分，由電動機(jī)帶動；磁極用聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載軸對接稱從動部分。當(dāng)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(jīng)過電樞。當(dāng)電樞隨拖動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，由于電樞與磁極間相對運動，因而使電樞感應(yīng)產(chǎn)生渦流，此渦流與磁通相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，帶動有磁極的轉(zhuǎn)子按同一方向旋轉(zhuǎn)，但其轉(zhuǎn)速恒低于電樞的轉(zhuǎn)速N1，這是一種轉(zhuǎn)差調(diào)速方式，變動轉(zhuǎn)差離合器的直流勵磁電流，便可改變離合器的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。電磁調(diào)速電動機(jī)的調(diào)速特點：
裝置結(jié)構(gòu)及控制線路簡單、運行可靠、維修方便；
調(diào)速平滑、無級調(diào)速；
對電網(wǎng)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(chǎn)機(jī)械。
七、液力耦合器調(diào)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(jìn)一定量的工作液體，當(dāng)泵輪在原動機(jī)帶動下旋轉(zhuǎn)時，處于其中的液體受葉片推動而旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下沿著泵輪外環(huán)進(jìn)進(jìn)渦輪時，就在同一轉(zhuǎn)向上給渦輪葉片以推力，使其帶動生產(chǎn)機(jī)械運轉(zhuǎn)。液力耦合器的動力轉(zhuǎn)輸能力與殼內(nèi)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(zhuǎn)速，作到無級調(diào)速，其特點為：
功率適應(yīng)范圍大，可滿足從幾十千瓦至數(shù)千千瓦不同功率的需要；
結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，使用及維修方便，且造價低；
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