三相電機是行業(yè)中應用廣泛的電機，在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。因此，認識和理解它們的運行原理非常重要。
鼠籠感應電機以其簡(jiǎn)單的設計而聞名，它使用定子繞組產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。決定電機轉速的同步速度取決于電源頻率和定子極數。繞線(xiàn)轉子感應電機允許通過(guò)三相變阻器進(jìn)行變速，但由于維護問(wèn)題，繞線(xiàn)轉子電機已經(jīng)不太受歡迎。同步電機采用直流供電轉子，只要遵循正確的啟動(dòng)程序，就能在不同負載下保持恒定速度。
本文將更詳細地研究鼠籠式感應電機、繞線(xiàn)轉子感應電機和同步電機。
鼠籠式感應電機
工業(yè)上應用廣泛的電機是三相鼠籠式感應電機。圖1中的鼠籠電機有兩部分：轉子和三相定子。術(shù)語(yǔ)“電樞”表示由繞組和換向器組成的旋轉部件，而術(shù)語(yǔ)“轉子”表示不包含繞組的電機的旋轉部件。請注意標記為 T1、T2 和 T3 的電機引線(xiàn)的標識。簡(jiǎn)單的設計是鼠籠電機吸引人的特點(diǎn)之一。
圖 1. 鼠籠式感應電機。圖片由 Amna Ahmad 提供鼠籠式電機的轉子沒(méi)有繞組。相反，它由連接在每個(gè)端對端環(huán)上的金屬條組成。金屬條之間是層壓金屬板。在電機運行期間，金屬條中會(huì )感應出電壓，從而產(chǎn)生電流和磁場(chǎng)。事實(shí)上，鼠籠式電機就是以這種轉子命名的，它類(lèi)似于老鼠和倉鼠籠子里常見(jiàn)的運動(dòng)輪。
圖 2 說(shuō)明了施加到定子繞組的三相交流電源。三相電源每120°產(chǎn)生一個(gè)峰值電壓。
圖 2. 三相波形。圖片由 Amna Ahmad 提供
現在，請注意圖 3 中定子中的三個(gè)獨立的相繞組。相繞組圍繞定子外殼按順序排列。當所施加的三相功率在T1相的正方向上達到峰值時(shí)，相繞組T2和T3將具有相反的極性，并且它們的值將在0和它們的負值之間。當 T2 相在其正方向上達到峰值時(shí)，T1 和 T3 將具有相反的極性，并且它們的值將在 0 和負值之間。這種模式在所施加的交流正弦波的整個(gè) 360° 旋轉中持續存在。
圖 3. 相位旋轉在定子中產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。圖片由 Amna Ahmad 提供定子周?chē)霈F旋轉磁場(chǎng)。旋轉磁力公轉的速度就是同步速度。同步速度受定子極數和所施加交流電頻率的影響。這種關(guān)系可以用下面的公式來(lái)說(shuō)明：
S=120×fP
S = 同步速度（rpm）
F = 所施加交流電的頻率，以赫茲 (Hz) 為單位P = 定子極數
例如，使用 60 Hz 交流電源運行的四極鼠籠電機的同步速度是多少？
哪些價(jià)值觀(guān)是已知的？
F = 60赫茲
P = 4
有什么價(jià)值是不知道的？
S = ?
可以用什么公式呢？
S=120×fP=120×604=1800rpm
因此，該鼠籠電機的同步轉速為每分鐘1800轉。
定子的旋轉磁場(chǎng)在轉子導條中感應出電壓，從而產(chǎn)生電流。轉子導條中的電流產(chǎn)生另一個(gè)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)被定子中的旋轉磁場(chǎng)吸引，導致轉子轉動(dòng)并產(chǎn)生扭矩。然而，轉子不會(huì )以與定子旋轉場(chǎng)相同的速度旋轉。軸承中的摩擦和風(fēng)阻（風(fēng)阻）將導致轉子以稍慢的速度旋轉。這稱(chēng)為轉子滑差。轉子滑差是同步速度和轉子速度之間的速度差。
直到近，鼠籠電機還被認為是定速電機。從上面的同步速度公式可以看出，改變電機速度的方法是改變所施加的交流電壓的頻率或改變電機的極數。美國電力公司將電源線(xiàn)頻率準確地維持在 60 Hz。因此，改變所施加的交流電源的頻率不是一種選擇。也不可能改變電機的極數。發(fā)動(dòng)機必須完全重建。然而，如今，通過(guò)電子變速驅動(dòng)器，所施加的交流電源的頻率可以改變，因此鼠籠電機的速度也可以改變。使用固態(tài)元件，電子變速驅動(dòng)器通過(guò)將施加的交流電轉換為直流電來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)，將直流斬波成頻率可變的脈沖，并將這些脈沖轉換成人造交流電，然后應用于電機�，F在，所施加的交流電源的頻率可以改變，從而允許電機進(jìn)行變速運行。
要反轉鼠籠式電機的旋轉方向，只需互換三個(gè)定子引線(xiàn)中任意兩個(gè)的連接即可。通常，T1 和 T3 可以互換。這將導致定子中的旋轉磁場(chǎng)沿相反方向旋轉。轉子將沿旋轉磁場(chǎng)的新方向轉動(dòng)，該方向與原始方向相反。
鼠籠式感應電機應用
鼠籠式感應電機由于其堅固的結構和可靠性而廣泛應用于許多行業(yè)。一項重要的應用是在工業(yè)機械中，它們?yōu)楸�、壓縮機和輸送機提供動(dòng)力，提供高效運行所需的扭矩和速度。此外，這些電機通常集成到大型商業(yè)建筑和工業(yè)設施的 HVAC 系統中，確保適當的通風(fēng)和氣候控制。
此外，通過(guò)將鼠籠式感應電機連接到電網(wǎng)，可以將其重新用作發(fā)電機。在此設置中，當手動(dòng)或通過(guò)外力轉動(dòng)電機軸時(shí)， 由于電磁感應現象，其繞組上會(huì )產(chǎn)生電動(dòng)勢(EMF)。該電動(dòng)勢產(chǎn)生交流輸出，可饋入電網(wǎng)電源，有效地將機械能轉換為電能。該應用對于備用電源、電網(wǎng)連接不可靠的偏遠地區或連續供電至關(guān)重要的緊急情況特別有用。
繞線(xiàn)轉子感應電機
鼠籠式電機的一種變體是繞線(xiàn)轉子感應電機。該電機的設計是為了滿(mǎn)足變速三相電機的需求。然而，隨著(zhù)電子變頻驅動(dòng)器使用的增加，它變得越來(lái)越不常見(jiàn)。
繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機由包含繞組的轉子、滑環(huán)、電刷和三相定子組成。圖 4 顯示了繞線(xiàn)轉子感應電機的部件。請注意電機引線(xiàn)的標識，其中定子連接標記為 T1、T2 和 T3，繞線(xiàn)轉子連接標記為 M1、M2 和 M3。圖 4 還顯示了連接到轉子電路中 M1、M2 和 M3 的三相變阻器。
圖 4.繞線(xiàn)轉子感應電機的部件。為了清楚起見(jiàn)，轉子軸上僅顯示了一個(gè)繞組。圖片由 Amna Ahmad 提供三相電源施加到定子繞組。產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)，將電壓感應到三相轉子繞組中。該感應電壓產(chǎn)生電流，從而在轉子繞組中產(chǎn)生磁場(chǎng)。轉子的磁場(chǎng)與定子的旋轉磁場(chǎng)相互作用，導致轉子轉動(dòng)。通過(guò)改變三相變阻器，可以改變轉子磁場(chǎng)的強度。如果磁場(chǎng)減弱，轉子速度就會(huì )降低。當磁場(chǎng)加強時(shí)，轉子速度增加。
這種對轉子磁場(chǎng)的控制可用于在驅動(dòng)恒定負載時(shí)改變繞線(xiàn)轉子感應電機的速度。此外，轉子磁場(chǎng)可以通過(guò)自動(dòng)化過(guò)程來(lái)改變，以響應變化的負載條件。以這種方式，繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機的速度可以保持相當恒定。
要反轉繞線(xiàn)轉子感應電機的旋轉方向，只需互換三個(gè)定子引線(xiàn)中任意兩個(gè)的連接即可。通常，T1 和 T3 可以互換。這導致定子中的旋轉磁場(chǎng)沿相反方向旋轉。然后轉子沿旋轉磁場(chǎng)的新方向轉動(dòng)，該方向與原始方向相反。
繞線(xiàn)轉子感應電動(dòng)機也有缺點(diǎn)。它比類(lèi)似尺寸的鼠籠電機更昂貴，由于電刷和滑環(huán)磨損而需要更多的維護，并且雖然它提供變速，但由于使用驅動(dòng)器，這種好處變得不那么有吸引力。
繞線(xiàn)轉子感應電機應用
繞線(xiàn)轉子感應電機具有多功能性和可控性，非常適合要求苛刻的應用。一種值得注意的用途是制造和建筑行業(yè)中的起重機和葫蘆，其中的速度和扭矩控制對于安全高效的起重操作至關(guān)重要。此外，這些電機通常用于采礦設備中執行重型任務(wù)，例如驅動(dòng)傳送帶和為鉆機提供動(dòng)力。此外，它們是需要變速控制的大型泵和風(fēng)扇的組成部分，可確保工業(yè)過(guò)程中的性能和能源效率。
同步電機
同步電機（如圖 5 所示）具有三相定子、繞線(xiàn)轉子、滑環(huán)和電刷。然而，與繞線(xiàn)轉子感應電機的三個(gè)繞組相比，轉子具有單個(gè)繞組。轉子還包含類(lèi)似于鼠籠式電機轉子的短路棒。同步電機引線(xiàn)對于定子連接標記為 T1、T2 和 T3，對于轉子連接標記為 R1 和 R2。直流電源為轉子供電。
圖 5. 同步電機的部件。注意施加到轉子繞組的直流電。圖片由 Amna Ahmad 提供同步電機通過(guò)向定子施加三相電源來(lái)啟動(dòng)。然而，此時(shí)轉子未通電。當三相電源施加到定子時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)。旋轉磁場(chǎng)在轉子的短路棒中感應出電壓。該感應電壓產(chǎn)生電流，從而在轉子中產(chǎn)生磁場(chǎng)。然后轉子被定子的旋轉磁場(chǎng)吸引，導致轉子轉動(dòng)。
當轉子達到速度時(shí)，直流電源通電，從而將直流電施加到轉子繞組。這導致轉子充當電磁體。轉子現在與定子的旋轉磁場(chǎng)同步鎖定。這使得同步電機能夠從空載到滿(mǎn)載條件下以恒定速度運行。需要記住的一條重要規則是，同步電機絕不能在轉子繞組施加直流電的情況下啟動(dòng)。如果同步電機以這種方式啟動(dòng)，轉子將無(wú)法轉動(dòng)，從而損壞轉子和直流電源。
要反轉同步電機的旋轉，只需互換三個(gè)定子引線(xiàn)中任意兩個(gè)的連接即可。通常，T1和T3互換，導致定子中的旋轉磁場(chǎng)沿相反方向旋轉。然后轉子沿旋轉磁場(chǎng)的新方向轉動(dòng)，該方向與原始方向相反。
同步電機應用
同步電機在需要速度控制和與電力系統同步的應用中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。它們的顯著(zhù)應用是發(fā)電廠(chǎng)，它們被用作同步發(fā)電機，以高效、穩定的方式發(fā)電。在船舶工業(yè)中，這些電機為船舶的推進(jìn)系統提供動(dòng)力，為導航提供高效且響應靈敏的性能。此外，同步電機還用于壓縮機和離心泵等高性能工業(yè)機械，其中的速度調節對于運行和節能至關(guān)重要。 |
