电动机工作原理
一、结构
厂用电动机主要采用异步电动机,异步电动机也分为定子和转子两部分.在机械方面所许可的条件下,定子和转子间的空气隙要尽可能做小些,以便获得较好的电动机特性。
(一) 定子
定于在结构上和同步发电机的定子没有区别。也包括铁芯、绕组及机座等部分。在小容量低压电动机中多采用半闭口槽,中等容量低压电动机多采用半开口槽,大容量电动机多采用开口槽。定于绕组所用电磁线:小容量低压电动机多用高强度聚脂漆包线,中容最低压电动机和大容量电动机则用绝缘扁线。
定子铁芯固定在机座内,中小型电动机的机座及其前后端盖用铸铁铸成,大型电动机则用钢板焊成。
(二)转子
转子由装在轴上的带槽铁芯和嵌在铁芯上的绕组所组成。铁芯通常用彼此绝缘的硅钢片叠成,以减少铁损。
鼠笼式转子也称短路式转子。这种转的绕组用适当数量的导体嵌入转子铁芯槽内,导体的两端分别焊接在两个端环(又称短路环)上。为了提高电动机的起动转矩和减少起动电流,转子绕组可制成双笼式或深槽式。
二、异步电动机的工作原理
三相交流电机的定子旋转磁场,异步电动机之所以能够转动起来,其必要条件就是定子绕组产生旋转磁场。当定子三相绕组接到对称三相电源后,三相绕组中通过对称三相交变电流,则在空间产生旋转磁场。旋转磁场的方向决定于定子三相绕组电流的相序;旋转磁场的速度决定于外加电源频率f 1和定子绕组的磁极对数 p ,即
n1= 60f1/p(转/分) n1 称为同步转速。
由于定于旋转磁场与静止的转子之间有相对运动,所以转子上的绕组导体便切割定子旋转磁场的磁力线而产生感应电流,其方向用右手定则确定。带电流的转子绕组与定子旋转磁场相互作用将产生电磁力,其方向用左手定则确定。这些电磁力对转轴形成一个与旋转磁场同方向的电磁转矩 ,驱使转子沿旋转磁场的方向以 n 的转速旋转,这就是异步电动机的工作原理。
很明显,转子的转速 n 不可能达到旋转磁场的转速n1 ,否则,两者之间没有相对运动,转子绕组内就不会产生感应电流及产生电磁力而便转子旋转。所以,转子的转速 n 总是小于同步转速n 1,故称这种电动机为异步电动机。又因为这种电动机的转子电流是由电磁感应产生的,故又称为感应电动机。
当电动机的定子绕组与电源接通时,而转子轴上未带机械负载,电动机输出的机械功率为零,称为空载运行。电动机在空载运行时,轴上的制动转矩是由轴与轴承之间的摩擦以及转动部分受到的风阻力等所产生的,其值很小。因而此时所需要的电磁转矩也很小,转子的转速接近于同步转速。如果在空载运行的电动机轴上加上机械负载,则轴上产生机械制动转矩,在机械负载加入的瞬时,转矩平衡状态被破坏,引起电动机的转速减慢。随着转子转速的逐渐下降,转子绕组导体切割旋转磁场的速度相应增大,于是,转子绕组内的感应电势增大,电流也随着增大,即电磁转矩增大。直到电磁转矩与制动转矩达到平衡状态时,电动机在某一恒定转速下旋转。反之,当负载减小时,其过程与上述情况相反。异步电动机在不同负载下,其转速变化是很小的。
三、异步电动机的启动特性
鼠笼式电动机的重要特点,是可以在电网电压下直接起动,除了开关以外,不需应用任何起动设备,因此操作控制很简单,工作可靠性很高。从下图可见,双鼠笼式电动机的特性最好,它的起动转矩较大,而起动电流则较小
双鼠笼式电动机结构稍复杂而价格高些,运行经验表明,其工作的可靠性比单鼠笼式电动机略低。
图 :鼠笼式电动机的特性 1-单鼠笼式;2——深槽式;3——双鼠笼式
四、直流电动机的特点
直流电动机的主要优点是,可以利用激磁电路中的变阻器调节磁场电流,在大范围内均匀而平滑地调节转速,且调速变阻器中只消耗较少的电能。
并激磁直流电动机用变阻器起动时的起动特性:起动转矩(起始值)Me0≈M N, 起动电流 I 0 ≈2.5I N . 直流电动机不依赖厂用交流电源,可由蓄电池组供电。直流电动机制造工艺复杂、成本高、维护量大,特别是换向器部分,工作可靠性较差,而且厂用电必须提供直流电源或整流电源。
因此,直流电动机在厂用电系统中一般仅用于事故保安负荷中的汽轮机、给水泵小汽机直流备用X油泵、发电机氢密封油泵等。