绕线型异步电动机的原理

2023-05-19  

绕线式电机是异步电机的一类。异步电机是按转子绕组形式,分为绕线式和鼠笼式。

绕线式和鼠笼式电动机的工作原理是一样的。


不同的是,鼠笼式电动机的转子,转子铁芯槽中嵌入的是铝条或者铜条。


而绕线式电动机的转子铁芯槽中,和定子铁芯一样,嵌入的是转子绕组。


绕线型异步电动机,也称为感应电动机,是一种常见的交流电动机,其工作原理基于电磁感应现象。


该电动机的主要组成部分包括定子和转子。定子是一个外形呈环形的铁心,其内部绕有三相对称的绕组,这些绕组被连接到三相交流电源上。转子是一个中空的铁心,外面包覆着导体(通常是铜)绕组。转子内部并未接通电源。


当交流电源通电时,通过定子绕组形成的交变磁场会穿过转子的绕组,从而在转子中感应出电动势。这个电动势会产生一个电流在转子绕组中流动,这个电流的大小和方向与定子中的磁场相互作用,产生一个力矩,使得转子开始转动。


转子运转时,转子绕组中的电流和定子绕组中的磁场会不断发生变化,从而保持电动机的运动。因为转子中的电流是感应产生的,所以这种电动机被称为异步电动机。


三相异步电动机的工作原理就是:

定子绕组通电,定子绕组产生旋转磁场,旋转磁场掠过转子导条或者转子绕组,根据楞次定律,转子导条或者转子绕组产生方向相反的磁场,二者相互作用,转子运转起来。


与鼠笼式电动机相比,绕线式电动机的启动电流大大降低,约为额定电流的2.5倍左右。


而鼠笼式电动机,启动电流是额定电流的4~7倍。


另外,绕线式电动机的启动转矩比较大,适用于重载启动,所以,绕线式电动机广泛适用于矿山、冶金等重型企业。


一台异步电动机,转子上的感应线圈有着固定的电阻,这一点应该是好理解的,但其电抗值是与频率正比的,这个频率就是差步频率。


在起步开始,这个差步频率是50赫兹,达到正常转速时,这个差步频率大概是1.7赫兹。起动阶段从起始到运行,电抗值有30倍之变化。


现假设电阻值为正常运行时电抗值的5一6倍,为起始电抗值的1/5一1/6。这个假设不一定准,只是为了定量分析时估算。


阻抗是指电抗跟电阻的矢量和,两矢量夹角为直角。在起动的起始点,电抗为阻抗的主要分量,此时转子的感生电压是运行时的30倍,而阻抗是运行时的5一6倍,所的感生电流也是正常运行的5一6倍。再互感到定子,电流也就是5一6倍。磁通密度没变,而起动力矩却通常不足2倍,这是为什么呢?这是因感生电流与旋转磁场不同步造成的,因为主要是感性负荷,而不是阻性负荷。


可以理解为,起动时转子感生电流的磁场与定子磁场的夹角太小。只有达到90°时力矩最大,但整个过程都不可达到90°,只是逐步向90°靠近。


如果不改变转子线圈材料和线槽尺寸,只是改变匝数和线经,那理论上不能改变线圈的电阻与电抗比。比如把1匝扩为10匝,则电阻电抗都扩大到100倍,感生电压扩大到10倍。


但如果把单匝改多匝,再将线头引出,串联上一定的电阻,就可以改变阻抗比,使起动电流比鼠笼式低,而起动力矩比鼠笼式大。并且调节这个串联电阻时,可以改变电机的起动和运行性能,这就是绕线转子异步电机的原理。这种电机多用于难起动机械部位。


由于半导体技术的进步,整流和交流逆变技术成熟了。现在变频器的出现,能任意调节起动频率,使得鼠笼式电动也可以代替绕线式了。


绕线型异步电动机的优点是结构简单、可靠性高、制造成本低。它们广泛应用于家用电器、工业设备以及交通运输等领域。


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