感應電機

感應電機是利用電磁感應原理，通過定子的三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子繞組中的感應電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以進行能量轉(zhuǎn)換。正常情況下，感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低或略高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)，因此感應電機又稱為“異步電機 ”。

感應電機的負載發(fā)生變化時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率將隨之而變化，使轉(zhuǎn)子導體中的電動勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應的變化，以適應負載的需要。按照轉(zhuǎn)差率的正負和大小，感應電機有電動機、發(fā)電機和電磁制動三種運行狀態(tài)。

當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時(ns>n>0)，轉(zhuǎn)差率0

若由機械或其他外因使轉(zhuǎn)子逆著旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)(n<0)，則轉(zhuǎn)差率s>1。此時轉(zhuǎn)子導體“切割”氣隙磁場的相對速度方向與電動機狀態(tài)時相同，故轉(zhuǎn)子導體中的感應電動勢和電流的有功分量與電動機狀態(tài)時同方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向亦相同。但由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向改變，故對轉(zhuǎn)子而言，此電磁轉(zhuǎn)矩表現(xiàn)為制動轉(zhuǎn)矩。此時電機處于電磁制動狀態(tài)，它一方面從外界輸入機械功率，同時又從電網(wǎng)吸取電功率，兩者都變成電機內(nèi)部的損耗。

感應電機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵心是主磁路的一部分。為了減少激磁電流和旋轉(zhuǎn)磁場在鐵心中產(chǎn)生的渦流和磁滯損耗，鐵心由厚0.5mm、的硅鋼片疊成。容量較大的電動機，硅鋼片兩面涂以絕緣漆作為片間絕緣。小型定子鐵心用硅鋼片疊裝、壓緊成為一個整體后固定在機座內(nèi)；中型和大型定子鐵心由扇形沖片拼成.在定子鐵心內(nèi)圓，均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。小型感應電機通常采用半閉口槽和由高強度漆包線繞成的單層(散下式)繞組，線圈與鐵心之間墊有槽絕緣。半閉口槽可以減少主磁路的磁阻，使激磁電流減少，但嵌線較不方便。中型感應電機通常采用半開口槽。大型高壓感應電機都用開口槽．以便于嵌線。為了得到較好的電磁性能，中、大型感應電機都采用雙層短距繞組 。

轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅鋼片疊成，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩類

感應電機籠型轉(zhuǎn)子

籠型繞組是一個自行閉合的繞組，它由插人每個轉(zhuǎn)子槽中的導條和兩端的環(huán)形端環(huán)構(gòu)成，如果去掉鐵心，整個繞組形如一個“圓籠”，因此稱為籠型繞組。為節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)率，小型籠型電機一般都用鑄鋁轉(zhuǎn)子；對中、大型電機．由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，故采用銅條插入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)、再在兩端焊上端環(huán)的結(jié)構(gòu)。籠型感應電機結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，是一種經(jīng)濟、耐用的電機。所以應用極廣。

感應電機繞線型轉(zhuǎn)子

繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導線組成的三相繞組，繞組的三個出線端接

到設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上的三個集電環(huán)上，再通過電刷引出．這種轉(zhuǎn)子的特點是，可以在轉(zhuǎn)子繞組中接人外加電阻，以改善電動機的起動和調(diào)速性能。

與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小、起動轉(zhuǎn)矩大，或需要調(diào)遣的場合下使用

功率強大的AC感應電機慢慢發(fā)展為標準的電機設(shè)計類型，其特點是效率高，且價格具誘惑力。美國國家電氣制造協(xié)會（National Electrical Manufacturers Association, NEMA）已經(jīng)開發(fā)了針對于此的規(guī)范，名為NEMA A、B、C和D電機類型，將典型電機特性標準化，如起動電流、轉(zhuǎn)差、轉(zhuǎn)矩點，以適應各種不同的負載應用。

以下是NEMA電機類型的綱要：

類型A：常規(guī)起動轉(zhuǎn)矩（通常為額定的150-170%），相應起動電流高。極限轉(zhuǎn)矩是所有NEMA類型中最高的。能在短時間內(nèi)處理重負荷。轉(zhuǎn)差小于或等于5%。一個典型的應用是注塑機械的電機。

類型B：是AC感應電機中類型最多的電機。它的起動轉(zhuǎn)矩與類型A的相似，但有時還要低，提供較低的起動電流。但是，它在工業(yè)應用中鎖定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，仍然允許起動負載。轉(zhuǎn)差小于或等于5%。電機效率和滿載功率因素比較高。典型的應用包括泵、風扇、和機床。

類型C：提供高起動轉(zhuǎn)矩（高于類型A和B，通常超過額定的200%）。它常用于驅(qū)動重起步負載。這些電機幾乎可運行在全速時，而不出現(xiàn)過載。起動電流低。轉(zhuǎn)差小于或等于5%。

類型D：在所有NEMA電機類型中，是能提供最高的起動轉(zhuǎn)矩的電機。起動電流和滿載速度低。高轉(zhuǎn)差值（5-13%），電機適用于在電機運行速度中，沒有負載變換或沒有劇烈變換時，例如調(diào)速輪能量存儲的機械。不少類型的子分類還包括更寬的轉(zhuǎn)差范圍。這種電機類型一般是特殊定制的。

這些電機的速度-轉(zhuǎn)矩特性各不相同。定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩（起動轉(zhuǎn)矩）指最小轉(zhuǎn)矩，由轉(zhuǎn)子停止時產(chǎn)生，此時為額定電壓和頻率。極限轉(zhuǎn)矩是最大轉(zhuǎn)矩，在突然的電機速度降低前產(chǎn)生，出現(xiàn)額定速度（額定電壓和頻率）。拉升轉(zhuǎn)矩是最小轉(zhuǎn)矩，在電機的速度從停止一直到速度點時產(chǎn)生，此時極限轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)。

歐洲及全球的電機市場 有不同的電機類型和規(guī)范，并由IEC定義。其中一個IEC感應電機類型，名為N類型，運行特性與NEMA的A和B類型有可比之處。

在感應電機的穩(wěn)態(tài)學習中我們知道，感應電機調(diào)速方法很多，變壓、變頻、變極及繞線轉(zhuǎn)子感應電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻或串入附加電動勢（串級調(diào)速或雙饋調(diào)速）都可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。但多年以來的研究和實踐表明，變頻調(diào)速是感應電動機最理想的調(diào)速方法?；诟袘姍C穩(wěn)態(tài)模型的恒壓頻比控制或電壓-頻率協(xié)調(diào)控制，雖然在一定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)高效率的平滑調(diào)速，從而滿足一般生產(chǎn)機械對調(diào)速系統(tǒng)的要求，但是由于電機內(nèi)部存在的耦合效應，系統(tǒng)動態(tài)響應緩慢，對于需要高動態(tài)性能的應用場合，就不能滿足要求。要實現(xiàn)高動態(tài)性能的調(diào)速系統(tǒng)或伺服系統(tǒng)，必須依據(jù)感應電動機的動態(tài)數(shù)學模型來設(shè)計控制系統(tǒng)。在各種基于動態(tài)數(shù)學模型的交流調(diào)速方法中，目前最為廣泛應用的就是矢量控制 。

1、感應運轉(zhuǎn)型感應電機不只在啟動時，在運轉(zhuǎn)時也使用輔助線圈和電容器。雖然啟動轉(zhuǎn)矩不是很大，但其結(jié)構(gòu)簡單，信賴度高，效率也高。

2、可以連續(xù)運轉(zhuǎn)。

3、隨負荷的大小，電機的額定轉(zhuǎn)速也會改變。

4、使用于不需要速度制動的應用場合。

5、用E種絕緣等級，而UL型電機則用A種。

6、有感應運轉(zhuǎn)型單相感應電機和三相感應電機兩種。

7、單相電機為感應運轉(zhuǎn)型感應電機，效率高，噪聲低。

8、單相感應電機運轉(zhuǎn)時，產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，因此不可能在短時間內(nèi)改變方向。應在電機完全停止以后，再轉(zhuǎn)換其旋轉(zhuǎn)方向。

9、單相電機的電源有A（110V 60Hz）、B（220V 60Hz）、C（100V 50/60Hz）、D（200V 50/60Hz）、E（115V 60Hz）、X（200-240V50Hz）等。

10、三相電機的電源有U（200V 50/60Hz）、T（220V 50/60Hz）、S（380-440V 50/60Hz）等。

感應電機中的的轉(zhuǎn)子沒有具體的電連接。

感應電動機的額定值有：

(1)額定功率PN：指電動機在額定狀態(tài)下運行時，軸端愉出的機械功率．單位為千瓦(kw) 。

(2)定子額定電壓UN：指電機在額定狀態(tài)下運行時，定子繞組應加的線電壓。單位為伏(v)。

(3)定子額定電流IN/”指電機在額定電壓下運行，輸出功率達到額定功率時，流入定子繞組的線電流，單位為安(A)。

(4)額定頻率fN指加于定子邊的電源頻率，我國工頻規(guī)定為50赫(Hz)。

(5)額定轉(zhuǎn)速nN電機在額定狀態(tài)下運行時轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。除上述數(shù)據(jù)外，銘牌上有時還標明額定運行時電機的功率因數(shù)、效率、溫升、定額等。對繞線型電機，還常標出轉(zhuǎn)子電壓和轉(zhuǎn)子額定電流等數(shù)據(jù)。

1）小型輕量化；

2）易實現(xiàn)轉(zhuǎn)速超過10000r/min的高速旋轉(zhuǎn)；

3）高速低轉(zhuǎn)矩時運轉(zhuǎn)效率高；

4）低速時有高轉(zhuǎn)矩，以及有寬泛的速度控制范圍；

5）高可靠性（堅固）；

6）制造成本低；

7）控制裝置的簡單化；

缺點：功率因數(shù)滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。

感應電機是異步電機的一種，由于異步電機主要是感應電機，所以也有人直接在定義時候?qū)惒诫姍C定義為感應電機。但異步電機不僅包括感應電機還包括雙饋異步電機和交流換向器電機。

該書對平面氣隙行波磁場直線感應電機的一維理論、二維理論和三維理論進行了分析．

全書共分十章．第一章緒論；第二和第四章講一維理論；第三章專講求解電磁場微分方程所需用的邊界條件；第五至第七章講在直線電機副邊平面上和與副邊垂直的（x－z）平面上的二維分析；第八章講三維分析；第九章分析了影響直線電機性能的一些因素；第十章講直線感應電機的試驗，并介紹了世界各國在研制直線感應電機方面所取得的一些最新科研成果．

該書題材新穎，理論的系統(tǒng)性強并聯(lián)系實際．書中提供了不少計算實例、試驗方法和試驗結(jié)果．書末附有二百余篇參考文獻目錄．

該書可供高等工科院校電機類專業(yè)的大學生、研究生和教師閱讀；也可供從事電機工程的科技人員參考應用．