正常情况下，电机转子总是旋转的，为了分析问题的方便，在这里我们从转子静止出发进行分析。 正方向的规定： 图1 异步电机正方向的规定 1．磁动势与磁通 （1）励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，根据我们前面所学的可知将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，由于转子绕组是开路的没有电流，即没有磁动势，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定子磁动势又叫做励磁磁动势，定子电流亦叫做励磁电流。 旋转磁场的磁动势的特点： 1）幅值： 2）转向：逆时针转向。A1—B1—C1 3）转速：相对于定子绕组以角频率 4）瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流达到正Zui大 时，他所对应的磁动势也达到正Zui大。 （2）主磁通和漏磁通 主磁通：交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用Φ1 表示。 磁路包括：定子铁心—气隙—转子铁心—气隙—定子铁心 漏磁通：只交链定子绕组就形成闭和回路，叫定子漏磁通，用Φ1σ表示。 漏磁通按其路径分为三部分： ① 槽漏磁：横穿定子槽壁的漏磁通； ② 端部漏磁：定子绕组端部产生的漏磁通； ③ 谐波漏磁或称差漏磁：气隙总磁通减去基波磁通后所 剩下的谐波磁通，又称差漏磁。 图2 异步电机端部漏磁 2．感应电动势 旋转磁场切割定转子绕组，在定转子绕组内将会产生感应电动势E1、E2： 定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用ke表示，即: 3．励磁电流： 和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由IFe和Iμ两分量组成。 4．电动势平衡关系 定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，称之为定子漏电动势，用 电压方程式为： 5．等效电路 与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。知： 图3异步电机空载时的等效电路 |
异步电机的运行状态和转子的转速范围有密切的关系，下面将分别针对三个不同的转速范围，分析异步电机的基本工作原理。 图1异步电机的三种运行状态 1．转子正转并且转速低于同步转速的情况，即0＜n＜n1，或1＞s＞0 图表示一台二极异步电机的示意图，以N、S表示气隙旋转磁势，n1的箭头表示旋转方向，中间二个小圈表示转子的一个短路线圈。当旋转磁势的磁力线切割转子导体时，将在导体内产生感应电动势e2。电动势的方向根据右手定则确定。在图（a）中N极下的电动势方向用叉表示，在S极下用点表示。转子电流的有功分量i2与e2同相位，圈中的叉和点既表示电动势的方向．又表示电流有功分量的方向。转子电流的有功分量与气隙旋转磁势相互作用产生电磁力f，根据左手定则，转子将产生一个和定子旋转磁势同方向的驱动性的电磁转矩Tem。当转子静止时，如果该转矩足以克服制动转矩的话，转子就将追随着旋转磁势转起来。当电磁转矩Tem与轴端机械负载转矩T2相平衡时，电动机将以某一转速n稳定运行。正常运行时异步电机的转速接近同步转速，但不能等于同步转速。只要n＜n1时，转子和旋转磁势之间有相对运动，转子就有电流，就能产生转矩，这个转矩就可克服负载的制动转矩而拖着转子转动。在定子方面，因为转子方面存在电流，也将受感应而从电网输入相应的电流(图中未表示)，输入有功功率。这时电机就处在电动机运行状态。 2．转子正转并且转速高于同步转速的情况，n＞n1，或s＜o n上升到同步转速时电磁转矩已等于零，电机本身不会加速到同步转速以上，而采用原动机来带动电机，是可以实现的。这时的情况如图5．8（b）所示。转子导体中感应电动势、电流的有功分量及电磁转矩的方向将与电动机运行状态电磁转矩为制动性质。在定子方面，因为转子电流改了方向，定子中因后者而感应的电流分量也将改变方向，此时，电机由转子转轴输入机械功率而从定子输出电功率。 电机就处在发电机运行状态。 3．转子反转，n＜0，或s＞1 如果用其它机械拖动电机使转子向着与旋转磁势的方向旋转，这时转子电势和电流的方向仍将和电动机时一样，转矩的方向仍保持旋转磁势的方向，与转向将对定子和拖动机械起制动作用．转子电流未改方向，定子中的电流仍和电动机时同方向，仍有有功功率从电网输入，这时电机处于“电磁制动”状态。异步电机作为电磁制动运行时，一方面定子从电网吸取电功率，另一方面，外力也必须对转子供给机械功率。此时，电机从定子和转子输入的功率均将变为电机内部的损耗，转化为热能消耗掉了。 由以上分析可见： 当o＜s＜l时，为电动机运行状态，异步电机主要作为电动机使用。 当o＞s＞—∞时，为发电机运行状态，有时用于农村小型水电站和风力发电站。 当∞＞s＞l时，为电磁制动运行状态，适用于要求快速停止和准确定位的短时运行状态。 图2 三种运行状态的比较 例：一台50Hz的异步电动机，额定转速nN=730r/min，空载转差率为0．00267，试求该电机的极数、同步转速及额定负载时的转差率。如果该电机用于起重机上，当重物下降时的转速为3000r/min，试求其转差率，此时电机运行于什么状态。 解：由于极对数与同步转速之间有 于是空载转速为 n0=n1(1-s0)=750(1-0．00265)=748r/min 额定转差率为 如果以300r/min反转，则转差率为 此时电机运行于电磁制动状态。 |
图1 三相异步电动机转动原理 异步电机的三相对称绕组在空间上互差1200嵌放在定子槽中，而转子则是一个自己短接的多相对称绕组。当定子绕组接至三相对称电源时，流入定子绕组的三相对称电流，在气隙内将产生一系列的旋转磁势，其中起主要作用的是以同步转速顺着绕组相序方向旋转的基波旋转磁势，如图所示为逆时针方向。同步转速的大小决定于电网的频率和绕组的极对数，即： 基波旋转磁势将切割转子导体而感应电动势，电动势的方向可用右手定则确定。由于转子绕组本身短路，在该电动势的作用下，转子绕组中便有感生电流流通。转子绕组有一定的电阻和电抗，转子电流可分为有功分量和无功分量，其有功分量和电动势同相位，图5-7中转子电动势的方向也表示转子有功电流的方向。转子有功电流和气隙旋转磁场相互作用，产生电磁力，其方向由左手定则确定。整个转子导体所受的电磁力形成一电磁转矩，促使转子转动起来，其转向与气隙磁势旋转方向一致。如果在转子轴上加上机械负载，电动机就拖动负载旋转，输出机械功率，或者说电动机把电能转变成机械能。 异步电机的转速n决不可能达到气隙旋转磁势的转速，即同步转速n1。因为，一旦两者相等，旋转磁势与转子导体之间相便无相对运动，随之转子导体感应的电动势、电流及电磁力均变为零，无法维持电机旋转。异步电动机转子转速总是低于同步转速。 从以上的分析可见，异步电动机的转子转向总是与气隙旋转磁势的方向一致。要改变三相异步电动机的转向，只要改变定子气隙旋转磁势的方向就可以了，或者说，改变定子三相绕组所接电源的相序就可改变三相异步电动机的转向。 |