異步電機原理

異步電動機又稱感應(yīng)電動機，是由氣隙旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換為機械能量的一種交流電機。三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產(chǎn)機械，例如：風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、輕工及礦山機械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機和粉碎機、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機械等等。 結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高并具有適用的工作特性。異步電動機按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為兩種形式:有鼠籠式(鼠籠式異步電機)、繞線式異步電動機。作電動機運行的異步電機。因其轉(zhuǎn)子繞組電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，又稱感應(yīng)電動機。異步電動機是各類電動機中應(yīng)用最廣、需要量最大的一種。各國的以電為動力的機械中，約有90%左右為異步電動機，其中小型異步電動機約占70%以上。在電力系統(tǒng)的總負荷中，異步電動機的用電量占相當(dāng)大的比重。在中國，異步電動機的用電量約占總負荷的60%多。異步電機是一種交流電機，其負載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之比不是恒定值。感應(yīng)電機(Induction motor)是一種僅有一套繞組聯(lián)接電源的異步電機。在不致引起誤解和混淆的情況下，一般可稱感應(yīng)電動機為異步電動機。IEC標(biāo)準(zhǔn)中指出：“感應(yīng)電機”一詞，在許多國家中實際上是作為“異步電機”的同義詞使用，而其他一些國家則只使用“異步電機”一詞來表示這兩種概念。

異步電機在1885年由意大利物理學(xué)家和電氣工程師費拉里斯發(fā)明。1888年，提出實驗報告，對旋轉(zhuǎn)磁場作了嚴(yán)格的科學(xué)描述，為以后開發(fā)異步電動機、自起動電動機奠定了基礎(chǔ)。費拉里斯相信他所提出的旋轉(zhuǎn)磁場理論以及他所開發(fā)的新產(chǎn)品在科學(xué)上的價值遠遠超過物質(zhì)上的價值，因此他有意不為自己的發(fā)明申請專利，而是在實驗室向公眾演示這些最新成果。他還倡導(dǎo)使用交流電系統(tǒng)。同年，尼古拉·特斯拉在美國取得了感應(yīng)電機的專利。一年之后，Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發(fā)明籠型異步電機。異步電機的發(fā)展迅速，對于相同大小的異步電機，額定功率由1897年的5.5kW發(fā)展到1976年的74.6kW。鼠籠型異步電機是使用最廣泛的異步電機。

電機的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速)小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機。它和感應(yīng)電機基本上是相同的。$\text{s=(n_s-n)/n_s}$。s為轉(zhuǎn)差率，$n_s$為磁場轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

三相異步電動機定子繞組加對稱電壓后，產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)氣隙磁場，轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體切割該磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于轉(zhuǎn)子繞組處于短路狀態(tài)會產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)子電流。轉(zhuǎn)子電流與氣隙磁場相互作用就產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電動機的轉(zhuǎn)速一定低于磁場同步轉(zhuǎn)速，因為只有這樣轉(zhuǎn)子導(dǎo)體才可以感應(yīng)電勢從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩。所以該電機被稱為異步機，也叫感應(yīng)電機。

小型輕量化。

易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10 000r/min 的高速旋轉(zhuǎn)。

高速低轉(zhuǎn)矩時運轉(zhuǎn)效率高。

低速時有高轉(zhuǎn)矩，以及有寬泛的速度控制范圍。

高可靠性(堅固)。

制造成本低。

控制裝置的簡單化。

異步電動機的基本特點是，轉(zhuǎn)子繞組不需與其他電源相連，其定子電流直接取自交流電力系統(tǒng);與其他電機相比，異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用、維護方便，運行可靠性高，重量輕，成本低。以三相異步電動機為例，與同功率、同轉(zhuǎn)速的直流電動機相比，前者重量只及后者的二分之一，成本僅為三分之一。異步電動機還容易按不同環(huán)境條件的要求，派生出各種系列產(chǎn)品。它還具有接近恒速的負載特性，能滿足大多數(shù)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械拖動的要求。其局限性是，它的轉(zhuǎn)速與其旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速有固定的轉(zhuǎn)差率(見異步電機)，因而調(diào)速性能較差，在要求有較寬廣的平滑調(diào)速范圍的使用場合(如傳動軋機、卷揚機、大型機床等)，不如直流電動機經(jīng)濟、方便。此外,異步電動機運行時,從電力系統(tǒng)吸取無功功率以勵磁，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)的功率因數(shù)變壞。因此，在大功率、低轉(zhuǎn)速場合(如拖動球磨機、壓縮機等)不如用同步電動機合理。由于異步電動機生產(chǎn)量大,使用面廣,要求其必須有繁多的品種、規(guī)格與各種機械配套。因此，異步電動機的設(shè)計、生產(chǎn)特別要注意標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。在各類系列產(chǎn)品中，以產(chǎn)量最大、使用最廣的三相異步電動機系列為基本系列;此外還有若干派生系列(在基本系列基礎(chǔ)上作部分改變導(dǎo)出的系列)、專用系列(為特殊需要設(shè)計的具有特殊結(jié)構(gòu)的系列)。