|
|
| 關(guān)于異步電動(dòng)機工作原理的一些常見(jiàn)問(wèn)題詳解。 |
| 內容簡(jiǎn)介：簡(jiǎn)單的說(shuō)三相異步電機原理：當電機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱(chēng)交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，該旋轉磁場(chǎng)切割轉子繞組，從而在轉子繞組中旋轉。 |
關(guān)于三相異步電機在工作中的原理，針對學(xué)習理論設計的朋友。西安西瑪電機技術(shù)部跟據西瑪電機在設計改型及試驗運行中的一些問(wèn)題及原理的反復測試，我們簡(jiǎn)單的總結了一些學(xué)習電機專(zhuān)業(yè)方面知識的朋友可能遇到的問(wèn)題，希望能對大這有所幫助。
簡(jiǎn)單的說(shuō)三相異步電動(dòng)機原理：當電動(dòng)機的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相對稱(chēng)交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，該旋轉磁場(chǎng)切割轉子繞組，從而在轉子繞組中旋轉。
三相交流異步電動(dòng)機工作原理：(1)當三相異步電機接入三相交流電源時(shí)，三相定子繞組流過(guò)三相對稱(chēng)電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢（定子旋轉磁動(dòng)勢）并產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。(2)該旋轉磁場(chǎng)與轉子導體有相對切割運動(dòng),根據電磁感應原理,轉子導體產(chǎn)生感應電動(dòng)勢并產(chǎn)生感應電流。（3）根據電磁力定律，載流的轉子導體在磁場(chǎng)中受到電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動(dòng)轉子旋轉，當電動(dòng)機軸上帶機械負載時(shí)，便向外輸出機械能。電機的轉速（轉子轉速）小于旋轉磁場(chǎng)的轉速，從而叫為異步電機。它和感應電機基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉差率，ns為磁場(chǎng)轉速，n為轉子轉速。
三相異步電動(dòng)機的轉速永遠低于旋轉磁場(chǎng)的同步轉速，使轉子和旋轉磁場(chǎng)間有相對運動(dòng)，從而保證轉子的閉合導體切割磁力線(xiàn)，感生電流，產(chǎn)生轉矩。轉速的差異是異步電機運轉的必要條件。在額定情況下，轉子轉速一般比同步轉速低2-5%。
1. 異步電動(dòng)機的氣隙比同步電動(dòng)機的氣隙大還是小，為什么？
答：異步電動(dòng)機的氣隙比同步電動(dòng)機的氣隙小，因為異步電動(dòng)機的勵磁電流由三相交流電源提供。如果氣隙大，則磁阻小，所需的勵磁電流就大，因勵磁電流為無(wú)功電流，所以勵磁電流大就使異步電動(dòng)機功率因數降低。而同步電動(dòng)機勵磁電流由直流電源提供，從同步電動(dòng)機的V形曲線(xiàn)可知，當勵磁電流從小增大，勵磁狀態(tài)從欠勵到過(guò)勵時(shí)，功率因數可由滯后變?yōu)槌暗摹６惒诫妱?dòng)機的功率因數永遠為滯后的。
2. 異步電動(dòng)機定子繞組通過(guò)電產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)轉速與電動(dòng)機的極對數有何關(guān)系？為什么
異步電動(dòng)機工作時(shí)的轉子轉速總是 同步轉速？
答：定子繞組通電產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)轉速，即同步轉速，其大小n1由電網(wǎng)的頻率f和電機極對數p決定，即n1=60f/p。 我國的電網(wǎng)頻率f=50Hz，當： 極對數p=1時(shí)，n1=3000r/min； 極對數p=2時(shí)，n1=1500r/min; 極對數p=3時(shí)，n1=1000r/min; 極對數p=4時(shí)，n1=720r/min;
以此類(lèi)推。異步電動(dòng)機工作時(shí)的轉子轉速總是小于同步轉速，這是因為，如果轉子轉速等于同步轉速，則轉子繞組與旋轉磁場(chǎng)就沒(méi)有相對運動(dòng)，也就不能切割磁力線(xiàn)，因此轉子繞組中感應電動(dòng)勢和電流為零，轉子繞組產(chǎn)生的電磁轉矩為零，也就無(wú)法拖動(dòng)轉子旋轉。所以異步電動(dòng)機工作時(shí)的轉子轉速總是小于同步轉速。
3. 三相異步電動(dòng)機的主磁通指什么磁通？它是由各相電流分別產(chǎn)生的各相磁通，還是由三
相電流共同產(chǎn)生的？在等效電路中哪個(gè)參數相對應？與變壓器中的勵磁電抗是完全相同的概念嗎？
答：三相異步電動(dòng)機的主磁通指的是由三相電流合成的基波旋轉磁動(dòng)勢產(chǎn)生并通過(guò)氣隙到達轉子的磁通，它是由三相電流共同產(chǎn)生的。等效電路中勵磁電抗Xm與之對應。該參數本身是一相的值，它與同步電動(dòng)機的電樞反應電抗Xa相對應，與變壓器中勵磁電抗的概念是不完全相同的。變壓器的勵磁電抗，為一相勵磁電流產(chǎn)生的主磁通所感應的電動(dòng)勢與該相勵磁電流的比值，即Xm=E1/I0(忽略鐵損耗)。
4. 異步電動(dòng)機和變壓器在額定電壓時(shí)的空載電流標幺值哪個(gè)大？為什么？
答：在額定電壓時(shí)異步電動(dòng)機的空載電流標幺值為30%左右，而變壓器的空載電流標幺值為5%左右，異步電動(dòng)機的大，因為異步電動(dòng)機在定子和轉子之間必須有氣隙，使轉子能在定子內圓內自由移動(dòng)，這樣異步電動(dòng)機的磁路磁阻就較大。而變壓器磁路中沒(méi)有氣隙，磁阻小。因此，相對于變壓器而言，異步電動(dòng)機所需的勵磁磁動(dòng)勢大，勵磁電流大。而空載電流基本上就是勵磁電流。
5. 異步電動(dòng)機的轉子磁動(dòng)勢是怎樣產(chǎn)生的？這個(gè)磁動(dòng)勢相對轉子的轉向、轉速與轉子自身
的轉向及轉速有何關(guān)系？相對定子的轉向、轉速呢？由此說(shuō)明進(jìn)行轉子頻率折合是否可行？是否適用于異步電動(dòng)機的任何狀態(tài)？
答：轉子磁動(dòng)勢是由轉子三相（或多相）對稱(chēng)繞組感應的三相（或多相）對稱(chēng)電流產(chǎn)生的一個(gè)旋轉磁動(dòng)勢。這個(gè)磁動(dòng)勢相對轉子的轉向由感應的轉子電流的相序決定。當轉子轉速小于同步轉速或轉子轉向與定子磁動(dòng)勢轉向相反時(shí)，轉子電流相序和定子電流相序一致，轉子磁動(dòng)勢相對轉子的轉向就與定子磁動(dòng)勢的轉向一致。只要轉子轉速大于同步轉速且二者同向，轉子電流相序就和定子電流相序相反，則轉子磁動(dòng)勢相對轉子轉向與定子磁動(dòng)勢的轉向相反。這個(gè)磁動(dòng)勢相對轉子的轉速由轉子電流的頻率決定。當轉子轉速為n,轉差率為s時(shí)，轉子電流的頻率f2=sf1,則這個(gè)磁動(dòng)勢相對轉子的轉速為sn1.這個(gè)磁動(dòng)勢相對定子的轉向始終與定子磁動(dòng)勢的相同，相對定子轉速為sn1+n=(（n1-n)/n1)*n1+n=n1,即永遠同步轉速。
轉子和定子之間沒(méi)有電的聯(lián)系，轉子對定子的作用是通過(guò)轉子磁動(dòng)勢實(shí)現的。從以上分析可知，不管轉子是什么轉速，轉子電流是什么頻率，轉子磁動(dòng)勢相對定子的轉速永遠為同步轉速。這樣就可以用一個(gè)不轉的轉子（轉子電流頻率為f1）來(lái)代替一個(gè)轉速為n、轉差率為s、轉子電流頻率為sf1的轉子，只要保證轉子磁動(dòng)勢大小和方向不變就可以了。這就是轉子頻率的折合。頻率折合適用于任何轉速、任何轉差率、也就是適用于異步電動(dòng)機的任何狀態(tài)，即發(fā)電機、電動(dòng)機和電磁制動(dòng)狀態(tài)。
6. 異步電動(dòng)機在空載運行，額定負載運行及堵轉運行三種情況下的等效電路有什么不同？
當定子外加電壓一定時(shí)，三種情況下的定、轉子感應電動(dòng)勢的大小，轉子電流，轉子功率因數角，定子電流及定子功率因數角有什么不同？ 答：在三種情況下等效電路中的附加電阻（（1-s）/s）R`2不同。在空載運行時(shí)，s≈0，該附加電阻近似為∞。在額定負載運行時(shí)，若sN=0.05，則該附加電阻為19R`2。在堵轉運行時(shí)，s=1，該附加電阻為0.
當定子外加電壓 一定時(shí)，在空載運行情況下，定、轉子感應電動(dòng)勢E1、E2最大；轉子電流最小，近似為零；轉子功率因數角最小，約為零；定子電流最小，為勵磁電流I0；定子功率因數角最大，約為ψ0=arctanXm/Rm.
在額定負載運行下，定、轉子感應電動(dòng)勢E1、E2比空載運行時(shí)的小；轉子電流和轉子功率因數角都比空載運行時(shí)的大；定子電流也比空載運行的大，為I1N；定子功率因數角比空載運行時(shí)小，為ψN。
在堵轉情況下，定、轉子感應電動(dòng)勢E1、E2最小，約為空載運行時(shí)的一半；定、轉子電流最大；轉子功率因數角最大；定子功率因數角比額定負載運行的大。 7. 異步電動(dòng)機運行時(shí)，為什么總是要從電源吸收滯后的無(wú)功電流？
答：這是因為：一方面，異步電動(dòng)機需要勵磁電流來(lái)產(chǎn)生主磁通，對應參數為勵磁電抗Xm，要從電壓吸收滯后的無(wú)功電流。另一方面，對應定、轉子漏電抗X1和X2，也要從電源吸收之后的無(wú)功電流。因此，異步電動(dòng)機運行時(shí)總是要從電源吸收滯后的無(wú)功電流，以滿(mǎn)足這三個(gè)電抗的需要。
8. 三相異步電動(dòng)機定子鐵損耗和轉子鐵損耗大小與什么有關(guān)？只要電壓不變，定子鐵損耗
和轉子鐵損耗的大小就基本不變嗎？
答：定子、轉子鐵損耗與鐵心中的磁通密度和頻率有關(guān)。電動(dòng)機正常運行時(shí)，只要定子電壓和頻率不變，定子鐵損耗就基本不變。轉子鐵損耗由于運行時(shí)轉子頻率很低，一般都忽略不計。
9. 三相異步電動(dòng)機銘牌上的額定功率指的是什么功率？額定運行時(shí)的電磁功率、機械功率
和轉子銅損耗之間有何數量關(guān)系？當電機定子接電源而轉子短路且不轉時(shí)，這臺電機是否還有電磁功率、機械功率或電磁轉矩?
答：異步電動(dòng)機銘牌上的額定功率指的是輸出的機械功率。額定運行時(shí)電磁功率PM、機械功率Pm和轉子銅損耗Pcu2之間的數量關(guān)系與轉差率sN有關(guān)：Pcu2=SNPM Pm=(1-sN)PM
當轉子不轉時(shí)，這臺電機有電磁功率，由于s=1，電磁功率等于轉子銅損耗。因轉速為零，故機械功率為零。電磁轉矩還存在T=PM/Ω1,這就是堵轉轉矩。
10. 一臺繞線(xiàn)型三相異步電動(dòng)機，當負載轉矩不變時(shí)，在轉子回路中串入一個(gè)附加電阻Rs，
它的大小等于轉子繞組電阻R2，問(wèn)這時(shí)電機的轉差率將會(huì )怎樣變化（近似認為電磁轉矩不變）？
答：設不串電阻時(shí)的轉差率為s，串電阻后轉差率為s`。為了保持電磁轉矩不變，從電磁轉矩公式中可知需要R`2/s不變，因此，R`2/s=(R`2+R`s)/s`=2R`2/s`;s`=2s 即轉差率增加1倍。
11. 一臺原設計在頻率f1=50Hz電源上運行的三相異步電動(dòng)機，現改用在電壓相同、頻率
f1=60Hz的電網(wǎng)上，問(wèn)電動(dòng)機的堵轉轉矩、堵轉電流和最大轉矩如何變化？ 答：根據堵轉轉矩公式Ts=m1pU²R`2/2πf1[（R1+R`2）²+(X1+X`2) ²]
當頻率f1增加，與頻率成正比的X1，X`2也增加，因此堵轉轉矩Ts減小。忽略勵磁電流，從等效電路就可得堵轉電流：Is=U1/√（(R1+R`2) ²+(X1+X`2) ²）當頻率增加時(shí)X1和X`2 也增加，因此堵轉電流減小。
根據最大轉矩公式：Tm=1/2(m1pU²1/2πf1(X1+X`2))
12. 采用定子串接器、Y-Δ和自耦減壓等幾種降壓?jiǎn)?dòng)方法時(shí)，堵轉電流及堵轉轉矩與直接
啟動(dòng)時(shí)相比，會(huì )有什么變化？ 答：（1）定子串接電抗器啟動(dòng)，若堵轉電流為直接啟動(dòng)時(shí)堵轉電流的k倍（k<1），則堵
轉轉矩為直接啟動(dòng)時(shí)堵轉轉矩的k²倍。
（2）Y-Δ啟動(dòng)，電機繞組中堵轉電流為直接啟動(dòng)時(shí)的1/√3倍，堵轉轉矩為直接啟
動(dòng)時(shí)的1/3倍，電源供給的堵轉電流為直接啟動(dòng)堵轉電流的1/3倍。
（3）自耦減壓?jiǎn)?dòng)，若自耦變壓器二次電壓是電源電壓的kA倍（kA<1）,則電機繞
組中堵轉電流為直接啟動(dòng)堵轉電流的kA倍，堵轉轉矩為直接啟動(dòng)堵轉轉矩的k²A倍。由于自耦變壓器的一次與二次電流之比為kA，因此電源供給的堵轉電流為直接啟動(dòng)時(shí)的k²A倍。
13.判斷以下各種說(shuō)法是否正確：
（1）額定運行時(shí)定子繞組為Y聯(lián)結的三相異步電動(dòng)機，不能采用Y-Δ啟動(dòng)。
（2）三相鼠籠型異步電動(dòng)機直接啟動(dòng)時(shí)，堵轉電流很大，為了避免啟動(dòng)過(guò)程中因過(guò)大電
流而燒毀電動(dòng)機，輕載時(shí)需要采取降壓?jiǎn)?dòng)。
（3）電動(dòng)機拖動(dòng)的負載越大，電流就越大，因此只要是空載，三相異步電動(dòng)機就可以直
接啟動(dòng)。
（4）三相繞組型異步電動(dòng)機，若在定子側串入電阻或電抗，都可以減小堵轉轉矩和堵轉
電流；若在轉子側串入電阻或電抗，都可以增大堵轉轉矩和減小堵轉電流。 答：（1）正確；
（2）不正確。因為降壓?jiǎn)?dòng)主要是為了使供電變壓器輸出電壓不致因為大電流而下
降太多；
（3）不正確。因為能否直接啟動(dòng)主要是由供電變壓器容量決定的； （4）不正確。轉子側串入電抗器不能增大堵轉轉矩。
14.鼠籠型異步電動(dòng)機和繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機各有哪些調速方法？這些方法的依據各是什么？各有和特點(diǎn)？
答：鼠籠型異步電動(dòng)機調試方法主要有改變定子電壓調速、變級調速和變頻調速。繞線(xiàn)
型異步電動(dòng)機可用轉子串接電阻調速和串級調速。
（1） 改變定子電壓調速。利用異步電動(dòng)機的機械特性低隨定子電壓變化而改變，
使它與負載機械特性的交點(diǎn)不同，從而得到不同的轉差率s,達到調速目的。它適合于風(fēng)機類(lèi)負載，不適合恒轉矩負載。當負載轉矩已達到額定轉矩時(shí)，降低電壓會(huì )增加轉差率，致使定、轉子電流超過(guò)額定值。若長(cháng)期運行，將縮短電機壽命，甚至燒毀電機。
（2） 變級調速是通過(guò)改變定子繞組的極對數p來(lái)改變異步電動(dòng)機的同步轉速
n1=60f1/p，從而達到調速的目的。這種調速方法只能是一級一級地改變轉速而不是平滑調速。一般都采用鼠籠轉子，因為它能自動(dòng)適應定子極對數；
（3） 變頻調速，也是通過(guò)改變異步電動(dòng)機的同步轉速達到調速目的，以額定頻率
為基頻，當從基頻往下調時(shí)，一定要同時(shí)調壓，保持U1/f1為常數；當從基頻往上調時(shí)，只能保持額定電壓不變，相當于弱磁調速的方法；
（4） 繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機轉子串接電阻調速，如果是恒轉矩負載，則R2/s=常數，
因此通過(guò)轉子串電阻可改變s來(lái)達到調速目的，所以這種傲視方法屬于恒轉矩調速。由于電磁功率不變，而輸出機械功率變小了，減少的這部分功率消耗在轉子外串的電阻上，所以這種方法在低速時(shí)效率很低。串級調速就是針對這個(gè)缺點(diǎn)，把原來(lái)?yè)p失在外串電阻上的能量回收到電網(wǎng)中。
如果你還有其它方面的問(wèn)題，歡迎和西安西瑪電機技術(shù)部一起來(lái)討論研究。
以上內容由西安西瑪電機網(wǎng)絡(luò )部整理發(fā)布，僅為讓廣大新老客戶(hù)知悉西瑪集團相關(guān)事宜。如果您對以上內容還有疑問(wèn)，請及時(shí)與我們聯(lián)系，西瑪電機網(wǎng)絡(luò )部為您解釋相關(guān)內容并及時(shí)修正或補充相關(guān)內容。
西安西瑪電機集團網(wǎng)站： www.viptest.net |
| 西瑪新聞相關(guān)內容 當前文章：關(guān)于異步電動(dòng)機工作原理的一些常見(jiàn)問(wèn)題詳解。 |
為什么西瑪電機必須涂上不同的顏色？
除安全顏色外，噴涂西安西瑪電機表面油漆還取決于實(shí)際操作環(huán)境，如：三防漆、高溫漆等為基本顏色要求。在市場(chǎng)經(jīng)濟條件下，由于不同電機公司對應的市場(chǎng)方向不盡相同，客戶(hù)的要求很多，特別是對電機表面涂裝的顏色要求。
為什么大型電機不建議使用皮帶傳動(dòng)？
建議使用離合器而不是皮帶傳動(dòng)來(lái)傳輸西瑪電機。特別是對于高性能電機，皮帶由皮帶張力和皮帶輪直徑等因素驅動(dòng)，這些因素過(guò)大，導致軸斷裂產(chǎn)生不必要的問(wèn)題。
“改進(jìn)、創(chuàng )新”是西安西瑪電機始終遵循的方向。
由于“改進(jìn)與創(chuàng )新”使西瑪電機從傳統制造業(yè)向現代自動(dòng)化公司轉變，因此“改進(jìn)與創(chuàng )新”使電機偏離了傳統的管理模式，從而使“改進(jìn)與創(chuàng )新”轉向了先進(jìn)的管理模式企業(yè)管理系統，電機從一個(gè)生產(chǎn)單一Y系列產(chǎn)品的小單位，發(fā)展成為國內知名上市公司，擁有30多個(gè)系列、18000多個(gè)電機規格。
普及一下西瑪電動(dòng)機型號及適用場(chǎng)合的選擇方法。
西安泰富西瑪電機擁有雄厚的技術(shù)力量，研發(fā)和生產(chǎn)的電機種類(lèi)齊全，在國內處于領(lǐng)先水平，擁有產(chǎn)品31大系列、1800多個(gè)品種、19500多個(gè)規格，如果有用戶(hù)對電機的性能不太了解的話(huà)，接下來(lái)西安泰富西瑪電機銷(xiāo)售部為大家普及一下西瑪電動(dòng)機型號及適用場(chǎng)合的選擇方法。
西瑪電機的防護等級詳解及防護等級的測試方法。
電機防護等級用IPXX表示；IPXX后第一個(gè)數字表示防塵,數字為0、1、2、3、4、5,數字越大，防塵等級越高。第二個(gè)數字表示防水，數字為0、1、2、3、4、5、6、7、8，數字越大,防水等級越高。 普通情況下,Y型電機為IP44,Y2型電機為IP54,DM型電機為IP55,潛水電機為IPX8。
西瑪電機關(guān)于電機風(fēng)葉的基本知識總結。
以西安西瑪電機為例：首先串接電機用風(fēng)葉，其葉片數多為好，正常在20 ～26之間，如用前彎式葉片，要求大風(fēng)量時(shí)，其葉片數最高可達38。用于強風(fēng)冷卻的西瑪電機（即工具效率低的），從噪音角度考慮，葉片數可少，起碼可做成5～6處（如吹吸機），有的7～8，有的12～13片，如打草機、割草機等都比較低。
西安西瑪電機選擇電機型號參數的知識和技巧。
選擇電機，首先要確定電機工作點(diǎn)的力矩有多大，及在這個(gè)力矩下需要的電機轉速（即 額定轉速）是多少。依此可以確定需要多大尺寸的電機能滿(mǎn)足這個(gè)要求。一般來(lái)說(shuō)，西安西瑪電機所帶的負載力矩，應與電機給定的額定力矩相同。因為，在額定力矩下 工作時(shí)，電機是處于最高效率點(diǎn)附近。而當負載力矩大于額定力矩時(shí)，電機處在超負荷運行狀態(tài)，這將影響到電機的發(fā)熱和使用壽命。
西安西瑪電機對工業(yè)電機的改造實(shí)踐及分析。
憑著(zhù)西安西瑪電機廠(chǎng)雄厚的技術(shù)力量和設備優(yōu)勢，采取了一系列措施消除了故障，增容工作也非常順利進(jìn)行。西安西瑪大型電動(dòng)機在運行中需要增加容量，不僅是冶金軋鋼行業(yè)，許多行業(yè)也經(jīng)常遇到這個(gè)問(wèn)題。在一定的條件下，一定的范圍內，可以通過(guò)原電機增容改造來(lái)滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要。這是一個(gè)非常好的辦法。
|
|
