交流感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計與操作理論

交流電機(jī)控制簡單、堅固耐用且成本低廉，適用于通用應(yīng)用。這些原因是它們成為各行各業(yè)最受歡迎的電動機(jī)類型的原因。在本文中，我們將簡要介紹感應(yīng)電機(jī)并演示如何操作這些電機(jī)。

一點(diǎn)歷史

感應(yīng)電機(jī)(也稱為異步電機(jī))中的術(shù)語“感應(yīng)”是指電磁感應(yīng)，這是感應(yīng)電機(jī)的工作原理理論。我將在下一節(jié)中對此進(jìn)行解釋。根據(jù)維基百科，有幾個名稱與交流感應(yīng)電動機(jī)的發(fā)明有關(guān)。1824 年，法國物理學(xué)家弗朗索瓦·阿拉戈 (Fran?ois Arago) 發(fā)現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)磁場并創(chuàng)造了術(shù)語“阿拉戈旋轉(zhuǎn)”(或阿拉戈圓盤)。1831 年，邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 能夠通過引入電磁感應(yīng)理論來解釋這些效應(yīng)。1879 年，沃爾特·貝利 (Walter Baily) 通過手動打開和關(guān)閉開關(guān)演示了第一臺原始感應(yīng)電動機(jī)。第一臺無交流換向器的三相感應(yīng)電動機(jī)是由伽利略·費(fèi)拉里斯于1885年和尼古拉·特斯拉于1887年獨(dú)立發(fā)明的，兩人均于1888年發(fā)表論文解釋了這些技術(shù)。特斯拉于 1887 年申請了美國專利，并于 1888 年獲得了其中一些專利。當(dāng)時正在開發(fā)交流電力系統(tǒng)的喬治·威斯汀豪斯于 1888 年獲得了特斯拉的專利許可，并購買了法拉利感應(yīng)電動機(jī)概念的美國專利權(quán)，以進(jìn)一步發(fā)展該技術(shù)。 通用電氣(GE) 于 1891 年開始開發(fā)三相感應(yīng)電動機(jī)。 到 1896 年，通用電氣和西屋公司簽署了條形繞組轉(zhuǎn)子設(shè)計的交叉許可協(xié)議，后來稱為鼠籠式轉(zhuǎn)子。今天仍在使用相同的概念。

感應(yīng)電機(jī)非常適合需要在一個方向上連續(xù)運(yùn)行的應(yīng)用，例如傳送帶、攪拌機(jī)和旋轉(zhuǎn)標(biāo)志。它們被評為連續(xù)工作，并且由于其簡單的結(jié)構(gòu)通常可以使用很長時間。

設(shè)計與操作理論

此圖顯示了交流感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，它是交流永磁分離式電容器電機(jī)的最基本類型。旋轉(zhuǎn)元件，轉(zhuǎn)子，由 2 個滾珠軸承支撐在電機(jī)外殼中，以延長使用壽命。定子位于轉(zhuǎn)子周圍，氣隙很薄。輸出軸連接到轉(zhuǎn)子。導(dǎo)線連接到定子繞組。法蘭支架壓入電機(jī)外殼，確保質(zhì)量。

當(dāng)交流電提供給定子中的銅繞組時，轉(zhuǎn)子周圍會以交流振蕩的速度產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)弗萊明左手定則，移動磁場在鋼轉(zhuǎn)子中的鋁條(導(dǎo)體)上感應(yīng)出電流，從而產(chǎn)生自己的反向磁場(楞次定律)。來自轉(zhuǎn)子的磁場隨后與來自定子的旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)。

單相感應(yīng)電動機(jī)

為世界不同地區(qū)提供不同電壓和頻率的單相感應(yīng)電動機(jī)。對于美國，單相電機(jī)通常提供 110/115 伏或 220/230 伏的電壓，這很容易獲得。60 Hz 是典型的電源頻率。

以下是這些標(biāo)準(zhǔn) 3 線電機(jī)的實際接線圖。 僅供參考，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是從電機(jī)的輸出軸側(cè)看時指示的。

雖然操作原理應(yīng)該與市場上所有單相永久分離電容器型交流電機(jī)相同，但不同制造商的引線顏色可能不同。

對于標(biāo)準(zhǔn)的 3 線電機(jī)，引線顏色通常為白色、紅色和黑色。黑色始終連接到中性 (N)。白色和黑色都連接到專用電容器的 2 個端子。當(dāng)火線 (L) 通過電容器端子連接到黑色或紅色時，電機(jī)將開始按預(yù)期方向旋轉(zhuǎn)。對于接線盒型電機(jī)，操作原理是相同的。但是，端子標(biāo)記為 Z2、U2 和 U1。

連接電容器

對于單相電機(jī)，電容器對其啟動操作至關(guān)重要。如果沒有電容器提供的啟動扭矩，您將不得不通過手動旋轉(zhuǎn)軸來幫助啟動電機(jī)。這有點(diǎn)像老式飛機(jī)上的舊螺旋槳。確保不要忘記正確連接電容器。在我擔(dān)任技術(shù)支持工程師期間，這是一個非常常見的故障排除案例。

以下是 4 端子型電容器和單相電機(jī)的接線示例。

不要被電容器上的端子數(shù)量所迷惑。下面的內(nèi)部接線圖顯示最近的兩個端子在內(nèi)部連接。在電氣方面，這與傳統(tǒng)的兩端型電容器相同，后者在每一側(cè)僅提供一個端子。

我們還制作了一段視頻來演示為這些電機(jī)接線的正確方法，包括斷路器、開關(guān)和電容器。

三相感應(yīng)電動機(jī)

在美國，三相感應(yīng)電機(jī)通常提供 220/230 伏和 50/60 赫茲。在某些情況下，會提供 460 伏電壓。三相電機(jī)可以恒速運(yùn)行，也可以與逆變器/VFD(變頻驅(qū)動器)一起運(yùn)行以用于變速應(yīng)用。

以下是這些標(biāo)準(zhǔn) 3 線電機(jī)的實際接線圖。 僅供參考，電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是從電機(jī)的輸出軸側(cè)看時指示的。

對于 3 線三相電機(jī)，我們有相同的電線顏色。電源的 3 個相位標(biāo)記為 L1 (R)、L2 (S) 和 L3 (T)。將紅色連接到 L1 (R)，將白色連接到 L2 (S)，將黑色連接到 L3 (T)。對于接線盒型電機(jī)，端子標(biāo)記為 U、V 和 W。操作原理相同。要切換旋轉(zhuǎn)方向，請切換 R、S 和 T 之間的 2 個連接中的任意一個。

當(dāng)出現(xiàn)過載或鎖軸情況時，建議使用電磁開關(guān)或逆變器的電子熱敏功能來防止電機(jī)燒毀。

您可能注意到接線圖中沒有電容器。對于單相電機(jī)，需要一個電容器來產(chǎn)生多相電源。對于三相電機(jī)，不需要電容器。我們還制作了一段視頻來演示正確的接線。

最后但并非最不重要的。不要忘記使用專用保護(hù)接地端子 (PE) 將電機(jī)接地，以避免觸電或人員受傷。

這就是單相和三相感應(yīng)電機(jī)接線的所有人員。請繼續(xù)關(guān)注下一篇文章，我將在其中解釋其他類型交流電機(jī)的接線，例如可逆電機(jī)和電磁制動電機(jī)。

審核編輯：湯梓紅