感應(yīng)電動機運行的基本原理是基于電動汽車電機定子與轉(zhuǎn)子之間的電磁感應(yīng)作用,感應(yīng)電動機置轉(zhuǎn)子于轉(zhuǎn)動磁場中,因渦電流的作用,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。感應(yīng)電動機運行時,定子繞組接到交流電源上,轉(zhuǎn)子繞組自身短路,由于電磁感應(yīng)的關(guān)系,在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動勢、電流,從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。感應(yīng)電動機是應(yīng)用最廣的一種異步電動機。
異步電動機是泛指負(fù)載時的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之比不是恒定關(guān)系的一種交流電動機。在某種情況下,感應(yīng)電動機也可以叫異步電動機。異步電動機的缺點是功率因數(shù)較差。
這是因為異步電動機運行時,必須從電網(wǎng)里吸落后性的無功功率,它的功率因數(shù)總是小于1。
(1) 感應(yīng)電動機基本結(jié)構(gòu)
一般用途的感應(yīng)電動機的典型結(jié)構(gòu)如圖4-23所示。
由圖4-23可知,感應(yīng)電動機和其他類型電動機一樣,由三大部分組成:固定部分、轉(zhuǎn)動部分和輔助部分。感應(yīng)電動機組成主要包括定子、轉(zhuǎn)子和輔助部分。定子包括繞組定子鐵心、機座;轉(zhuǎn)子包括鑄鋁轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)軸和平衡塊等;輔助部分包括端蓋、接線盒、風(fēng)扇和風(fēng)罩。感應(yīng)電動機有鼠籠式感應(yīng)電動機和繞線式感應(yīng)電動機,具體如圖4-24所示。
(2) 感應(yīng)電動機氣隙旋轉(zhuǎn)磁場和感應(yīng)電動勢
感應(yīng)電動機工作時,由定轉(zhuǎn)子共同建立的氣隙基波磁場,并與轉(zhuǎn)子繞組的電流形成相互作用產(chǎn)生電磁力(Fe)從而形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩輸出機械功,于是感應(yīng)電動機實現(xiàn)了機電能量轉(zhuǎn)換。感應(yīng)電動機能夠正常工作必需滿足兩個基本條件:電動機的定子、轉(zhuǎn)子基波磁動勢必須能合成并在氣隙內(nèi)建立旋轉(zhuǎn)磁場;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須小于氣隙磁場的轉(zhuǎn)速,并且兩者保持一個差值。氣隙基波旋轉(zhuǎn)磁場也就是主磁場的旋轉(zhuǎn)速度,它與電源頻率的關(guān)系為
ns=60f/p
式中ns—同步轉(zhuǎn)速(r/min);
f—定子電源頻率(Hz);
p—定子繞組的極對數(shù).
應(yīng)當(dāng)指出,感應(yīng)電動機的空載氣隙磁場是由定子繞組的交流磁動勢建立的。電動機籠型轉(zhuǎn)子和繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖如圖4-25所示。
勵磁磁動勢:給異步電動機通入對稱的三相交流電時,將會在氣隙中會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場,這個旋轉(zhuǎn)的磁場會同時切割定轉(zhuǎn)子繞組,這樣在兩個繞組內(nèi)會產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢,但是由于轉(zhuǎn)子繞組是開路的,所以沒有電流,即沒有磁動勢。由此可見,在這種情況下,整個氣隙磁場全部是由定子繞組內(nèi)的三相對稱電流產(chǎn)生,為此,定子磁動勢又叫做勵磁磁動勢,定子電流也叫勵磁電流。由于整個分析過程是完全對稱的,所以在分析時僅以一相(A相)為例來進(jìn)行講解。
電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的磁動勢的特點:當(dāng)A相電流達(dá)到正最大時,它所對應(yīng)的磁動勢也達(dá)到正最大。轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電動機,相當(dāng)于一臺副邊開路的三相變壓器,其中定子繞組是原繞組,轉(zhuǎn)子繞組是副繞組,只是在磁路中,異步電動機定、轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已。
主磁場:當(dāng)定子三相繞組外施加三相對稱電壓時,繞組內(nèi)流過三相對稱電流,將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢建立起旋轉(zhuǎn)磁場。其中穿過氣隙到達(dá)轉(zhuǎn)子的基波磁場起主要作用,稱為主磁場。
漏磁場:只鉸鏈定子繞組就形成閉合回路,未能到達(dá)轉(zhuǎn)子的磁場,稱為定子漏磁場。
(3) 感應(yīng)電動機的工作原理
電動機定子接三相電源后,電動汽車電機內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢,圓形旋轉(zhuǎn)磁密,設(shè)其方向為逆時針轉(zhuǎn)。若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁密有相對運動,導(dǎo)條中有感應(yīng)電動勢E,方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條彼此在端部短路,于是導(dǎo)條中有電流,不考慮電動勢與電流的相位差時,電流方向同電動勢方向。這樣,導(dǎo)條就在磁場中受力f,用左手定則確定受力方向,如圖4-26所示。
轉(zhuǎn)子受力,產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T,為電磁轉(zhuǎn)矩,方向與旋轉(zhuǎn)磁動勢同方向,轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)速為n,只要n<n1(n1為旋轉(zhuǎn)磁動勢同步轉(zhuǎn)速),轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場仍有相對運動,產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相同方向的電動勢、電流及受力。電磁轉(zhuǎn)矩T仍舊為逆時針方向,轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn),穩(wěn)定運行在T=TL情況下。
即為異步電動機轉(zhuǎn)差率:s= n1—n/ n1在正常情況下,異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是略低與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)。
轉(zhuǎn)差率是一個表征異步電動機運行狀態(tài)的一個基本參數(shù)。感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。于是電動機實現(xiàn)了機電能量的轉(zhuǎn)換,這就是感應(yīng)電動機運行的基本原理。
(4) 三相交流感應(yīng)異步電動機
用于電動汽車上的三相異步電動機多是籠型異步電動機,其定、轉(zhuǎn)子是由層疊的薄硅鋼片組成,以減少電動機損壞,提高效率。
一般電動機的封裝多采用鋁蓋封裝,液體冷卻,以減輕電動機的重量,可以使電動機結(jié)構(gòu)更緊湊,體積更小。異步電動機由于成本低,堅固耐用,速度范圍寬等特點適合用于電動汽車。PCIM是用一個六相逆變器進(jìn)行控制,無需機械開關(guān) 喪改變電動機的極數(shù),它根據(jù)轉(zhuǎn)矩的變化利用兩個一般性的矢量控制實現(xiàn)電極數(shù)三動改變。這種電動機高速運行時具有良好的性能,而且恒功率范圍寬,適合于大型的電動汽車。
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