所谓对称三相绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此间隔120°、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组。下面以最简单的对称三相绕组为例来进行分析。
按图1-6的外形,顺时针方向绕制三个线圈,每个线圈绕N匝。它们的首端分别用字母U1、V1、W1表示,末端分别用U2、V2、W2表示。线圈采用的材料和线径相同。这样,每个线圈呈现的阻抗是相同的。线圈又分别称为U、V、W相绕组。
对称三相电流的波形如图1-8所示。
由于三相电流随时间的变化是连续的,且极为迅速,为了能考察它所产生的合成磁效应,说明旋转磁场的产生,在此选定ωt=90°、ωt=180°、ωt=240°等3个特定瞬间,以窥全貌,如图1-9所示。规定:电流为正值时,从每相线圈的首端入、末端出;电流为负值时,从末端入、首端出。用符号“⊙”表示电流流出,用“×”表示电流流入。由于磁力线是闭合曲线,对它的磁极的性质作如下假定:磁力线由定子进入转子时,该处的磁场呈现N极磁性;反之,则呈现S极磁性。
先看ωt=90°这一瞬间,由电流瞬时表达式和波形图均可看出,此时:
将各相电流方向表示在各相线圈剖面图上,如图1-9a所示。从图看出,V2、U1、W2均为电流流入,W1、U2、V1均为电流流出。根据右手螺旋定则,它们合成磁场
依次仔细观察图1-9a、b、c就会发现这种情况下建立的合成磁场,既不是静止的,也不是方向交变的,而是如一对磁极在旋转的磁场。且随着三相电流相应的变化,其合成的磁场在空间按U1→V1→W1顺序旋转(图中为顺时针方向)。
p之间是一种反比例关系。即具有p对磁极的旋转磁场,电流变化一个周期,磁场转过1/p转,它的转速为:
用n0表示旋转磁场的这种转速,称为同步转速。
1-11所示。这样,在转子导条上形成一个顺时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场顺时针方向转动。从工作原理看,不难理解三相异步电动机为什么又叫感应电动机了。
综上所述,三相异步电动机能够转动的必备条件之一是电动机的定子必须产生一个在空间不断旋转的旋转磁场,二是电动机的转子必须是闭合导体。
异步电动机中,转子因旋转磁场的电磁感应作用而产生电磁转矩,并在电磁转矩的作用下而旋转,那么转子的转速是多少?与旋转磁场的同步转速相比又如何呢?
转子的旋转方向与旋转磁场的转向相同,但转子的转速n不能等于旋转磁场的同步转速n0,否则磁场与转子之间便无相对运动,转子就不会有感应电势、电流与电磁转矩,转子也就根本不可能转动了。因此,异步电动机的转子转速n总是略小于旋转磁场的同步转速n0,即与旋转磁场“异步”转动,所以称这种电动机为“异步”电动机。若三相异步电动机带上机械负载,负载转矩越大,则电动机的“异步”程度也越大。在分析中,用“转差率”这个概念来反映“异步”的程度。n0与n之差称为“转差”。转差是异步电动机运行的必要条件。将其与同步转速之比称为“转差”,用s表示。
知识点词条: 三相交流异步电动机的工作原理