異步電機的基本工作原理


將分三個(gè)不同的轉速范圍來(lái)進(jìn)行討論。

當異步電機定子繞組接到三相電源上時(shí),定子繞組中將流過(guò)三相對稱(chēng)電流,氣隙中將建立基波旋轉磁動(dòng)勢,從而產(chǎn)生基波旋轉磁場(chǎng),其同步轉速決定于電網(wǎng)頻率和繞組的極對數這個(gè)基波旋轉磁場(chǎng)在短路的轉子繞組中感應電動(dòng)勢并在轉子繞組中產(chǎn)生相應的電流,該電流與氣隙中的旋轉磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉矩。由于這種電磁轉矩的性質(zhì)與轉速大小相關(guān),下面將分三個(gè)不同的轉速范圍來(lái)進(jìn)行討論。

為了描述轉速,引入參數轉差率。轉差率為同步轉速n1,與轉子轉速n之差(n1-n)對同步轉速n1之比值,以s表示。

當異步電機的負載發(fā)生變化時(shí),轉子的轉差率隨之變化,使得轉子導體的電勢、電流和電磁轉矩發(fā)生相應的變化,因此異步電機轉速隨負載的變化而變動(dòng)。按轉差率的正負、大小,異步電機可分為電動(dòng)機、發(fā)電機、電磁制動(dòng)三種運行狀態(tài)。

1.電動(dòng)機狀態(tài)

當0<n<n1,即0<s<1時(shí),轉子中導體以與n相反的方向切割旋轉磁場(chǎng),導體中將產(chǎn)生感應電動(dòng)勢和感應電流。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)與轉子轉向同方向的拖動(dòng)力矩。該力矩能克服負載制動(dòng)力矩而拖動(dòng)轉子旋轉,從軸上輸出機械功率。根據功率平衡,該電機一定從電網(wǎng)吸收有功電功率。

如果轉子被加速到n1,此時(shí)轉子導體與旋轉磁場(chǎng)同步旋轉,它們之間無(wú)相對切割,因而導體中無(wú)感應電動(dòng)勢,也沒(méi)有電流,電磁轉矩為零。因此在電動(dòng)機狀態(tài),轉速n不可能達到同步轉速n1。

2.發(fā)電機狀態(tài)

用原動(dòng)機拖動(dòng)異步電機,使其轉速高于旋轉磁場(chǎng)的同步轉速,即n>n1、s<0,轉子上導體切割旋轉磁場(chǎng)的方向與電動(dòng)機狀態(tài)時(shí)相反,從而導體上感應電動(dòng)勢、電流的方向與電動(dòng)機狀態(tài)相反。電磁轉矩的方向與轉子轉向相反,電磁轉矩為制動(dòng)性質(zhì)。此時(shí)異步電機由轉軸從原動(dòng)機輸入機械功率,克服電磁轉矩,通過(guò)電磁感應由定子向電網(wǎng)輸出電功率(因導體中電流方向與電動(dòng)機狀態(tài)相反),電機處于發(fā)電機狀態(tài)。

3.電磁制動(dòng)狀態(tài)

由于機械負載或其它外因,轉子逆著(zhù)旋轉磁場(chǎng)的方向旋轉,即n<0、s>1,此時(shí)轉子導體中的感應電動(dòng)勢、電流與電動(dòng)機狀態(tài)下的相同,轉子轉向與旋轉磁場(chǎng)方向相反,電磁轉矩表現為制動(dòng)轉矩。此時(shí)電機運行于電磁制動(dòng)狀態(tài),即由轉軸從原動(dòng)機輸入機械功率的同時(shí)又從電網(wǎng)吸收電功率(因導體中電流方向與電動(dòng)機狀態(tài)相同),兩者都變成了電機內部的損耗。