三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理和同等電路

出處：維庫(kù)電子市場(chǎng)網(wǎng) 發(fā)布于：2025-04-08 17:13:16 | 276 次閱讀

　　感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是 AC機(jī)器，其中交替電流直接通過(guò)定子的感應(yīng)或變壓器的作用直接向定子電樞繞組提供，并間接地向轉(zhuǎn)子繞組。因此，它也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)變壓器。它的定子繞組與同步機(jī)的繞組相似。但是，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可能是兩種類(lèi)型之一：
　　傷口轉(zhuǎn)子具有三個(gè)繞組，類(lèi)似于定子電樞繞組。轉(zhuǎn)子繞組端子連接到安裝在轉(zhuǎn)子軸上的絕緣滑環(huán)。安裝在這些環(huán)上的碳刷使機(jī)器操作員進(jìn)入轉(zhuǎn)子端子。在穩(wěn)態(tài)操作期間，這些終端短路。
　　在松鼠式轉(zhuǎn)子中，導(dǎo)電條固定在轉(zhuǎn)子磁芯中的插槽中，并且通過(guò)傳導(dǎo)末端環(huán)在兩端都短路。由于轉(zhuǎn)子條和短路環(huán)的形狀像松鼠的籠子一樣，因此將轉(zhuǎn)子稱(chēng)為松鼠式轉(zhuǎn)子。
　　大多數(shù)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)都有松鼠籠轉(zhuǎn)子，但是，從建模的角度來(lái)看，兩種類(lèi)型的轉(zhuǎn)子相似。
　　應(yīng)用于定子的三個(gè)平衡交替電壓會(huì)導(dǎo)致平衡的定子電流流動(dòng)。這些定子電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的MMF，可以將其表征為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)法拉第的電磁誘導(dǎo)定律，這種旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中誘導(dǎo)電壓。這些感應(yīng)電壓導(dǎo)致平衡電流流過(guò)短路轉(zhuǎn)子。這些轉(zhuǎn)子電流會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子MMF，也可以將其表征為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的相互作用，產(chǎn)生了電磁扭矩，該扭矩用于轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械載荷T m。在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，當(dāng)電動(dòng)機(jī)損耗被忽略時(shí)，T m 和T e 相等。
　　電機(jī)繞組是電感器，能量通過(guò)磁場(chǎng)存儲(chǔ)在繞組中。
　　從定子上的固定位置看，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度等于定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度，即同步速度N S。但是，轉(zhuǎn)子速度n r 與同步速度不同。如果n r 等于n s，則轉(zhuǎn)子中不會(huì)有通量連接的變化，否則不會(huì)有凈通量切割；因此，轉(zhuǎn)子不會(huì)誘導(dǎo)電壓。因此，轉(zhuǎn)子速度必須小于同步速度。速度的差異由滑動(dòng)s表示，該速度被定義為：
　　\ [s = \ frac {n_ {s} -n_ {r}} {n_ {s}}} \，\，\，（1）\]
　　在哪里
　　N R =轉(zhuǎn)子速度（rpm）
　　n s = \（\ frac {120f} {p} \）=同步速度（rpm）
　　p =電線桿數(shù)
　　轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的速度與以每分鐘旋轉(zhuǎn)表示的定子速度之間的差異稱(chēng)為滑動(dòng)rpm，等于（N S - N R）。因此，轉(zhuǎn)子電流的頻率由：
　　\ [f_ {r} = {\ big（} n_ {s} -n_ {r} {r} {\ big）}} \ frac {p} {p} {120} = s {\ big（} \ big（}
　　由于\（\ frac {pm_ {s}} {120} \）等于定子電流的頻率，因此等式2也可以寫(xiě)為：
　　f r = sf（3）
　　對(duì)于穩(wěn)態(tài)操作，滑動(dòng)值的正常范圍在1％至5％之間。
　　在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的等效電路的發(fā)展
　　在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能分析中，等效電路是無(wú)價(jià)的。因此，在本節(jié)中開(kāi)發(fā)了等效電路以及近似等效電路。
　　三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的等效電路的一般形式可以源自三相變壓器的等效電路。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以視為三相變壓器，其次級(jí)或轉(zhuǎn)子是短路的，并以運(yùn)動(dòng)速度旋轉(zhuǎn)。由于電動(dòng)機(jī)通常在平衡條件下運(yùn)行，因此僅需要單相等效電路。
　　當(dāng)平衡的三相電流在定子和轉(zhuǎn)子繞組中流動(dòng)時(shí)，所得的同步旋轉(zhuǎn)氣隙通量波會(huì)在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中誘導(dǎo)平衡的三相電壓。定子引起的電壓的頻率等于施加電壓的頻率F，而轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓的頻率為頻率F R，由等式3給出。
　　首先考慮定子?？缍ㄗ佣俗拥拿總€(gè)相的施加電壓等于每個(gè)相的定子誘導(dǎo)的電壓的總和，加上跨定子繞組電阻的電壓降，以及由于泄漏通量引起的定子泄漏電抗的電壓下降，這僅連接定子繞組。從數(shù)學(xué)上講，以相位形式，這種關(guān)系可以表示為：
　　V 1 = E 1 + R 1 I 1 + JX 1 I 1 = E 1 + I 1（R 1 + JX 1）（4）
　　在哪里
　　V 1 =每個(gè)階段的定子端子電壓
　　E 1 =每個(gè)相的定子誘導(dǎo)的電壓
　　I 1 =每個(gè)階段定子電流
　　R 1 =定子繞組電阻
　　x 1 =定子繞組電抗
　　可以將磁芯建模為電阻R C的平行組合，以解釋磁滯和渦流損耗以及電抗X M ，以解釋產(chǎn)生氣隙磁通量所需的磁化電流。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的磁化電流比變壓器中的磁化電流大得多，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)中存在氣隙。
　　接下來(lái)，開(kāi)發(fā)了轉(zhuǎn)子的模型。令E 2 表示靜止的轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓，即s = 1.0。在停滯狀態(tài)下，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以被視為帶有氣隙的變壓器，并且定子每相誘導(dǎo)的電壓E 1 與轉(zhuǎn)彎比（n 1 /n 2 ）的轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓E 2有關(guān)：
　　\ [e_ {1} = {\ big（} \ frac {n_ {1}}} {n_ {2}}} {\ big）} e_ {2} \，\，\，\，（5）\]
　　在哪里
　　n 1 =定子繞組中的轉(zhuǎn)彎數(shù)
　　n 2 =轉(zhuǎn)子繞組中的轉(zhuǎn)彎數(shù)
　　感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中誘導(dǎo)的電壓與轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和同步旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)成正比。當(dāng)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)以速度n或滑動(dòng)s旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓e 2s等于靜止E 2 處的誘導(dǎo)電壓乘以滑動(dòng)。在短路的轉(zhuǎn)子電路中，誘導(dǎo)的電壓E 2S 顯示為跨轉(zhuǎn)子電阻和泄漏電抗的電壓下降。
　　轉(zhuǎn)子電阻不取決于滑動(dòng)。但是，轉(zhuǎn)子泄漏電抗確實(shí)并且等于x r =2πfr l r = s2πflr ，其中 l r是由于磁通量?jī)H連接轉(zhuǎn)子繞組而導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子繞組的泄漏電感。因此，滑動(dòng)處的轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓可以在數(shù)學(xué)上表示如下：
　　e 2s = se 2 = i r r r r + j（2πfr l l r）i r
　　= IRRR+JS2πflrir
　　= i r r r + jsx 2'i r （ 6）
　　在哪里
　　e 2s =滑動(dòng)s的轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓
　　E 2 =轉(zhuǎn)子在停滯處誘導(dǎo)電壓（s = 1.0）
　　i r =轉(zhuǎn)子相電流
　　R R =每個(gè)相的轉(zhuǎn)子電阻
　　x2'=2πflr =連續(xù)的轉(zhuǎn)子泄漏抗性
　　將等式6的兩側(cè)除以滑動(dòng)s，然后將轉(zhuǎn)子數(shù)量引用到定子側(cè)，如變壓器中所產(chǎn)生
　　\ [e_ {2} = {\ big（} \ frac {r_ {r}} {s}+jx^{'} _ {2} {2} {\ big）} i_ {r}
　　\ [{{\ big（} \ frac {n_ {1}} {n_ {2}}} {\ bigG）} e_ {2} = {\ bigG（} \ big（} \ frac {n_ {1}}}} \ big（} \ frac {r_ {r}} {s}+jx^{'} _ {2} {2} {\ bigG）} {\ bigG（} \ big（} \ frac {n_ {n_ {2}}}}
　　\ [e_ {1} = {\ bigG（} \ frac {r_ {2}}} {s}+jx_ {2} {2} {\ bigG）} i_ {2}} \，\，\，\，\，\，\，（7）\，（7）\]
　　在哪里
　　e 1 =（n 1 /n 2）e 2 =轉(zhuǎn)子誘導(dǎo)的電壓轉(zhuǎn)介給定子
　　i 2 =（n 2 /n 1）i r =轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)介給定子
　　r 2 =（n 1 / n 2）r 1 =轉(zhuǎn)子電阻指的是定子
　　x 2 =（n 1 / n 2）2 x2'=轉(zhuǎn)子泄漏電抗抗定子

　　以等式4表示的定子電路和公式7表示的轉(zhuǎn)子電路在施加電壓的相同頻率F處。因此，這些定子和轉(zhuǎn)子電路可以連接在一起，并將磁芯的模型結(jié)合到感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每相等效電路中，如圖1所示。

　　圖1。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的每一相等等效電路。圖像由Amna Ahmad提供

　　通過(guò)并行移動(dòng)分流元件r c 和x m來(lái)得出感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的近似等效電路，代表電動(dòng)機(jī)端子的核心。這種簡(jiǎn)化引入了很少的錯(cuò)誤，但大大減少了計(jì)算工作。該近似等效電路如圖2所示。圖2所示，等效的轉(zhuǎn)子電阻r 2 /s，已分解為r 2 和r 2 [（1-s） /s]。第一個(gè)電阻分量r 2表示轉(zhuǎn)子銅損耗，第二個(gè)組件代表電動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)的功率。

　　圖2。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的近似等效電路。圖像由Amna Ahmad提供
　　感應(yīng)發(fā)生器
　　就像直流和同步機(jī)一樣，感應(yīng)機(jī)可以用作發(fā)電機(jī)或電機(jī)。

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