異步電機是一種交流電機,其負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負載的大小發(fā)生變化。負載轉(zhuǎn)矩越大,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機包括感應(yīng)電機、雙饋異步電機和交流換向器電機。感應(yīng)電機應(yīng)用最廣,在不致引起誤解或混淆的情況下,一般可稱感應(yīng)電機為異步電機。
異步電機因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速而得名,基本原理基于電磁感應(yīng),主要構(gòu)造由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。
普通異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng),轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源連接。因此,它具有結(jié)構(gòu)簡單,制造、使用和維護方便,運行可靠以及質(zhì)量較小,成本較低等優(yōu)點。異步電機有較高的運行效率和較好的工作特性,從空載到滿載范圍內(nèi)接近恒速運行,能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械的傳動要求。異步電機還便于派生成各種防護型式,以適應(yīng)不同環(huán)境條件的需要。異步電機運行時,必須從電網(wǎng)吸取無功勵磁功率,使電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞。因此,對驅(qū)動球磨機、壓縮機等大功率、低轉(zhuǎn)速的機械設(shè)備,常采用同步電機。由于異步電機的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速有一定的轉(zhuǎn)差關(guān)系,其調(diào)速性能較差(交流換向器電動機除外)。對要求較寬廣和平滑調(diào)速范圍的交通運輸機械、軋機、大型機床、印染及造紙機械等,采用直流電機較經(jīng)濟、方便。但隨著大功率電子器件及交流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展,目前適用于寬調(diào)速的異步電機的調(diào)速性能及經(jīng)濟性已可與直流電機的相媲美。
三相異步電機的基本結(jié)構(gòu)可以分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。
三相異步電機結(jié)構(gòu)示意圖
定子由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。
定子鐵心是電動機磁路的一部分,裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗,定子鐵心用用硅鋼片疊壓而成的,在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽,用于大、中型容量的高壓異步電動機中;(b)是半開口槽,用于中型500V以下的異步電動機中;(c)是半閉口槽,用于低壓小型異步電動機中。
異步電機定子
定子繞組用絕緣的銅(或鋁)導(dǎo)線繞成,嵌在定子槽內(nèi)。
機座起固定和支撐作用。
轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。
轉(zhuǎn)子鐵心是電動機磁路的一部分,它用硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上,整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。
轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩類。
籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個槽里放上一根導(dǎo)體,在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來,形成一個短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉,則可看出,剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子,如圖(a) 所示,因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的,也有用鋁的。
如果用的是銅料,就需要把事先做好的裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心上的槽里,再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上,最后焊在一起,如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁,就連同端環(huán)、風(fēng)扇一次鑄成,如圖(c)所示 。籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、是一種經(jīng)濟、耐用的電機,所以應(yīng)用極廣。
異步電機轉(zhuǎn)子
繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組,一般都聯(lián)接成Y形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上,用一套電刷裝置引出來,如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去,以改善電動機的啟動性能或調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。
與籠型轉(zhuǎn)子相比較,繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜,價格稍貴,因此只在要求起動電流小,起動轉(zhuǎn)距大,或需平滑調(diào)速的場合使用。
當(dāng)三相異步電機接入三相交流電源時,三相定子繞組流過三相對稱電流產(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。
異步電機旋轉(zhuǎn)磁場的形成
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)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。
根據(jù)電磁力定律,載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用,形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),當(dāng)電動機軸上帶機械負載時,便向外輸出機械能。
異步電機的構(gòu)造和原理都非常簡單,造價便宜,維護便捷,所以異步電機的應(yīng)用非常廣泛,在人類的日常生活、工業(yè)制造中都有舉足輕重的地位。