第一步:準(zhǔn)備線圈和鐵芯。其中線圈作為電路的載體,提供通電導(dǎo)體;鐵芯作為磁路的載體,提供電磁鐵。
第二步:把線圈繞成一圈圈(繞組)套在鐵芯上后,固定在機(jī)殼上稱為 定子 ,另一組可以用線圈繞成繞組(繞線式),也可以用導(dǎo)條做成籠子(鼠籠式),套在軸承上稱為 轉(zhuǎn)子 。裝配在一起組成電機(jī),定子與轉(zhuǎn)子中間留有氣隙。
第三步:給定子的三相繞組通三相對稱交流電,則這個(gè)通電導(dǎo)體在電機(jī)氣隙里就形成了旋轉(zhuǎn)磁場,因?yàn)榻涣麟姷念l率為f(一般為50Hz),所以在一個(gè)極對數(shù)(P=1)情況下,這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速就是一秒鐘轉(zhuǎn)50個(gè)2π弧度(360°,一圈),可以知道,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0=60f/P(轉(zhuǎn)/分鐘),稱之為同步轉(zhuǎn)速。
第四步:現(xiàn)在定子產(chǎn)生的磁場在旋轉(zhuǎn),所以轉(zhuǎn)子被迫切割磁感線,在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條上就感應(yīng)出電動勢,根據(jù)右手定則,可以判斷出轉(zhuǎn)子導(dǎo)條上電流的流動方向,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條變成通電導(dǎo)體,根據(jù)左手定則,可以得出導(dǎo)條受到力的作用的方向,可以看出來,此時(shí)轉(zhuǎn)子的受力方向和磁場的旋轉(zhuǎn)方向一致。
第五步:轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn),假設(shè)它轉(zhuǎn)到和磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速(也即同步轉(zhuǎn)速)一樣快,此時(shí)導(dǎo)條不能切割磁感線,轉(zhuǎn)子不再受力,所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n(電動機(jī)的轉(zhuǎn)速)接近同步轉(zhuǎn)速而又小于同步轉(zhuǎn)速n0,兩者有一個(gè)轉(zhuǎn)速差,差的程度我們用轉(zhuǎn)差率來描述,轉(zhuǎn)差率s=(n0-n)/n0。所以感應(yīng)電機(jī)是異步電機(jī)。
第六步:現(xiàn)在轉(zhuǎn)子能轉(zhuǎn)起來了,總不能空轉(zhuǎn)吧,我們給它帶負(fù)載轉(zhuǎn),比如說電葫蘆,電風(fēng)扇葉啥的,可是給它帶多大的負(fù)載合適呢?我們需要知道它的額定輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩,現(xiàn)在**輸入電功率(P1=3U1pI1p*cosφ=√3*U1l*I1l *cosφ )我們是知道的,只要知道哪些是被損耗了,就能知道輸出功率P2了。
第七步:我們看到感應(yīng)電機(jī)和變壓器幾乎一樣,都是靠電磁感應(yīng)工作,這里就套用變壓器的分析方法來分析感應(yīng)電機(jī),先畫出感應(yīng)電機(jī)的T型等效電路,變壓器那里二次側(cè)負(fù)載歸算到一次側(cè)用的是匝數(shù)比歸算,即R2’=k2*R2,感應(yīng)電機(jī)這里用轉(zhuǎn)差率歸算為R2’/s,我們分解為:R2’/s=R2’+(1-s)/s* R2’,這樣分解成轉(zhuǎn)子銅耗部分和機(jī)械消耗部分,T型等效電路如下:

第八步:這樣,我們就能計(jì)算了,下面我們統(tǒng)一采用相電壓和相電流計(jì)算, 輸入電功率P1=3U1I1*cosφ。定子銅耗:Pcu1=3*I12*R1,
因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速小,所以轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略,鐵耗約為:Pfe=3I02Rm,這樣輸給轉(zhuǎn)子的電磁功率Pe=P1-Pcu1-Pfe,這是從定子這一端看的,從轉(zhuǎn)子這一端看,電磁功率Pe=3*I22*R2’/s,如第七步所述,這部分功率分解為轉(zhuǎn)子銅耗和機(jī)械消耗,Pe=Pcu2+Pm,其中Pcu2=3*I22*R2’=sPe,Pm=3*I22*R2’*(1-s)/s=(1-s)Pe?,F(xiàn)在我們知道轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率了,減掉空載損耗P0,剩下的就是給負(fù)載的輸出功率P2了,P2=Pm-P0=P1-Pcu1-Pfe-Pcu2-P0。功率流程如下,小口訣:“輸入電磁機(jī)械出”。

第九步:當(dāng)我們得到了電機(jī)的輸出功率,那顯然,輸出轉(zhuǎn)矩T2=P2/Ω,Ω為角速度x1rad/s,轉(zhuǎn)速n的單位為x1r/min=x2π rad/60s。Ω/n≈9.55,所以 T2=9.55*P2/n ,其他像電磁轉(zhuǎn)矩Te、空載轉(zhuǎn)矩T0都與之雷同。
第十步:現(xiàn)在,裝上合適的負(fù)載,配上控制回路,我們就可以控制電機(jī)了,按下電機(jī)啟動按鈕,我們發(fā)現(xiàn),電機(jī)的啟動電流很大,啟動電流Ist=(5.5~7)*In,忽略勵磁支路的影響,則它的啟動電流為Ist=U1/丨Z丨=U1/√(R12+R2’2)+(X12+X2'2)。
第十一步:要避免電機(jī)頻繁啟動過熱和對電力系統(tǒng)的沖擊,需要減小啟動電流,對于轉(zhuǎn)子為繞線式的,我們完全可以在轉(zhuǎn)子電路串電阻來減小啟動電流,此時(shí) 臨界轉(zhuǎn)差率Sm增加(Tm最大時(shí)的轉(zhuǎn)差率),而最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm不變 。而對于鼠籠式,因?yàn)檗D(zhuǎn)子無法串電阻,假如電機(jī)容量小,就直接啟動,對于電機(jī)容量大的鼠籠電機(jī),需要在定子端降壓啟動,減壓啟動的方式包括:定子串電阻啟動,自耦變壓器啟動,Y-△啟動,延邊三角形啟動。
第十二步:定子串電阻,利用電阻來分壓很好理解,自耦變壓器變壓時(shí),設(shè)變壓器變比為Ka,要降壓顯然Ka<1,Ka=U1/Un,I=U2/R,T∝U2,所以 Ista=Ka2*Ist;Tsta=Ka2*Tst。重點(diǎn)看最常用的Y-△啟動,Y型啟動時(shí),我們學(xué)過,Ul=√3*Up,(且超前Up30°),Il=Ip,此時(shí)IstY=Ul/(√3*丨Z丨),△運(yùn)行時(shí),Ul=Up,Ist△=√3*Ip=√3*Ul/丨Z丨;顯然, IstY=Ist△/3 ,由T∝U2, TstY=Tst△/3 ,(這里可以類比Ry=R△/3來記憶,外大內(nèi)?。?。至于延邊三角形啟動,則是星三角啟動和自耦變壓器啟動的結(jié)合。
第十三步:電機(jī)解決啟動電流過大問題順利啟動后,電機(jī)處于平穩(wěn)運(yùn)行狀態(tài),給它帶不同的負(fù)載,觀察它的運(yùn)行特性如下:

可以看出,隨著負(fù)載增加,轉(zhuǎn)速基本不變,效率和功率因素到50%后也變化很小,但是電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流會增加,相當(dāng)于負(fù)載增加了,需要的能量和力量要變大才能帶起來。
第十四步:現(xiàn)在我們還需要能調(diào)節(jié)它轉(zhuǎn)的快慢,根據(jù)前面的n0=60f/P,s=(n0-n)/n0,可得:n=(1-s)*60f/P ,所以可以通過改變P,f,s來調(diào)速,極對數(shù)P為離散型變量,所以調(diào)P稱為有級調(diào)速,調(diào)f或s為無級調(diào)速。以調(diào)s為例,這里常用的為繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,轉(zhuǎn)子串入電阻R2,臨界轉(zhuǎn)差率Sm增加,最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm不變,即 **Sm∝R2’,根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡,S/Sm= (R2'+Rs') /R2';而Tm與R2’無關(guān),但增加R2’,轉(zhuǎn)速下降,而啟動轉(zhuǎn)矩增加,所以適用于起重機(jī)調(diào)速。
第十五步:現(xiàn)在我們能調(diào)速了,假如遇到緊急情況,怎么讓電動機(jī)停下來呢?就是怎么給電機(jī)"踩剎車"?第一種,切斷電源,把定子繞組接到直流電上,產(chǎn)生靜止的磁場,n0=0, n>n0,s<0,此時(shí)如果有能量能一直推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,則感應(yīng)電機(jī)將一直感生出電動勢,處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。 如果沒有外在能源,Te與n反相,電機(jī)停機(jī),稱為 能耗制動。 或者我們改變輸入電源的任意兩相,n0與n反相,設(shè)n0為正,則此時(shí) n<0,s>1,電機(jī)處于電磁制動狀態(tài) ,稱為 反接制動。 又或者電源不變,n0不變,但是給個(gè)外在的動力給轉(zhuǎn)子,使得 n>n0,s<0 ,此時(shí)n與T也反相,稱為回饋制動。
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