異步電動機又稱“感應電動機”,即轉子置於(yu) 旋轉磁場中,在旋轉磁場的作用下,獲得一個(ge) 轉動力矩,因而轉子轉動。
異步電動機在1885年由意大利物理學家和電氣工程師費拉裏斯發明。1889年,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發明鼠籠型異步電動機。
▲鼠籠型異步電動機示意圖
異步電動機的發展迅速,對於(yu) 相同大小的異步電動機,額定功率由1897年的5.5kW發展到1976年的74.6kW。現在,鼠籠型異步電動機是使用最廣泛的異步電動機。
異步電動機的轉子是可轉動的導體(ti) ,定子是電動機中不轉動的部分,主要任務是產(chan) 生一個(ge) 旋轉磁場。旋轉磁場並不是用機械方法來實現,而是以交流電通於(yu) 數對電磁鐵中,使其磁極性質循環改變,故相當於(yu) 一個(ge) 旋轉的磁場。
通過定子產(chan) 生的旋轉磁場與(yu) 轉子繞組的相對運動,轉子繞組切割磁感線產(chan) 生感應電動勢,從(cong) 而使轉子繞組中產(chan) 生感應電流。轉子繞組中的感應電流與(yu) 磁場作用,產(chan) 生電磁轉矩,使轉子旋轉。
▲三個(ge) 不同相位磁場矢量疊加形成旋轉磁場
當轉子轉速逐漸接近同步轉速時,感應電流逐漸減小,所產(chan) 生的電磁轉矩也相應減小,當異步電動機工作在電動機狀態時,轉子轉速小於(yu) 同步轉速。
▲三相交流電產(chan) 生旋轉磁動勢和旋轉磁場
▲三相四極電機的典型繞線模式
▲異步電動機定子安裝銅線圈
異步電動機主要用作電動機,其功率範圍從(cong) 幾瓦到上萬(wan) 千瓦,是國民經濟各行業(ye) 和人們(men) 日常生活中應用最廣泛的電動機,為(wei) 多種機械設備和家用電器提供動力。
例如機床、中小型軋鋼設備、風機、水泵、輕工機械、冶金和礦山機械等,大都采用三相異步電動機拖動;電風扇、洗衣機、電冰箱、空調器等家用電器中則廣泛使用單相異步電動機。異步電動機也可作為(wei) 發電動機,用於(yu) 風力發電廠和小型水電站等。
異步電動機在電動車中應用最為(wei) 廣泛,相比直流電動機,它的轉速適應範圍更廣,這樣即使不在配備二級差速器或變速箱的情況下,也可以滿足車輛高速巡航的需求。
異步電動機具備變頻調速的能力,其效果相當於(yu) 我們(men) 所理解的裝配有無級變速箱的車輛在加速時發動機轉速與(yu) 車速較為(wei) 線性的對應關(guan) 係。
異步電動機實現動能回收也更為(wei) 容易。車輛滑行或製動時,車輪反拖電動機轉動,在這個(ge) 工況下,電動機可進行發電並將電能回收到電池中,以此延長車輛的續航裏程。
特斯拉MODEL S采用的就是異步電動機,目前市場上包括榮威550 Plug-in等多種混合動力也在采用這款技術的電動機。之所以選用異步電機是因為(wei) 他的抗幹擾能力以及高速弱磁區奔跑能力比較強,功率雖然大,結構簡單,工作可靠。
特斯拉感應電機轉子專(zhuan) 利技術與(yu) 焊接鼠籠技術方案相同,將銅條插入了轉子槽中,插完之後效果如下圖:
下一步本應該是焊接端環,而特斯拉卻另辟蹊徑,製造了一組表麵鍍銀的銅質楔子,將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中,這樣一個(ge) 機械構造的端環就製造完成。
插完楔子之後,在楔子和銅條之間進行焊接,這個(ge) 焊接要求比焊接方案中端環的感應釺焊成本、難度都低多了。焊接之後,再在兩(liang) 端箍上禁錮環(下圖中107部件)
這個(ge) 專(zhuan) 利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的銅芯轉子製造,堪稱特斯拉的核心技術之一。
▲單向感應電動機
單向感應電動機的工作原理,定子通常含有兩(liang) 個(ge) 繞組,轉子為(wei) 籠型,大多數單相感應電機是單向運行的,這是因為(wei) 它們(men) 在設計時被設為(wei) 單方向旋轉。
▲單向感應電動機
▲單向感應電動機
▲三相感應電動機
三相感應電動機是由定子繞組形成的旋轉磁場與(yu) 轉子繞組中感應電流的磁場相互作用而產(chan) 生電磁轉矩驅動轉子旋轉的交流電動機,屬於(yu) 感應馬達的一種。
▲三相感應電動機
對大部分不需調速的風機、泵類負載,采用交流調速後,可以大幅度節能,因而對感應電動機進行調速、節能的研究具有重要意義(yi) 。
▲三相感應電動機
三相感應電動機主要應用於(yu) 計算機外部設備、車床係統、光電組合裝置、閥門控製係統、核反應堆、平麵磨床、數控機床、自動繞線機、電子鍾表及醫療設備等領域中。