三相异步电机有哪几种运行状态

Question

如题所述

Answer 1

三相异步电动机是感应电动机的一种，由380V三相交流电(相位差120度)同时供电。由于三相异步电动机的转子和定子旋转磁场同向不同速旋转，存在转差，故称为三相异步电动机。三相异步电动机的转子速度低于旋转磁场的速度。由于转子绕组与磁场的相对运动，产生电动势和电流，与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量转换。三相异步电动机

与单相异步电动机相比，三相异步电动机具有更好的性能，并且可以节省各种材料。根据转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼型和绕线型。笼型转子异步电动机因其结构简单、运行可靠、重量轻、价格低廉而得到广泛应用。它的主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样，也有三相绕组，通过滑环和电刷与外变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电机的起动性能，调节电机的转速。

(一)基本工作原理

如图5-5所示，是三相异步电动机的原理图。三相异步电动机的基本工作原理是:(1)电产生磁。当异步电动机定子三相对称绕组通有三相对称电流时，气隙中产生一个以小同步速度旋转的圆形旋转磁场。

三相异步电动机原理图

(2)磁能发电。由于旋转磁场和转子绕组之间的相对运动，旋转磁场切割转子绕组并在转子绕组中感应电动势e2。由于转子绕组是一个闭环，电流i2流过它。转子绕组感应电动势的方向由右手定则决定。如果省略转子绕组的电抗，则感应电动势的方向就是感应电流的方向。

(3)电磁力。转子绕组中的感应电流与旋转磁场反应在转子上产生电磁力，电磁力的方向根据左手定则确定。转轴上的电磁力形成的电磁转矩Tem驱动转子沿旋转磁场方向旋转。如果转轴上有机械负载，电机拖动机械负载旋转，对负载做功，将定子绕组输入的三相交流电能转化为轴端输出的机械能。

异步电动机的旋转方向总是与旋转磁场的方向一致，旋转磁场的旋转方向取决于定子三相电流的相序。因此，三相异步电动机的旋转方向与三相电流的相序一致。要改变电机的方向，只需改变定子三相电流的相序，即任意切换电机的两条电源线。

2.滑移率

从异步电机的旋转原理分析可以看出，虽然转子的旋转方向与旋转磁场方向相同，但转子的转速N无法达到同步转速n1，即叶片n<n1。这是因为，如果两者相等，转子和旋转磁场之间就没有相对运动，转子绕组中就不再感应电动势和电流，所以转子就不会受到电磁转矩的影响，不能继续旋转。异步电机转子的转速N与旋转磁场的转速n1之间存在一定的差值，这是异步电机产生电磁转矩的必要条件。

定子磁场转速n1与转子转速n之差△n=n1-n称为转差率。通常，转差率(n1-N)与旋转磁场转速n1的比值称为异步电机的转差率，用S表示，即s=(n1-n)/n1。

转差率是异步电动机的一个重要参数。在很多情况下，用S来表示电机的转速比用N来表示要方便得多，可以简化很多计算和分析。因为异步电机的额定转速nN接近定子旋转磁场的转速n1，所以额定转差率sN一般在0.010.06之间。当转子静止时，即n=0，s=1；当n=n1时，s=0。因此，异步电动机正常运行时的s值范围为01。

(2)电机的三种不同运行状态

转差率是分析异步电动机运行性能的一个重要物理量。根据转差率S的大小和正负，可以确定异步电动机的三种运行状态，即电动机运行状态、发电机/线路状态和电磁制动运行状态。

(1)电机运行状态。根据电机基本工作原理分析，当转子转速小于同步转速且与旋转磁场方向相同时(n<n1，0<s<1)，异步电机处于电机运行状态。此时，转子感应电流与旋转磁场相互作用，在转子上产生电磁力，形成电磁转矩，如图5-6(b)所示，其中N和S代表定子旋转磁场的等效磁极；转子导体中的“X”和“●”表示转子感应电动势和电流有功分量的方向；代表转子上的电磁力。从分析判断可以看出，电磁转矩方向与转子方向相同，是一种驱动性质。在电磁转矩的作用下，电机克服制动负载转矩做功，向负载输出机械功率。也就是说，电机将从电网中吸收的电能转化为机械动力，传递给转轴上的负载。

可以看出，当转差率为0<s<1时，异步电机处于电机运行状态。

(2)发电机的运行状态。当原动机驱动异步电机使转子转速N超过旋转磁场的转速n1，且两个方向相同(n>n1，一个∞<s<0)时，定子旋转磁场切割转子导体，产生的转子电流与电机相反。定子的旋转磁场和转子电流的相互作用会产生制动电磁力和电磁转矩，如图5-6(C)所示。要保持转子转速N大于n1，原动机必须向异步电动机输入机械功率，克服电磁转矩做功，将输入的机械功率转化为定子侧的电功率送入电网。此时，异步电动机在发电机状态下运行。

三种不同电机的三种运行状态

可以看出，当滑差为1∞<s<0时。时，异步电动机处于发电机运行状态。

(3)电磁制动器的工作状态。异步电机预定向绕组中通入三相交流电，产生转速为n1的旋转磁场。同时，外部施加的转矩驱动转子以N的转速逆着旋转磁场的方向旋转(n<0，s>1)。此时定子旋转磁场切割转子导体的方向与电机相同，产生的电磁力和转矩与电机相同，但电磁转矩的方向与电机相反，具有制动性质，如图5-6(a)所示。这种由电磁感应引起的制动操作状态称为电磁制动操作状态。此时，定子一方面从电网吸收电能，另一方面驱动转子转动的外力矩克服电力矩做功，向异步电机输入机械功率。两种输入功率都在电机内部转化为热能并被消耗掉。

可以看出，当转差率为1<s<∞时，异步电机处于电磁制动运行状态。

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Answer 2

三相异步电机有三种运行状态：电动状态、电磁制动状态和反接制动状态。