三相交流电机的定子绕组接上三相交流电源后,要在定、转子铁心中产生旋转磁场。以4极为例,如图1-1所示。产生的磁场,通过定、转子间的气隙g,在定、转子铁心中形成一个闭合磁路。此闭合磁路要以旋转磁场的转速n1=60f/p旋转。旋转时,切割转子导条产生感应电动势,因导条已成为闭合回路,即转子绕组的一部分,故有电流流过。而载流的导体在磁场中要受到电磁力的拉动,这个拉力便使转子旋转。由法拉第电磁感应定律得知,导体只有在与磁场间产生相对运动,即切割磁力线才能产生感应电动势,形成闭路后产生电流,如图1-1所示。如果转子转速n=n1,即转子线圈与旋转磁场间相对静止,线圈中就不能产生电流,导条就得不到磁场的拉动力。要想使转子正常旋转,只有在n<n1(n>n1为发电机状态),旋转磁场才能与转子导条间产生相对运动,导条中有电流,受到旋转磁场的拉动,电机才能正常旋转。感应电机又被称为异步电机,就是因为转子的转速n必须与旋转磁场的转速n1相“异”才能工作,即这种电机就是靠n1与n之间存在转差s而运行。因为s的存在,异步电机的转速总是不规整,同一极数下的不同电机,其转速间也存在小小的差异。如4极电机,有的电机n=1486r/min,有的n=1492 r/min……
图1-1 异步电机运行原理示意图
异步电机靠“异”数s的存在而工作,s越大,转子导条中产生的电流越大,产生的损耗也越大,电机的效率就要受较大损失。但电机要运行,不能没有s。s不宜太大,也不可能很小(转差电机除外)。转子损耗仅是异步电机五部分损耗之一。通常,设计者在权衡电机诸项指标之后才能顾及到转子损耗。
(二)单相异步电机
单相电机的绕组在未改造之前只能产生脉振磁场,要想让它工作,必须使这脉振磁场变为旋转磁场。改变办法有两种:
1)在一相绕组中串入电容,所以这种结构又被称为“单相电容电机”。
这种结构的定子由两套绕组组成,故从结构上讲,它是一台两相的异步电机。只是因为在单相网络上运行,故而被称为单相电机。(www.daowen.com)
两套绕组中,一套为起动绕组,一套为运行绕组,电容与前者串联。当这两套绕组一并接入同一电网上时,流入起动绕组的电流则要比运行绕组的电流超前一个时间相角,于是便产生一个椭圆形旋转磁场,它从起动绕组转向运行绕组,拉动嵌有绕组(一般为笼型)的转子旋转。
2)将定子铁心制成凸极式,每个磁极上绕有工作绕组,与单相电源相接。在磁靴的一边开有嵌入短路铜环的小槽,这铜环被称为罩极线圈,它环绕极靴的一角,约占全部极靴面积的1/3。转子仍为笼型。接通电源后,在罩极线圈极面下的磁通建立较迟,这就使极面下的磁通分为两部分。这两部分磁通在时间轴和空间轴上都不同相,于是便产生一个椭圆形的旋转磁场。旋转方向从未罩极的部分转向罩极的部分。同理,它拉动转子旋转。
(三)同步电机
同步电机的定子与异步电机相同。只是转子磁场靠外加的直流电源建立。因此,工作时转子的转速与定子旋转磁场的转速相同,即电机的转速n1。但起动时还要靠转子上的阻尼绕组,亦称起动绕组,在定子旋转磁场的作用下,像异步电机那样,靠异步起动。在转速达到0.95n1左右时,转子绕组送入直流电源,电机便可按n1正常运行。为避免在起动瞬间转子绕组(亦称励磁绕组)中感应很高的电压,在转子绕组中产生的较大电流而形成的附加转矩使电机起动发生困难,在起动时,转子绕组要串入为本身阻值10倍左右的电阻。起动完成后,将该回路中的这个电阻剔除,电机进入正常运行状态。
(四)直流电机
直流电机的定子磁场由磁极及绕在其上的励磁绕组通入直流电流后而建立,称之为励磁磁场。转子,亦称电枢,也通入直流电,但经电刷传给换向器,再经换向器将此直流电转化为交流电送入电枢绕组,形成电枢磁场。它与定子合成为气隙磁场,电枢绕组切割气隙合成磁场,使电枢产生转矩而旋转,由于换向器的功能,使旋转的电枢中的磁极的极性始终与定子极性呈相斥状态而被“推”动旋转。
为避免运行时换向片处因电压偏高而产生火花,在定子两磁极间增设由换向绕组、磁极组成的换向极。功率较大、转速又较高的电机,为了同一目的,在励磁磁极极靴处开槽,嵌入补偿绕组,它和电枢绕组串联。
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