電氣工程概論輔導資料六
主題： 第一章電機與電器基礎（第3節）
學習時間： 2023年5月7日－5月13日
內容：我們這周主要學習第一章第三節電機的部分內容，即非同步電機部分，要了解非同步電機的工作原理和電動勢平衡方程式，重點掌握非同步電機的調速方式和執行方式。
第一章電機與電器基礎
第三節電機
1.3.2 非同步電機
交流電機可分為非同步電機和同步電機。目前非同步電機是生活、生產中使用最廣泛的電機。它可工作在三種狀態，即發電機狀態、電動機狀態、制動狀態，主要是用作電動機，以驅動生產機械和生活電器，它也可以用作發電機，但發電效能遠較同步電機差，只能在特定的場合應用。
非同步電機轉子轉速和同步轉速之間總存在一定差異。其轉子和定子之間沒有電的直接聯絡，又稱為感應電動機。
非同步電機優點是結構簡單，**低廉，執行可靠，效率較高，維修方便等，
缺點是不能低成本的在較廣泛的範圍內實現平滑調速，必須從電網中吸收滯後電流，導致電網的功率因數降低。
非同步電動機的規格繁多，按相數可分為單相、兩相和三相電機，按轉子繞組型式又可分為鼠籠式和繞線式兩類。
1.非同步電機的結構
（1）定子：
定子是磁路的一部分，鐵芯由矽鋼片衝片疊成，衝片內圓上的槽用來嵌放定子繞組。
（2）轉子：
主要由轉子鐵芯、轉子繞組和轉軸三者組成。轉子繞組分為繞線型和鼠籠型兩類。繞線型轉子可以利用集電環和電刷，在轉子迴路中串入附加電阻，來改善電動機的啟動效能，或者調節電動機的轉速。
與繞線型轉子相比，鼠籠型轉子既無集電環，又不需要導條絕緣，結構簡單、製造方面、經濟耐用，故用途廣泛。
2. 非同步電動機的工作原理
（1）旋轉磁極對導體的作用
定子三相繞組通入三相交流電，產生空間旋轉磁場，轉子繞組切割磁力線，根據右手定則轉子繞組產生感應電動勢和感應電流。當導體內通過電流時，根據左手定則轉子繞組受到力f的作用，是轉子轉動。
（2）三相繞組的旋轉磁場
兩極三相電機定子磁場規律：
1）電流變化一周，磁場在空間上旋轉360度。
2）合成磁動勢旋轉方向與繞組a、b、c在空間的布置順序的方向相同。
3）某相電流達最大值時，合成磁動勢軸線與該相繞組軸線重合。
4）合成磁動勢的幅值為每相脈振磁動勢振幅的1.5倍。
（3）非同步電機的磁通
1）主磁通：同時與定子繞組及轉子繞組相匝鏈的磁通。
2）漏磁通：定子繞組通過三相電流產生的僅與其自身相匝鏈的磁通；轉子繞通過電流產生的僅與其自身相匝鏈的磁通。
3.非同步電機的執行方式
轉差率s：旋轉磁場的轉速n1與轉子轉速n的差值與同步速度n1的比值。可根據轉差率來判斷非同步電機的執行狀態。
（1）電動機執行狀態：0 （2）發電機執行狀態:-∞ （3）電磁制動執行狀態:在外力的作用下，轉子轉速與旋轉磁場方向相反，s>1。
4.非同步電動機的電動勢平衡方程式
（1）定子繞組的電動勢平衡方程式
（2）轉子繞組的電動勢和電流：
1）轉子繞組的電動勢
2）轉子繞組的漏阻抗
3）轉子中的電流
5.非同步電動機的磁動勢平衡方程
（1）轉子磁動勢
轉子磁動勢相對轉子的轉速
（2）磁動勢平衡方程式
6.非同步電動機的功率平衡方程式
7.非同步電動機的轉矩和機械特性
（1）轉矩
（2）機械特性
8.非同步電動機的調速
（1）交流調速系統發展方向
1）一般效能的節能調速
2）高效能交流調速系統
3）特大容量和極高轉速的交流調速
（2）非同步電動機的調速
1）變極調速
改變定子繞組的磁極對數，特點是操作簡便、有級調速、調速範圍小。
2）變頻調速
改變電機輸入電壓的頻率，特點是效率高、效能好、調速範圍大，但需要專用的裝置。
3）變轉差率調速
①改變定子端電壓，特點是可靠、成本低，但轉速只能往下調。
②改變轉子電阻，特點是由於串入電阻，轉速只能下調，適用於繞線式非同步電動機。
4）非同步電動機向量變換控制系統
特點是模擬直流機進行磁場定向的向量變換控制，是一種高動態效能的調速方法。
本週要求掌握的內容如下：
本週我們要主要掌握非同步電機的工作原理、結構、執行方式，掌握非同步電機調速方式及其特點，掌握非同步電機的損耗及效率、非同步電機的轉矩和機械特性等。
習題（一）選擇題
1．非同步電動機工作狀態有（ ）。
a．發電機狀態
b．電動機狀態
c．調速機狀態
d．制動狀態
答案：abd
2．兩極三相電機定子磁場規律（ ）
a．電流變化一周，磁場在空間上旋轉360度。
b．合成磁動勢旋轉方向與繞組a、b、c在空間的布置順序的方向相同。
c．某相電流達最大值時，合成磁動勢軸線與該相繞組軸線重合。
d．合成磁動勢的幅值為每相脈振磁動勢振幅的1.5倍。
答案：abcd
（二）判斷題
1．目前非同步電機是生活、生產中使用最廣泛的電機正確
2．非同步電動機可以實現無級調速錯誤）
（三）簡答題
1．非同步電機的調速方法有哪幾種，它們的特點是什麼？
（1）變極調速
改變定子繞組的磁極對數，特點是操作簡便、有級調速、調速範圍小。
（2）變頻調速
改變電機輸入電壓的頻率，特點是效率高、效能好、調速範圍大，但需要專用的裝置。
（3）變轉差率調速
1）改變定子端電壓，特點是可靠、成本低，但轉速只能往下調。
2）改變轉子電阻，特點是由於串入電阻，轉速只能下調，適用於繞線式非同步電動機。
（4）非同步電動機向量變換控制系統
特點是模擬直流機進行磁場定向的向量變換控制，是一種高動態效能的調速方法。
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