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应用最广泛的电动机,没有它,很多设备都玩不转!

发布时间:2020-06-10 15:34:50 丨作者:河南尚唐 丨 浏览次数:

应用最广泛的电动机,没有它,很多设备都玩不转!


异步电动机又称“感应电动机”,即转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动。

应用最广泛的电动机,没有它,很多设备都玩不转!(图1)

01
异步电动机在1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。1889年,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky发明鼠笼型异步电动机。
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▲鼠笼型异步电动机示意图
异步电动机的发展迅速,对于相同大小的异步电动机,额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。现在,鼠笼型异步电动机是使用最广泛的异步电动机。
应用最广泛的电动机,没有它,很多设备都玩不转!(图3)
异步电动机的转子是可转动的导体,定子是电动机中不转动的部分,主要任务是产生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法来实现,而是以交流电通于数对电磁铁中,使其磁极性质循环改变,故相当于一个旋转的磁场。
应用最广泛的电动机,没有它,很多设备都玩不转!(图4)
通过定子产生的旋转磁场与转子绕组的相对运动,转子绕组切割磁感线产生感应电动势,从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用,产生电磁转矩,使转子旋转。

▲三个不同相位磁场矢量叠加形成旋转磁场
当转子转速逐渐接近同步转速时,感应电流逐渐减小,所产生的电磁转矩也相应减小,当异步电动机工作在电动机状态时,转子转速小于同步转速。

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▲三相交流电产生旋转磁动势和旋转磁场
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▲三相四极电机的典型绕线模式
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▲异步电动机定子安装铜线圈
异步电动机主要用作电动机,其功率范围从几瓦到上万千瓦,是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机,为多种机械设备和家用电器提供动力。
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例如机床、中小型轧钢设备、风机、水泵、轻工机械、冶金和矿山机械等,大都采用三相异步电动机拖动;电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电动机也可作为发电动机,用于风力发电厂和小型水电站等。
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异步电动机在电动车中应用最为广泛,相比直流电动机,它的转速适应范围更广,这样即使不在配备二级差速器或变速箱的情况下,也可以满足车辆高速巡航的需求。
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异步电动机具备变频调速的能力,其效果相当于我们所理解的装配有无级变速箱的车辆在加速时发动机转速与车速较为线性的对应关系。
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异步电动机实现动能回收也更为容易。车辆滑行或制动时,车轮反拖电动机转动,在这个工况下,电动机可进行发电并将电能回收到电池中,以此延长车辆的续航里程。
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02
特斯拉MODEL S采用的就是异步电动机,目前市场上包括荣威550 Plug-in等多种混合动力也在采用这款技术的电动机。之所以选用异步电机是因为他的抗干扰能力以及高速弱磁区奔跑能力比较强,功率虽然大,结构简单,工作可靠。
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特斯拉感应电机转子专利技术与焊接鼠笼技术方案相同,将铜条插入了转子槽中,插完之后效果如下图:

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下一步本应该是焊接端环,而特斯拉却另辟蹊径,制造了一组表面镀银的铜质楔子,将这些楔子插入了铜条端部的间隙之中,这样一个机械构造的端环就制造完成。
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插完楔子之后,在楔子和铜条之间进行焊接,这个焊接要求比焊接方案中端环的感应钎焊成本、难度都低多了。焊接之后,再在两端箍上禁锢环(下图中107部件)
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这个专利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的铜芯转子制造,堪称特斯拉的核心技术之一。 
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▲单向感应电动机
单向感应电动机的工作原理,定子通常含有两个绕组,转子为笼型,大多数单相感应电机是单向运行的,这是因为它们在设计时被设为单方向旋转。
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▲单向感应电动机

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▲单向感应电动机
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▲三相感应电动机
三相感应电动机是由定子绕组形成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转矩驱动转子旋转的交流电动机,属于感应马达的一种。
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▲三相感应电动机
对大部分不需调速的风机、泵类负载,采用交流调速后,可以大幅度节能,因而对感应电动机进行调速、节能的研究具有重要意义。
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▲三相感应电动机
三相感应电动机主要应用于计算机外部设备、车床系统、光电组合装置、阀门控制系统、核反应堆、平面磨床、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等领域中。

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