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三相異步測功機

實(shí)現電能與機械能相互轉換的電工設備總稱(chēng)為電機。電機是利用電磁感應原理實(shí)現電能與機械能的相互轉換。把機械能轉換成電能的設備稱(chēng)為發(fā)電機，而把電能轉換成機械能的設備叫做電動(dòng)機。

在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機，特別三相異步電動(dòng)機，因為它具有結構簡(jiǎn)單、堅固耐用、運行可靠、價(jià)格低廉、維護方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來(lái)驅動(dòng)各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳送帶、鑄造機械、功率不大的通風(fēng)機及水泵等。

對于各種電動(dòng)機我們應該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：

（1）基本構造；

（2）工作原理；

（3）表示轉速與轉矩之間關(guān)系的機械特性；

（4）起動(dòng)、調速及制動(dòng)的基本原理和基本方法；

（5）應用場(chǎng)合和如何正確使用。

 三相異步測功機機的結構與工作原理

1．三相異步電動(dòng)機的構造

 三相異步電動(dòng)機的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分，如圖5-1所示。

圖 5-1 三相電動(dòng)機的結構示意圖

1）．定子

三相異步測功機的定子由三部分組成：

2）．轉子

三相異步測功機的轉子由三部分組成：

鼠籠式電動(dòng)機由于構造簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作可靠，使用方便，成為了生產(chǎn)上應用廣泛的一種電動(dòng)機。

為了保證轉子能夠自由旋轉，在定子與轉子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動(dòng)機的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。

2、三相異步測功機的轉動(dòng)原理

1）．基本原理

為了說(shuō)明三相異步電動(dòng)機的工作原理，我們做如下演示實(shí)驗，如圖5-2所示。

圖 5-2 三相異步電動(dòng)機工作原理

(1)．演示實(shí)驗：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個(gè)閉合導體，當轉動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵旋轉時(shí)，將發(fā)現導體也跟著(zhù)旋；若改變磁鐵的轉向，則導體的轉向也跟著(zhù)改變。

(2)．現象解釋?zhuān)寒敶盆F旋轉時(shí)，磁鐵與閉合的導體發(fā)生相對運動(dòng)，鼠籠式導體切割磁力線(xiàn)而在其內部產(chǎn)生感應電動(dòng)勢和感應電流。感應電流又使導體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導體就沿磁鐵的旋轉方向轉動(dòng)起來(lái)，這就是異步電動(dòng)機的基本原理。

       轉子轉動(dòng)的方向和磁極旋轉的方向相同。

(3)．結論：欲使異步電動(dòng)機旋轉，必須有旋轉的磁場(chǎng)和閉合的轉子繞組。

2）．旋轉磁場(chǎng)

（1）．產(chǎn)生

       圖5-3表示簡(jiǎn)單的三相定子繞組AX、BY、CZ，它們在空間按互差120⁰的規律對稱(chēng)排列。并接成星形與三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過(guò)三相對稱(chēng)電流：隨著(zhù)電流在定子繞組中通過(guò)，在三相定子繞組中就會(huì )產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)(圖5-4)。

（2）．旋轉磁場(chǎng)的方向

旋轉磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電流相序決定的，若想改變旋轉磁場(chǎng)的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線(xiàn)中的任意兩根對調即可。這時(shí)，轉子的旋轉方向也跟著(zhù)改變。

3）．三相異步電動(dòng)機的極數與轉速

（1）．極數（磁極對數p）

三相異步電動(dòng)機的極數就是旋轉磁場(chǎng)的極數。旋轉磁場(chǎng)的極數和三相繞組的安排有關(guān)。

當每相繞組只有一個(gè)線(xiàn)圈，繞組的始端之間相差120⁰空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)具有一對極，即p=1；

當每相繞組為兩個(gè)線(xiàn)圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差60⁰空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)具有兩對極，即p=2；

同理，如果要產(chǎn)生三對極，即p=3的旋轉磁場(chǎng)，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個(gè)線(xiàn)圈，繞組的始端之間相差40⁰（=120^0/p）空間角。
極數p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為：

（2）．轉速n
   

三相異步電動(dòng)機旋轉磁場(chǎng)的轉速n₀與電動(dòng)機磁極對數p有關(guān)，它們的關(guān)系是：

                                                         （5-1）

由（5-1）可知，旋轉磁場(chǎng)的轉速n₀決定于電流頻率f₁和磁場(chǎng)的極數p。對某一異步電動(dòng)機而言，f₁和p通常是一定的，所以磁場(chǎng)轉速n₀是個(gè)常數。

在我國，工頻f₁=50Hz，因此對應于不同極對數p的旋轉磁場(chǎng)轉速n₀，見(jiàn)表5-1

表5-1

（3）．轉差率s

電動(dòng)機轉子轉動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉的方向相同，但轉子的轉速n不可能達到與旋轉磁場(chǎng)的轉速n₀相等，否則轉子與旋轉磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對運動(dòng)，因而磁力線(xiàn)就不切割轉子導體，轉子電動(dòng)勢、轉子電流以及轉矩也就都不存在。也就是說(shuō)旋轉磁場(chǎng)與轉子之間存在轉速差，因此我們把這種電動(dòng)機稱(chēng)為異步電動(dòng)機，又因為這種電動(dòng)機的轉動(dòng)原理是建立在電磁感應基礎上的，故又稱(chēng)為感應電動(dòng)機。

旋轉磁場(chǎng)的轉速n₀常稱(chēng)為同步轉速。

轉差率s——用來(lái)表示轉子轉速n與磁場(chǎng)轉速n₀相差的程度的物理量。即：

                                                                        (5-2)

轉差率是異步電動(dòng)機的一個(gè)重要的物理量。

當旋轉磁場(chǎng)以同步轉速n₀開(kāi)始旋轉時(shí)，轉子則因機械慣性尚未轉動(dòng)，轉子的瞬間轉速n=0，這時(shí)轉差率S=1。轉子轉動(dòng)起來(lái)之后，n>0，（n₀-n）差值減小，電動(dòng)機的轉差率S<1。如果轉軸上的阻轉矩加大，則轉子轉速n降低，即異步程度加大，才能產(chǎn)生足夠大的感受電動(dòng)勢和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉矩，這時(shí)的轉差率S增大。反之，S減小。異步電動(dòng)機運行時(shí)，轉速與同步轉速一般很接近，轉差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。

根據式(4-2),可以得到電動(dòng)機的轉速常用公式

                                                                     (5-3)

例  有一臺三相異步電動(dòng)機，其額定轉速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動(dòng)機的極數和額定負載時(shí)的轉差率S。

       解：由于電動(dòng)機的額定轉速接近而略小于同步轉速，而同步轉速對應于不同的極對數有一系列固定的數值。顯然，與975r/min相近的同步轉速n₀=1000r/min，與此相應的磁極對數p=3。因此，額定負載時(shí)的轉差       

（4）．三相異步電動(dòng)機的定子電路與轉子電路

三相異步電動(dòng)機中的電磁關(guān)系同變壓器類(lèi)似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。給定子繞組接上三相電源電壓，則定子中就有三相電流通過(guò)，此三相電流產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)，其磁力線(xiàn)通過(guò)定子和轉子鐵心而閉合，這個(gè)磁場(chǎng)在轉子和定子的每相繞組中都要感應出電動(dòng)勢

總結：

1、三相異步測功機的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉子（旋轉部分）。

2、欲使異步電動(dòng)機旋轉，必須有旋轉的磁場(chǎng)和閉合的轉子繞組，并且旋轉的磁場(chǎng)和閉合的轉子繞組的轉速不同，這也是“異步”二字的含義；

3、三相電源流過(guò)在空間互差一定角度按一定規律排列的三相繞組時(shí)，便會(huì )產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)；

4、旋轉磁場(chǎng)的方向是由三相繞組中電源相序決定的；

5、三相異步測功機旋轉磁場(chǎng)的轉速n₀與電動(dòng)機磁極對數p有關(guān)，它們的關(guān)系是：      6、轉差率s——用來(lái)表示轉子轉速n與磁場(chǎng)轉速n₀相差的程度的物理量。即：

轉差率是異步電動(dòng)機的一個(gè)重要的物理量，異步電動(dòng)機運行時(shí)，轉速與同步轉速一般很接近，轉差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。

7、三相異步電動(dòng)機中的電磁關(guān)系同變壓器類(lèi)似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。