感應電機

感應電機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子鐵心是主磁路的一部分。為了減少激磁電流和旋轉磁場在鐵心中產生的渦流和磁滯損耗，鐵心由厚0.5mm、的硅鋼片疊成。容量較大的電動機，硅鋼片兩面塗以絕緣漆作為片間絕緣。小型定子鐵心用硅鋼片疊裝、壓緊成為一個整體后固定在機座內；中型和大型定子鐵心由扇形沖片拼成。在定子鐵心內圓，均勻地沖有許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。小型感應電機通常採用半閉口槽和由高強度漆包線繞成的單層(散下式)繞組，線圈與鐵心之間墊有槽絕緣。半閉口槽可以減少主磁路的磁阻，使激磁電流減少，但嵌線較不方便。中型感應電機通常採用半開口槽。大型高壓感應電機都用開口槽．以便於嵌線。為了得到較好的電磁性能，中、大型感應電機都採用雙層短距繞組。

轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心也是主磁路的一部分，一般由厚0.5mm的硅鋼片疊成，鐵心固定在轉軸或轉子支架上。整個轉子的外表呈圓柱形。轉子繞組分為籠型和繞線型兩類。

籠型繞組是一個自行閉合的繞組，它由插人每個轉子槽中的導條和兩端的環形端環構成，如果去掉鐵心，整個繞組形如一個“圓籠”，因此稱為籠型繞組(圖5—1)。為節約用銅和提高生產率，小型籠型電機一般都用鑄鋁轉子；對中、大型電機．由於鑄鋁質量不易保證，故採用銅條插入轉子槽內、再在兩端焊上端環的結構。籠型感應電機結構簡單、製造方便，是一種經濟、耐用的電機。所以應用極廣。

繞線型轉子的槽內嵌有用絕緣導線組成的三相繞組，繞組的三個出線端接

到設置在轉軸上的三個集電環上，再通過電刷引出．如圖5-3所示。這種轉子的特點是，可以在轉子繞組中接人外加電阻，以改善電動機的起動和調速性能。

與籠型轉子相比較，繞線型轉子結構稍複雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小、起動轉矩大，或需要調遣的場合下使用。

感應電機是利用電磁感應原理，通過定子的三相電流產生旋轉磁場，並與轉子繞組中的感應電流相互作用產生電磁轉矩，以進行能量轉換。正常情況下，感應電機的轉子轉速總是略低或略高於旋轉磁場的轉速(同步轉速)，因此感應電機又稱為“非同步電機”。

感應電機的負載發生變化時，轉子的轉速和轉差率將隨之而變化，使轉子導體中的電動勢、電流和電磁轉矩發生相應的變化，以適應負載的需要。按照轉差率的正負和大小，感應電機有電動機、發電機和電磁製動三種運行狀態。

當轉子轉速低於旋轉磁場的轉速時(ns>n>0)，轉差率0

若電機用原動機驅動，使轉子轉速高於旋轉磁場轉速(n>ns)，則轉差率s<0。此時轉子導體中的感應電動勢以及電流的有功分量將與電動機狀態時相反，因此電磁轉矩的方向將與旋轉磁場和轉子轉向兩者相反，如圖5—5b所示，即電磁轉矩為制動性質的轉矩。為使轉子持續地以高於旋轉磁場的轉速旋轉．原動機的驅動轉矩必須克服制動的電磁轉矩；此時轉子從原動機輸入機械功率，通過電磁感應由定於輸出電功率，電機處於發電機狀態。

若由機械或其他外因使轉子逆著旋轉磁場方向旋轉(n<0)，則轉差率s>1。此時轉子導體“切割”氣隙磁場的相對速度方向與電動機狀態時相同，故轉子導體中的感應電動勢和電流的有功分量與電動機狀態時同方向，電磁轉矩方向亦與圖5—5a中相同。但由於轉子轉向改變，故對轉子而言，此電磁轉矩表現為制動轉矩。此時電機處於電磁製動狀態，它一方面從外界輸入機械功率，同時又從電網吸取電功率，兩者都變成電機內部的損耗。

額定數值

---

感應電動機的額定值有：

(1)額定功率PN：指電動機在額定狀態下運行時，軸端愉出的機械功率．單位為千瓦(kw)。

(2)定子額定電壓UN：指電機在額定狀態下運行時，定子繞組應加的線電壓。單位為伏(v)。

(3)定子額定電流IN/”指電機在額定電壓下運行，輸出功率達到額定功率時，流入定子繞組的線電流，單位為安(A)。

(4)額定頻率fN指加於定子邊的電源頻率，我國工頻規定為50赫(Hz)。

(5)額定轉速nN電機在額定狀態下運行時轉子的轉速，單位為轉/分(r/min)。除上述數據外，銘牌上有時還標明額定運行時電機的功率因數、效率、溫升、定額等。對繞線型電機，還常標出轉子電壓和轉子額定電流等數據。

主要類型

---

功率強大的AC感應電機慢慢發展為標準的電機設計類型，其特點是效率高，且價格具誘惑力。美國國家電氣製造協會（National Electrical Manufacturers Association,NEMA）已經開發了針對於此的規範，名為NEMA A、B、C和D電機類型，將典型電機特性標準化，如起動電流、轉差、轉矩點，以適應各種不同的負載應用。

以下是NEMA電機類型的綱要：

類型A：常規起動轉矩（通常為額定的150-170%），相應起動電流高。極限轉矩是所有NEMA類型中最高的。能在短時間內處理重負荷。轉差小於或等於5%。一個典型的應用是注塑機械的電機。

類型B：是AC感應電機中類型最多的電機。它的起動轉矩與類型A的相似，但有時還要低，提供較低的起動電流。但是，它在工業應用中鎖定轉子轉矩，仍然允許起動負載。轉差小於或等於5%。電機效率和滿載功率因素比較高。典型的應用包括泵、風扇、和機床。

類型C：提供高起動轉矩（高於類型A和B，通常超過額定的200%）。它常用於驅動重起步負載。這些電機幾乎可運行在全速時，而不出現過載。起動電流低。轉差小於或等於5%。

類型D：在所有NEMA電機類型中，是能提供最高的起動轉矩的電機。起動電流和滿載速度低。高轉差值（5-13%），電機適用於在電機運行速度中，沒有負載變換或沒有劇烈變換時，例如調速輪能量存儲的機械。不少類型的子分類還包括更寬的轉差範圍。這種電機類型一般是特殊定製的。

這些電機的速度-轉矩特性各不相同。定轉子轉矩（起動轉矩）指最小轉矩，由轉子停止時產生，此時為額定電壓和頻率。極限轉矩是最大轉矩，在突然的電機速度降低前產生，出現額定速度（額定電壓和頻率）。拉升轉矩是最小轉矩，在電機的速度從停止一直到速度點時產生，此時極限轉矩出現。

歐洲及全球的電機市場有不同的電機類型和規範，並由IEC定義。其中一個IEC感應電機類型，名為N類型，運行特性與NEMA的A和B類型有可比之處。

產品特徵

---

1、感應運轉型感應電機不只在啟動時，在運轉時也使用輔助線圈和電容器。雖然啟動轉矩不是很大，但其結構簡單，信賴度高，效率也高。

2、可以連續運轉。

3、隨負荷的大小，電機的額定轉速也會改變。

4、使用於不需要速度制動的應用場合。

5、用E種絕緣等級，而UL型電機則用A種。

6、有感應運轉型單相感應電機和三相感應電機兩種。

7、單相電機為感應運轉型感應電機，效率高，雜訊低。

8、單相感應電機運轉時，產生與旋轉方向相反的轉矩，因此不可能在短時間內改變方向。應在電機完全停止以後，再轉換其旋轉方向。

9、單相電機的電源有A（110V 60Hz）、B（220V 60Hz）、C（100V 50/60Hz）、D（200V 50/60Hz）、E（115V 60Hz）、X（200-240V50Hz）等。

10、三相電機的電源有U（200V 50/60Hz）、T（220V 50/60Hz）、S（380-440V 50/60Hz）等。

感應電機中的的轉子沒有具體的電連接。

產品優點

---

1）小型輕量化；

2）易實現轉速超過10000r/min的高速旋轉；

3）高速低轉矩時運轉效率高；

4）低速時有高轉矩，以及有寬泛的速度控制範圍；

5）高可靠性（堅固）；

6）製造成本低；

7）控制裝置的簡單化；

缺點：功率因數滯后，輕載功率因數低，調速性能稍差。

感應電機是非同步電機的一種，由於非同步電機主要是感應電機，所以也有人直接在定義時候將非同步電機定義為感應電機。但非同步電機不僅包括感應電機還包括雙饋非同步電機和交流換向器電機。

轉速控制

---

可以通過以下兩種方法來改變感應電機的轉速：

①改變定子的端電壓。

②改變定子的頻率。新能源汽車電機的輸出轉矩可隨定子的端電壓變化而變化。注意，電壓的變化不會改變電機最大轉矩所對應的轉速差。

矢量控制

---

在感應電機的穩態學習中我們知道，感應電機調速方法很多，變壓、變頻、變極及繞線轉子感應電動機轉子迴路串電阻或串入附加電動勢（串級調速或雙饋調速）都可以調節電機的轉速。但多年以來的研究和實踐表明，變頻調速是感應電動機最理想的調速方法。基於感應電機穩態模型的恆壓頻比控制或電壓-頻率協調控制，雖然在一定轉速範圍內實現高效率的平滑調速，從而滿足一般生產機械對調速系統的要求，但是由於電機內部存在的耦合效應，系統動態響應緩慢，對於需要高動態性能的應用場合，就不能滿足要求。要實現高動態性能的調速系統或伺服系統，必須依據感應電動機的動態數學模型來設計控制系統。在各種基於動態數學模型的交流調速方法中，目前最為廣泛應用的就是矢量控制。