感應(yīng)電機(jī)運行狀態(tài)

感應(yīng)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)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(yīng)電流相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，以進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。正常情況下，感應(yīng)電機(jī)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(yīng)電機(jī)又稱為“異步電機(jī) ”。

感應(yīng)電機(jī)的負(fù)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(dǎo)體中的電動勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生相應(yīng)的變化，以適應(yīng)負(fù)載的需要。按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)有電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電磁制動三種運行狀態(tài)。

當(dāng)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(jī)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(dǎo)體“切割”氣隙磁場的相對速度方向與電動機(jī)狀態(tài)時相同，故轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢和電流的有功分量與電動機(jī)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(jī)處于電磁制動狀態(tài)，它一方面從外界輸入機(jī)械功率，同時又從電網(wǎng)吸取電功率，兩者都變成電機(jī)內(nèi)部的損耗。

感應(yīng)電機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)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(jī)，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(jī)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(yīng)電機(jī)通常采用半閉口槽和由高強(qiáng)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(yīng)電機(jī)通常采用半開口槽。大型高壓感應(yīng)電機(jī)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(yīng)電機(jī)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(yīng)電機(jī)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(dǎo)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(jī)一般都用鑄鋁轉(zhuǎn)子；對中、大型電機(jī)．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)?；\型感應(yīng)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，是一種經(jīng)濟(jì)、耐用的電機(jī)。所以應(yīng)用極廣。

感應(yīng)電機(jī)繞線型轉(zhuǎn)子

繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌有用絕緣導(dǎo)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(jī)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(fù)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

感應(yīng)電動機(jī)的額定值有：

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

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

(3)定子額定電流IN/”指電機(jī)在額定電壓下運行，輸出功率達(dá)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(jī)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(biāo)明額定運行時電機(jī)的功率因數(shù)、效率、溫升、定額等。對繞線型電機(jī)，還常標(biāo)出轉(zhuǎn)子電壓和轉(zhuǎn)子額定電流等數(shù)據(jù)。

功率強(qiáng)大的AC感應(yīng)電機(jī)慢慢發(fā)展為標(biāo)準(zhǔn)的電機(jī)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(jī)類型，將典型電機(jī)特性標(biāo)準(zhǔn)化，如起動電流、轉(zhuǎn)差、轉(zhuǎn)矩點，以適應(yīng)各種不同的負(fù)載應(yīng)用。

以下是NEMA電機(jī)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(yīng)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(fù)荷。轉(zhuǎn)差小于或等于5%。一個典型的應(yīng)用是注塑機(jī)械的電機(jī)。

類型B：是AC感應(yīng)電機(jī)中類型最多的電機(jī)。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(yīng)用中鎖定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)矩，仍然允許起動負(fù)載。轉(zhuǎn)差小于或等于5%。電機(jī)效率和滿載功率因素比較高。典型的應(yīng)用包括泵、風(fēng)扇、和機(jī)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(fù)載。這些電機(jī)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(jī)類型中，是能提供最高的起動轉(zhuǎn)矩的電機(jī)。起動電流和滿載速度低。高轉(zhuǎn)差值（5-13%），電機(jī)適用于在電機(jī)運行速度中，沒有負(fù)載變換或沒有劇烈變換時，例如調(diào)速輪能量存儲的機(jī)械。不少類型的子分類還包括更寬的轉(zhuǎn)差范圍。這種電機(jī)類型一般是特殊定制的。

這些電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)市場 有不同的電機(jī)類型和規(guī)范，并由IEC定義。其中一個IEC感應(yīng)電機(jī)類型，名為N類型，運行特性與NEMA的A和B類型有可比之處。

1、感應(yīng)運轉(zhuǎn)型感應(yīng)電機(jī)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(fù)荷的大小，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速也會改變。

4、使用于不需要速度制動的應(yīng)用場合。

5、用E種絕緣等級，而UL型電機(jī)則用A種。

6、有感應(yīng)運轉(zhuǎn)型單相感應(yīng)電機(jī)和三相感應(yīng)電機(jī)兩種。

7、單相電機(jī)為感應(yīng)運轉(zhuǎn)型感應(yīng)電機(jī)，效率高，噪聲低。

8、單相感應(yīng)電機(jī)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(yīng)在電機(jī)完全停止以后，再轉(zhuǎn)換其旋轉(zhuǎn)方向。

9、單相電機(jī)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(jī)的電源有U（200V 50/60Hz）、T（220V 50/60Hz）、S（380-440V 50/60Hz）等。

感應(yīng)電機(jī)中的的轉(zhuǎn)子沒有具體的電連接。

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

在感應(yīng)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)學(xué)習(xí)中我們知道，感應(yīng)電機(jī)調(diào)速方法很多，變壓、變頻、變極及繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)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(jī)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(yīng)電動機(jī)最理想的調(diào)速方法?；诟袘?yīng)電機(jī)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(jī)械對調(diào)速系統(tǒng)的要求，但是由于電機(jī)內(nèi)部存在的耦合效應(yīng)，系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)緩慢，對于需要高動態(tài)性能的應(yīng)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(yīng)電動機(jī)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型來設(shè)計控制系統(tǒng)。在各種基于動態(tài)數(shù)學(xué)模型的交流調(diào)速方法中，目前最為廣泛應(yīng)用的就是矢量控制 。

該書對平面氣隙行波磁場直線感應(yīng)電機(jī)的一維理論、二維理論和三維理論進(jìn)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(jī)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(jī)性能的一些因素；第十章講直線感應(yīng)電機(jī)的試驗，并介紹了世界各國在研制直線感應(yīng)電機(jī)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(qiáng)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(xiàn)目錄．

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