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大泽感应发电机的工作原理


发布时间: 2022-09-18 10:56:18 来源:U赢电竞平台官网 作者:U赢电竞平台网页版

  大泽感应发电机的工作原理这种具有百年历史的电动机,即使在今天也是最常见的电动机类型。实际上,全球约50%的电力消耗是由感应电动机引起的。让我们来研究感应电动机的工作原理,或更具体地说,是尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)的天才思维。

  感应电动机有2个主要部分;定子和转子(图1)。定子是固定部分,转子是旋转部分。定子基本上是一个3线圈绕组,并为其提供了三相交流电源输入。转子位于定子内。转子和定子之间会有一个很小的间隙,称为气隙。径向气隙的值可能在0.5到2 mm之间变化。

  定子是通过在钢或铸铁框架内堆叠细缝的高渗透性钢叠片制成的。下图显示了钢叠片在框架内的布置方式。这里仅显示了很少的钢叠片。绕组穿过定子的槽。

  当三相交流电流通过绕组时,会发生非常有趣的事情。它会产生旋转磁场(RMF)。如下图所示,产生了一个自然旋转的磁场。RMF是电机中的重要概念。我们将在下一部分中看到它是如何产生的。

  为了了解旋转磁场的现象,最好考虑只使用3个线圈的简化三相绕组。载有电流的导线会在其周围产生磁场。现在,对于这种特殊设置,三相交流电流产生的磁场将显示在特定瞬间。

  交流电流的分量将随时间变化。下图显示了另外两个实例,其中由于交流电流的变化,磁场也会变化。显然,磁场只是采用不同的方向,但是其大小保持不变。从这三个位置可以清楚地看到,它就像是强度均匀旋转的磁场。磁场的旋转速度称为同步速度。

  假设您要在这样的旋转磁场中放置闭合导体。由于磁场在波动,因此根据法拉第定律,会在环路中感应出EMF。EMF将通过回路产生电流。因此,情况变得好像载流回路位于磁场中。根据洛伦兹定律,这将在回路中产生磁力,因此回路将开始旋转,如图6所示。

  感应电动机内部也会发生类似的现象。在这里,不是简单的循环,而是使用了类似于松鼠笼的东西。一只松鼠笼上有一些条,这些条被端环短路。

  流经定子绕组的三相交流电流会产生旋转磁场。因此,与前面的情况一样,电流将在鼠笼的条形中感应出来并开始旋转。您可以注意到鼠笼棒中感应电流的变化。这是由于一对松鼠棒对中的磁通量变化率不同,这归因于其方向不同。条形中电流的这种变化将随时间变化。

  这就是使用感应电动机的原因,转子中的电磁感应是通过磁感应而不是直接电连接来感应的。为了帮助进行这种电磁感应,在转子内部装有绝缘的铁芯薄片。

  如此小的铁层片确保涡流损耗最小。您可以注意到三相感应电动机的一大优势,因为它本质上是自启动的。您还可以注意到,松鼠笼的杆相对于旋转轴倾斜,或者有偏斜。这是为了防止转矩波动。如果这些条是笔直的,则在转子条对中的扭矩将有一个很小的时间间隔传递到下一对。这将导致转子中的转矩波动和振动。通过在转子导条中提供偏斜,在一对导条中的扭矩消失之前,下一对就起作用了。因此,避免了扭矩波动。

  您会在这里注意到磁场和转子都在旋转。但是转子将以什么速度旋转?为了获得答案,让我们考虑不同的情况。

  考虑转子速度与磁场速度相同的情况。转子在相对参考系中经受磁场。由于磁场和转子都以相同的速度相对于转子旋转,因此磁场是固定的。转子将受到恒定的磁场,因此不会产生任何感应电动势和电流。这意味着在转子条上的力为零,因此转子将逐渐减速。但是随着转速的降低,转子环将经历变化的磁场,因此感应电流和力将再次升高,转子将加速。简而言之,转子将永远无法赶上磁场的速度。它以特定速度旋转,该速度略小于同步速度。同步速度和转子速度之差称为滑差。

  从转子获得的旋转机械动力通过动力轴传递。简而言之,在感应电动机中,电能通过定子进入并从电动机输出,从转子接收机械旋转。

  但是在功率输入和输出之间,将有大量与电动机相关的能量损失。这些损耗的各种成分是摩擦损耗,铜损耗,涡电流和磁滞损耗。电动机运行过程中的这种能量损失会通过热量散发,因此另一端的风扇有助于冷却电动机。

  现在,让我们了解为什么感应电动机统治着工业和家庭世界。您可以注意到,感应电动机不需要永磁体。它们甚至没有其他电机类似的电刷,换向器环或位置传感器。感应电动机也可以自启动。最重要的优点是可以通过控制输入电源频率轻松控制感应电动机的速度。

  为了正确理解它,让我们再次考虑简单的线圈布置。我们了解到,由于三相输入功率会产生旋转磁场。很明显,RMF的速度与输入功率的频率成正比。由于转子总是试图赶上RMF,因此转子速度也与交流电源的频率成正比。

  因此,通过使用变频驱动器,可以非常容易地控制感应电动机的速度。感应电动机的这一特性使它们成为电梯,起重机甚至电动汽车中最有吸引力的选择。由于感应电动机的高速频段,电动汽车能够以单速变速器运行。

  感应电动机的另一个有趣的特性是,当转子由原动机移动时,它也可以像发电机一样工作。在这种情况下,必须确保RMF速度始终小于转子速度。