三相感应电动机带载

在本章中,我们将解释三相感应电动机带载时的行为。

当我们将机械负载连接到三相感应电动机的转子轴时,它将开始减速,因此旋转磁场 (RMF) 将以更高的速率切割转子导体。因此,转子导体中感应出的 EMF 和由此产生的电流将逐渐增加,并产生更高的扭矩。该扭矩使转子加速,当转子扭矩和负载扭矩相等时,转子和机械负载将很快达到平衡状态。一旦达到此状态,电动机的速度就会停止进一步降低,因此电动机将以恒定速率以新的速度运行。

但是,三相感应电动机在负载增加时速度的下降很小。这是因为其转子电路的阻抗很低,速度的轻微下降会产生很大的转子电流。转子电流的增加会产生更高的扭矩,以满足电机轴上增加的负载需求。这就是为什么三相感应电机被认为是恒速电机的原因。但是,这些电机从不以同步速度运行,因此它们也称为异步电机

从技术上讲,三相感应电机上的负载变化是通过调整滑差(同步速度和转子速度之差)来满足的。这意味着,滑差会随着电机轴上负载的增加而略有增加。因此,旋转磁场和转子导体之间的相对速度会增加。因此,转子电流会增加,从而产生更高的电机扭矩以满足增加的负载需求。

此外,随着机械负载的增加,转子电流的增加方向是减少定子的旋转磁通量(根据楞次定律),从而减少定子绕组中的反电动势。减小的反电动势使定子电流增加,从而增加感应电动机的功率输入。

感应电动机中的滑差概念

在三相感应电动机中,转子永远无法达到定子旋转磁场的速度(称为同步速度)。如果达到,旋转磁场和转子导体之间就不会有相对运动,转子导体中也不会产生感应电动势,因此也就没有扭矩来旋转转子。因此,在实践中,感应电动机的转子速度始终小于同步速度。这种差异被称为滑差速度,即

$$\mathrm{\mathrm{滑差速度}\:=\:\mathit{N_{s}-N_{r}}}$$

其中,$\mathit{N_{s}}$为同步速度,$\mathit{N_{r}}$为转子速度。

$$\mathrm{\mathrm{同步速度,}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\mathit{f}}{\mathit{P}}}$$

其中,f为供电频率,P为感应电动机的极数。

滑差速度与同步速度之比称为感应电动机的滑差,即

$$\mathrm{\mathrm{滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}}}$$

此外,

$$\mathrm{\mathrm{百分比滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}} imes 100\%}$$

在实际的三相感应电动机中,从空载到满载的滑差变化约为 0.1% 到 3%。

数值示例

8 极三相感应电机连接到 60 Hz 电源。如果它以 880 RPM 的速度运行。计算滑差。

解决方案

给定数据,

  • 极数,P = 8

  • 频率,f = 60 Hz

  • 转子速度,Nr= 880 RPM

$$\mathrm{ 因此 \mathrm{同步\:速度}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120 imes 60}{8}\:=\:900}$$

因此,滑差将be,

$$\mathrm{\mathrm{Slip,}\mathit{s}\:=\:\frac{900-880}{900} imes 100\:=\:2.22\%}$$