你們知道應(yīng)用最廣泛的電動(dòng)機(jī)是哪些嗎？

異步電動(dòng)機(jī)又稱“感應(yīng)電動(dòng)機(jī)”，即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

異步電動(dòng)機(jī)在1885年由意大利物理學(xué)家和電氣工程師費(fèi)拉里斯發(fā)明。1889年，Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發(fā)明鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。

▲鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)示意圖

異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)展迅速，對(duì)于相同大小的異步電動(dòng)機(jī)，額定功率由1897年的5.5kW發(fā)展到1976年的74.6kW?，F(xiàn)在，鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)是使用最廣泛的異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體，定子是電動(dòng)機(jī)中不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并不是用機(jī)械方法來實(shí)現(xiàn)，而是以交流電通于數(shù)對(duì)電磁鐵中，使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變，故相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。

通過定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電流與磁場(chǎng)作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

▲三個(gè)不同相位磁場(chǎng)矢量疊加形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速逐漸接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，感應(yīng)電流逐漸減小，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速。

▲三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

▲三相四極電機(jī)的典型繞線模式

▲異步電動(dòng)機(jī)定子安裝銅線圈

異步電動(dòng)機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)和人們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用最廣泛的電動(dòng)機(jī)，為多種機(jī)械設(shè)備和家用電器提供動(dòng)力。

例如機(jī)床、中小型軋鋼設(shè)備、風(fēng)機(jī)、水泵、輕工機(jī)械、冶金和礦山機(jī)械等，大都采用三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)；電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)器等家用電器中則廣泛使用單相異步電動(dòng)機(jī)。異步電動(dòng)機(jī)也可作為發(fā)電動(dòng)機(jī)，用于風(fēng)力發(fā)電廠和小型水電站等。

異步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)車中應(yīng)用最為廣泛，相比直流電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)速適應(yīng)范圍更廣，這樣即使不在配備二級(jí)差速器或變速箱的情況下，也可以滿足車輛高速巡航的需求。

異步電動(dòng)機(jī)具備變頻調(diào)速的能力，其效果相當(dāng)于我們所理解的裝配有無級(jí)變速箱的車輛在加速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與車速較為線性的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)能回收也更為容易。車輛滑行或制動(dòng)時(shí)，車輪反拖電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在這個(gè)工況下，電動(dòng)機(jī)可進(jìn)行發(fā)電并將電能回收到電池中，以此延長(zhǎng)車輛的續(xù)航里程。

特斯拉MODEL S采用的就是異步電動(dòng)機(jī)，目前市場(chǎng)上包括榮威550 Plug-in等多種混合動(dòng)力也在采用這款技術(shù)的電動(dòng)機(jī)。之所以選用異步電機(jī)是因?yàn)樗目垢蓴_能力以及高速弱磁區(qū)奔跑能力比較強(qiáng)，功率雖然大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。

特斯拉感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子專利技術(shù)與焊接鼠籠技術(shù)方案相同，將銅條插入了轉(zhuǎn)子槽中，插完之后效果如下圖：

下一步本應(yīng)該是焊接端環(huán)，而特斯拉卻另辟蹊徑，制造了一組表面鍍銀的銅質(zhì)楔子，將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中，這樣一個(gè)機(jī)械構(gòu)造的端環(huán)就制造完成。

插完楔子之后，在楔子和銅條之間進(jìn)行焊接，這個(gè)焊接要求比焊接方案中端環(huán)的感應(yīng)釬焊成本、難度都低多了。焊接之后，再在兩端箍上禁錮環(huán)（下圖中107部件）

這個(gè)專利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的銅芯轉(zhuǎn)子制造，堪稱特斯拉的核心技術(shù)之一。

▲單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理，定子通常含有兩個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子為籠型，大多數(shù)單相感應(yīng)電機(jī)是單向運(yùn)行的，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)被設(shè)為單方向旋轉(zhuǎn)。

▲單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

▲單向感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

▲三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電動(dòng)機(jī)，屬于感應(yīng)馬達(dá)的一種。

▲三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

對(duì)大部分不需調(diào)速的風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，采用交流調(diào)速后，可以大幅度節(jié)能，因而對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速、節(jié)能的研究具有重要意義。

▲三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、車床系統(tǒng)、光電組合裝置、閥門控制系統(tǒng)、核反應(yīng)堆、平面磨床、數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)繞線機(jī)、電子鐘表及醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域中。

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