异步电动机的基本工作原理及运行状态

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把异步电机的定子接到三相电源时,定子中会有三相电流流过,定子电流产生一系列的气隙旋转磁密。其中起主要作用的是以同步速、顺着绕组相序旋转的基波气隙旋转磁密。同步速的大小决定子电网的频率和绕组极对数,即

异步电动机的基本工作原理及运行状态

图1(a)是一台二极异步电机的示意图,n1箭头表示气隙磁密的旋转方向,最里边的那个大圆圈代表转子,其中两个小圆圈代表转子绕组的导体,先考虑转子还没有转起来的情况。气隙旋转磁密形象地用N,S极表示,在图中所示的瞬间,N极在上面,S极在下面。

于是,转子导体切割气隙旋转磁密而感应电势,它的方向如图1中的[图片]和⊙所示。因为转子绕组是短路的,在转子绕组中会有电流,图1所示瞬间,导体中电流的方向假设与感应电势同相。

根据气隙旋转磁密的极性和电流方向,利用左手定则可以看出,会产生一个与气隙旋转磁密同方向的电磁转矩作用在转子上。如果这个电磁转矩能克服加在转子上的负载转矩,转子就能旋转起来,并加速旋转。只要转子的转速低于同步转速,转子导体中的感应电势和电流方向不变,电磁转矩的方向也不变,是驱动性质的转矩。

异步电动机的基本工作原理及运行状态

(a)电动机;(b)发电机;(c)电磁制动

图1 异步电机的三种运行状态

如果转子的转速加速到等于同步转速n1时,转子绕组和气隙旋转磁密之间就没有相对运动,当然转子绕组也就不再感应电势了,电流和电磁转矩统统都等于零。这就是说,这种情况不可能维持下去。

但是,只要n<n1,转子绕组和气隙旋转磁密之间就有相对运动,转子绕组里就会有电流,也就有电磁转矩作用在转子上。当电磁转矩等于负载转矩时,转子就以恒速运行。这种情况下,定子方面从电源吸收有功功率。这就是异步电动机简单的运行原理。可见,异步电动机转子的转速n不可能达到同步转速n1,一般总是略小于n1,异步二字就是由此而来的。

通常把同步转速、和电动机转子转速二者之差与同步转速的比值叫做转差率(也叫转差或滑差),用s表示。转差率的定义为:

异步电动机的基本工作原理及运行状态

s是一个没有单位的量,它的大小能反映电动机转子的转速。例如,n=0时,s=1;n=n1时,s=0;n>n1时,s为负;电动机转子的转向与气隙旋转磁密相反时,s>1。

如果用另一台原动机拖动电动机,使它的转速高于同步转速n1运行,即n>n1,这时导体中电势、电流的方向以及产生的电磁转矩的方向也反了,如图1(b)所示。这种情况下,电磁转矩对原动机来说,是一个制动转矩。要保持电机转子继续转动,原动机必须给电机输入机械功率。

于是,异步电机的定子方面由从电网吸收电功率,改变为向电网发出电功率,即处于发电机运行状态。

如果用其他机械拖动电机转子向着气隙旋转磁密相反的方向转动,即,s>1,如图1(c)。这时转子中电势、电流的方向仍然与电动机工作状态时一样,作用在转子上的电磁转矩方向仍然与气隙旋转磁密的方向一致,但是。与转子的实际转向却相反了。可见,这时的电磁转矩与拖动机械加在电机转子上的转矩的方向相反,互相平衡,而电磁转矩为制动转矩。我们把这种情况叫做电机处于电磁制动运行状态。

电机除了吸收拖动机械的机械功率外,还从电网吸收了电功率。这两部分功率在电机内部都以损耗的方式最终转化为热能散发出来。

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