▲鼠籠型異步電動機示意圖

異步電動機的發展迅速,對于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?,F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,定子是電動機中不轉動的部分,主要任務是產生一個旋轉磁場。旋轉磁場并不是用機械方法來實現,而是以交流電通于數對電磁鐵中,使其磁極性質循環改變,故相當于一個旋轉的磁場。

通過定子產生的旋轉磁場與轉子繞組的相對運動,轉子繞組切割磁感線產生感應電動勢,從而使轉子繞組中產生感應電流。轉子繞組中的感應電流與磁場作用,產生電磁轉矩,使轉子旋轉。

▲三個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,轉子轉速小于同步轉速。

▲三相交流電產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,其功率范圍從幾瓦到上萬千瓦,是國民經濟各行業和人們日常生活中應用最廣泛的電動機,為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發電動機,用于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廣泛,相比直流電動機,它的轉速適應范圍更廣,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,其效果相當于我們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車速較為線性的對應關系。

異步電動機實現動能回收也更為容易。車輛滑行或制動時,車輪反拖電動機轉動,在這個工況下,電動機可進行發電并將電能回收到電池中,以此延長車輛的續航里程。

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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他的抗干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利技術與焊接鼠籠技術方案相同,將銅條插入了轉子槽中,插完之后效果如下圖:

下一步本應該是焊接端環,而特斯拉卻另辟蹊徑,制造了一組表面鍍銀的銅質楔子,將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中,這樣一個機械構造的端環就制造完成。

插完楔子之后,在楔子和銅條之間進行焊接,這個焊接要求比焊接方案中端環的感應釬焊成本、難度都低多了。焊接之后,再在兩端箍上禁錮環(下圖中107部件)

這個專利用巧妙的方案完成了低成本、高效率的銅芯轉子制造,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,定子通常含有兩個繞組,轉子為籠型,大多數單相感應電機是單向運行的,這是因為它們在設計時被設為單方向旋轉。

▲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轉子繞組中感應電流的磁場相互作用而產生電磁轉矩驅動轉子旋轉的交流電動機,屬于感應馬達的一種。

▲三相感應電動機

對大部分不需調速的風機、泵類負載,采用交流調速后,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。

▲三相感應電動機

三相感應電動機主要應用于計算機外部設備、車床系統、光電組合裝置、閥門控制系統、核反應堆、平面磨床、數控機床、自動繞線機、電子鐘表及醫療設備等領域中。


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