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三相異步測功機

實現(xiàn)電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機。電機是利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)電能與機械能的相互轉(zhuǎn)換。把機械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機，而把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設(shè)備叫做電動機。

在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機，特別三相異步電動機，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、運行可靠、價格低廉、維護方便等優(yōu)點。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。

對于各種電動機我們應(yīng)該了解下列幾個方面的問題：

（1）基本構(gòu)造；

（2）工作原理；

（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機械特性；

（4）起動、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法；

（5）應(yīng)用場合和如何正確使用。

 三相異步測功機機的結(jié)構(gòu)與工作原理

1．三相異步電動機的構(gòu)造

 三相異步電動機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖5-1所示。

圖 5-1 三相電動機的結(jié)構(gòu)示意圖

1）．定子

三相異步測功機的定子由三部分組成：

2）．轉(zhuǎn)子

三相異步測功機的轉(zhuǎn)子由三部分組成：

鼠籠式電動機由于構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛的一種電動機。

為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動機的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。

2、三相異步測功機的轉(zhuǎn)動原理

1）．基本原理

為了說明三相異步電動機的工作原理，我們做如下演示實驗，如圖5-2所示。

圖 5-2 三相異步電動機工作原理

(1)．演示實驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個閉合導(dǎo)體，當轉(zhuǎn)動手柄帶動蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。

(2)．現(xiàn)象解釋：當磁鐵旋轉(zhuǎn)時，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對運動，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動起來，這就是異步電動機的基本原理。

       轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。

(3)．結(jié)論：欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。

2）．旋轉(zhuǎn)磁場

（1）．產(chǎn)生

       圖5-3表示簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120⁰的規(guī)律對稱排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流：隨著電流在定子繞組中通過，在三相定子繞組中就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖5-4)。

（2）．旋轉(zhuǎn)磁場的方向

旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。

3）．三相異步電動機的極數(shù)與轉(zhuǎn)速

（1）．極數(shù)（磁極對數(shù)p）

三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。

當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差120⁰空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對極，即p=1；

當每相繞組為兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差60⁰空間角時，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極，即p=2；

同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線圈，繞組的始端之間相差40⁰（=120^0/p）空間角。
極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為：

（2）．轉(zhuǎn)速n
   

三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n₀與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是：

                                                         （5-1）

由（5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n₀決定于電流頻率f₁和磁場的極數(shù)p。對某一異步電動機而言，f₁和p通常是一定的，所以磁場轉(zhuǎn)速n₀是個常數(shù)。

在我國，工頻f₁=50Hz，因此對應(yīng)于不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n₀，見表5-1

表5-1

（3）．轉(zhuǎn)差率s

電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n₀相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動機稱為異步電動機，又因為這種電動機的轉(zhuǎn)動原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動機。

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n₀常稱為同步轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)差率s——用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n₀相差的程度的物理量。即：

                                                                        (5-2)

轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量。

當旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速n₀開始旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子則因機械慣性尚未轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來之后，n>0，（n₀-n）差值減小，電動機的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時的轉(zhuǎn)差率S增大。反之，S減小。異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。

根據(jù)式(4-2),可以得到電動機的轉(zhuǎn)速常用公式

                                                                     (5-3)

例  有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動機的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率S。

       解：由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應(yīng)于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min相近的同步轉(zhuǎn)速n₀=1000r/min，與此相應(yīng)的磁極對數(shù)p=3。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差       

（4）．三相異步電動機的定子電路與轉(zhuǎn)子電路

三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過，此三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個磁場在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動勢

總結(jié)：

1、三相異步測功機的兩個基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。

2、欲使異步電動機旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速不同，這也是“異步”二字的含義；

3、三相電源流過在空間互差一定角度按一定規(guī)律排列的三相繞組時，便會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；

4、旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電源相序決定的；

5、三相異步測功機旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n₀與電動機磁極對數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是：      6、轉(zhuǎn)差率s——用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場轉(zhuǎn)速n₀相差的程度的物理量。即：

轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要的物理量，異步電動機運行時，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。

7、三相異步電動機中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。