三相异步电动机的定子绕组是一个空间方位对称的三相绕组,假设在定子绕组通入三相对称的沟通电流,就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的磁场,称为旋转磁场,它是异步电动机作业的门槛。因而,有必要先阐明旋转磁场是怎么样发生的,有什么特性,然后再评论异步电动机的作业原理。
图31为最简略的三相异步电动机的定子绕组,每相绕组只要一个线、W1W2在空间的方位互相互差120,别离放在定子铁心槽中。当把三相线圈接成星形,并接通三相对称电源后,那么在定子绕组中便发生三个对称电流,即:
电流通过每个线圈要发生磁场,而现在通过定子绕组的三相沟通电流的巨细及方向均随时间而改动,那么三个线圈所发生的组成磁场是怎样的呢?这可由每个线圈在同一时间各自发生的磁场进行叠加而得到。假设电流由线圈的始端流入、结尾流出为正,反之则为负。电流流入端用“”表明,流出端用“⊙”表明。下面就别离取t=0、T/6、T/3、T/2四个时间所发生的组成磁场作定性的剖析(其间T为三相电流改动的周期)。
图31 三相异步电动机最简略的定子绕组 图32 三相电流的波形
当t=0时,由三相电流的波形可见,电流瞬时值iU=0,iv为负值,iw为正值。这表明U相无电流,V相电流是从线,W相电流是从线,这一时间由三个线圈电流所发生的组成磁场如图33a所示。它在空间构成二极磁场,上为S极,下为N极(对定子而言)。设此刻N、S极的轴线(即组成磁场的轴线)为零度。
当t=T/6时,U相电流为正,由U1端流向U2端,V相电流为负,由V2端流向V1端,W相电流为零。其组成磁场如图33b所示,也是一个南北极磁场,但N、S极的轴线。
当t=T/3时,iU为正,由U1端流向U2端,iv=0,iw为负,由W2端流向W1端,其组成磁场比上一时间又向前转过了60,如图33c所示。
用相同的办法可得出当t=T/2时,组成磁场比上一时间又转过了60空间角。由此可见,图33描绘的是一对磁极的旋转磁场。但电流通过一个周期的改动时,磁场也沿着顺时针方向旋转一周,即在空间旋转的视点为360。
上面剖析阐明,当空间互差120的线圈通入对称的三相沟通电流时,在空间就发生了一个旋转磁场。
国产的异步电动机的电源频率一般为50Hz。关于已知磁极对数的异步电动机,可得出对应的旋转磁场的转速,如表31所示。
由图33中各个瞬间磁场改动,可以精确的看出,当通入三相绕组中电流的相序为iUiviw,旋转磁场在空间是沿绕组始端UVW方向旋转的,在图中即按顺时针方向旋转。假设把通入三相绕组中的电流相序恣意互换其间两相,例如,互换V、W两相,此刻通入三相绕组电流的相序为iUiwiv,则旋转磁场按逆时针方向旋转。由此可见,旋转磁场的方向是由三相电流的相序决议的,即把通入三相绕组中的电流相序恣意互换其间的两相,就可改动旋转磁场的方向。
由上面剖析可知,假设在定子绕组中通入三相对称电流,则定子内部发生某个方向转速为n1的旋转磁场。这时转子导体与旋转磁场之间有着相对运动,切开磁力线而发生感应电动势。电动势的方向可根据右手定则确认。因为转子绕组是闭合的,所以在感应电动势的效果下,绕组内有电流流过,如图34所示。转子电流与旋转磁场相互效果,便在转子绕组中发生电磁力F。力F的方向可由左手定则确认。该力对转轴构成了电磁转矩Tem,使转子按旋转磁场方向滚动。异步电动机的定子和转子之间能量的传递是靠电磁感应效果的,故异步电动机又称感应电动机。
转子的转速n是否会与旋转磁场的转速n1相同呢?答复是不可能的。因为一旦转子的转速和旋转磁场的转速相同,二者便无相对运动,转子也不能发生感应电动势和感应电流,也就没有电磁转矩了。只要二者转速有差异时,才干发生电磁转矩,唆使转子滚动。可见,转子转速n总是略小于旋转磁场的转速n1。正是因为这个联系,这个电动机被称为异步电动机。
由上式可知n1与n有差异是异步电动机工作的必要条件。一般把同步转速n1与转子转速n二者之差称为“转差”,“转差”与同步转速n1的比值称为转差率(也叫滑差率),用s表明,即s=(n1n)/ n1。
转差率s是异步电动机工作时的一个重要物理量,当同步转速n1一守时,转差率的数值与电动机的转速n相对应,正常工作的异步电动机,其s很小,一般s=0.01~0.05。
要使异步电动机工作,有必要发生足够大的电磁转矩。电动机空载工作时,它发生的电磁力有必要战胜轴与轴之间的冲突和转子旋转所受风阻等发生的空载转矩,即Tem=T0,电动机才干安稳工作。而T0一般很小,所以电磁转矩也很小,但其转速很高,简直挨近同步转速。
异步电动机轴上带负载滚动时,也一定要契合动力学的规则,即只要在电动机的电磁转矩与机械负载的抵挡力矩相平衡时,即Tem=TL时,电动机才干以恒速工作。假设电动机的电磁转矩大于抵挡力矩,即TemTL时,电动机将发生加快工作。反之,假设TemTL,则电动机将减速工作。
异步电动机是依托转子转速的改动,来调整电动机的电磁能量,从而使电动机的电磁转矩得到相应的改动,以适用于负载改动的需要来完成新的平衡。当电动机以安稳的转速n工作时,假设因为某一些原因,负载转矩忽然下降,即变为TemTL,电动机将作加快旋转,转子感应电动势和电流减小,从而使电磁转矩减小,直到电磁转矩与新的抵挡转矩相平衡,此刻电动机在高于原转速n的情况下安稳工作。反之转矩因为某一些原因增大时,电动机将终究安稳工作在低于原转速的情况下。
三相异步电动机的电磁联系与变压器的很类似。异步电动机的定子绕组适当于变压器的一次绕组,转子绕组适当与变压器的二次绕组,仅仅是短路的绕组。但三相异步电动机的每相绕组不像变压器那样会集的绕在铁心上,而是散布在铁心内壁的槽内,每一相绕组是由许多沿周围散布的线圈串联而成的。别的,三相异步电动机的磁路中有一个较大的空气隙。三相异步电动机的每相电路如图35所示。