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實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的電工設(shè)備總稱為電機(jī)。電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能的相互轉(zhuǎn)換。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備稱為發(fā)電機(jī)，而把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備叫做電動(dòng)機(jī)。
在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別三相異步電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。它被廣泛地用來(lái)驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械、功率不大的通風(fēng)機(jī)及水泵等。
對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)我們應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：
（1）基本構(gòu)造；
（2）工作原理；
（3）表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性；
（4）起動(dòng)、調(diào)速及制動(dòng)的基本原理和基本方法；
（5）應(yīng)用場(chǎng)合和如何正確使用。
三相異步測(cè)功機(jī)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理
1．三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造
三相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)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(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
1）．定子
三相異步測(cè)功機(jī)的定子由三部分組成：
定子 | 定子鐵心 | 由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片內(nèi)圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放定子三相繞組AX、BY、CZ。 |
定子繞組 | 三組用漆包線繞制好的，對(duì)稱地嵌入定子鐵心槽內(nèi)的相同的線圈。這三相繞組可接成星形或三角形。 | |
機(jī)座 | 機(jī)座用鑄鐵或鑄鋼制成，其作用是固定鐵心和繞組 |
2）．轉(zhuǎn)子
三相異步測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)子由三部分組成：
轉(zhuǎn)子 | 轉(zhuǎn)子鐵心 | 由厚度為0.5mm的，相互絕緣的硅鋼片疊成，硅鋼片外圓上有均勻分布的槽，其作用是嵌放轉(zhuǎn)子三相繞組。 |
轉(zhuǎn)子繞組 | 轉(zhuǎn)子繞組有兩種形式： 鼠籠式 -- 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。 繞線式 -- 繞線式異步電動(dòng)機(jī)。 | |
轉(zhuǎn)軸 | 轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載 |
鼠籠式電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)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(yīng)用廣泛的一種電動(dòng)機(jī)。
為了保證轉(zhuǎn)子能夠自由旋轉(zhuǎn)，在定子與轉(zhuǎn)子之間必須留有一定的空氣隙，中小型電動(dòng)機(jī)的空氣隙約在0.2~1.0mm之間。
2、三相異步測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理
1）．基本原理
為了說(shuō)明三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，我們做如下演示實(shí)驗(yàn)，如圖5-2所示。
圖 5-2 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理
(1)．演示實(shí)驗(yàn)：在裝有手柄的蹄形磁鐵的兩極間放置一個(gè)閉合導(dǎo)體，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄帶動(dòng)蹄形磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)現(xiàn)導(dǎo)體也跟著旋；若改變磁鐵的轉(zhuǎn)向，則導(dǎo)體的轉(zhuǎn)向也跟著改變。
(2)．現(xiàn)象解釋：當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁鐵與閉合的導(dǎo)體發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鼠籠式導(dǎo)體切割磁力線而在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流。感應(yīng)電流又使導(dǎo)體受到一個(gè)電磁力的作用，于是導(dǎo)體就沿磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這就是異步電動(dòng)機(jī)的基本原理。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。
(3)．結(jié)論：欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組。
2）．旋轉(zhuǎn)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?cè)诳臻g按互差1200的規(guī)律對(duì)稱排列。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(duì)稱電流：隨著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(zhuǎn)磁場(chǎng)(圖5-4)。
（2）．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向
旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，只要改變通入定子繞組的電流相序，即將三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。這時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。
3）．三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速
（1）．極數(shù)（磁極對(duì)數(shù)p）
三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。
當(dāng)每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差1200空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即p=1；
當(dāng)每相繞組為兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差600空間角時(shí)，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2；
同理，如果要產(chǎn)生三對(duì)極，即p=3的旋轉(zhuǎn)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)線圈，繞組的始端之間相差400（=1200/p）空間角。
極數(shù)p與繞組的始端之間的空間角q的關(guān)系為：
（2）．轉(zhuǎn)速n
三相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是：
（5-1）
由（5-1）可知，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極數(shù)p。對(duì)某一異步電動(dòng)機(jī)而言，f1和p通常是一定的，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)。
在我國(guó)，工頻f1=50Hz，因此對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0，見(jiàn)表5-1
表5-1
p | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
n0 | 3000 | 1500 | 1000 | 750 | 600 | 500 |
（3）．轉(zhuǎn)差率s
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0相等，否則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而磁力線就不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。也就是說(shuō)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，因此我們把這種電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)，又因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理是建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上的，故又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0常稱為同步轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)差率s——用來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即：
(5-2)
轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。
當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速n0開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子則因機(jī)械慣性尚未轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子的瞬間轉(zhuǎn)速n=0，這時(shí)轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)之后，n>0，（n0-n）差值減小，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率S<1。如果轉(zhuǎn)軸上的阻轉(zhuǎn)矩加大，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)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(shì)和電流，產(chǎn)生足夠大的電磁轉(zhuǎn)矩，這時(shí)的轉(zhuǎn)差率S增大。反之，S減小。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)差率很小。在額定工作狀態(tài)下約為0.015~0.06之間。
根據(jù)式(4-2),可以得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速常用公式
(5-3)
例 有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n=975r/min，電源頻率f=50Hz，求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率S。
解：由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于不同的極對(duì)數(shù)有一系列固定的數(shù)值。顯然，與975r/min相近的同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min，與此相應(yīng)的磁極對(duì)數(shù)p=3。因此，額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差
（4）．三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路與轉(zhuǎn)子電路
三相異步電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)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(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁力線通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子和定子的每相繞組中都要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)
總結(jié)：
1、三相異步測(cè)功機(jī)的兩個(gè)基本組成部分為定子（固定部分）和轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）。
2、欲使異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，必須有旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組，并且旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)和閉合的轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)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(guī)律排列的三相繞組時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；
4、旋轉(zhuǎn)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(cè)功機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0與電動(dòng)機(jī)磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)，它們的關(guān)系是： 6、轉(zhuǎn)差率s——用來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0相差的程度的物理量。即：
轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速一般很接近，轉(zhuǎn)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(jī)中的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。
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