交流電機(jī)包括同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類。雖然同步電機(jī)和異步電機(jī)在運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)上有很多不同,但它們之間也有許多相同之處。因此,我們將著重對(duì)交流電機(jī)的共同問題進(jìn)行講解。
1、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)
在各類電動(dòng)機(jī)中,籠型轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、使用范圍最廣的一種電動(dòng)機(jī),以下就以這種電動(dòng)機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基本原理。
三相異步電動(dòng)機(jī)分成兩個(gè)基本部分:定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)。其基本構(gòu)造如下圖:
定子:由機(jī)座和裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形鐵心以及其中的三相定子繞組組成。機(jī)座是用鑄鐵或鑄鋼制成的。鐵心是由互相絕緣的硅鋼片疊成的,鐵心的內(nèi)圓周表面沖有槽,用以放置對(duì)稱三相繞組AX,BY,CZ,有的聯(lián)接成星形,有的聯(lián)接成三角形。
轉(zhuǎn)子:轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心和力矩輸出軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心是圓柱狀,也用硅鋼片疊成,表面沖有槽。鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上,軸用以輸出機(jī)械力矩。
2、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)
三相異步電動(dòng)機(jī)接上電源,就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這是什么原理呢?為了說明這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)原理,我們先看一個(gè)演示。
下圖所示的是一個(gè)裝有手柄的蹄形磁鐵,磁極間放有一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的、由銅條組成的轉(zhuǎn)子。銅條兩端分別用銅環(huán)聯(lián)接起來,形似鼠籠,作為鼠籠式轉(zhuǎn)子。磁極和轉(zhuǎn)子之間沒有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)我們搖動(dòng)磁極時(shí),發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著磁極一起轉(zhuǎn)動(dòng)。搖得快,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得也快;搖得慢,轉(zhuǎn)得也慢;反搖,轉(zhuǎn)子馬上反轉(zhuǎn)。
從這一演示得出兩點(diǎn)啟示:第一、有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng);第二、轉(zhuǎn)子跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理是與上述演示相似的。那么,在三相異步電動(dòng)機(jī)中,磁場(chǎng)從何而來,又怎么還會(huì)旋轉(zhuǎn)呢?下面就首先來討論這個(gè)問題。
3、電動(dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生
三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相對(duì)稱繞組AX,BY和CZ。設(shè)將三相繞組聯(lián)接成星形,接在三相電源上,繞組中便通入三相對(duì)稱電流其波形如下圖所示。取繞組始端到末端的方向作為電流的參考方向。在電流的正半周時(shí),其值為正,其實(shí)際方向與參考方向一致;在負(fù)半周時(shí),其值為負(fù),其實(shí)際方向與參考方向相反。
定子鐵心和定子繞組并不轉(zhuǎn)動(dòng),定子繞組中的三相電流隨著時(shí)間和相位的變化,三相磁勢(shì)相加便形成了旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。
旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)在切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條時(shí),會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出一個(gè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng),引起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于感應(yīng)勵(lì)磁場(chǎng)的需要,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是比定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稍慢,有一個(gè)轉(zhuǎn)差,這就是感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)名稱的來歷。
如果轉(zhuǎn)子是一個(gè)永磁體或是一個(gè)由轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的恒定磁場(chǎng),那么轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就與定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速同步,就形成同步電機(jī)。
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