異步電動(dòng)機又稱(chēng)“感應電動(dòng)機”,即轉子置于旋轉磁場(chǎng)中,在旋轉磁場(chǎng)的作用下,獲得一個(gè)轉動(dòng)力矩,因而轉子轉動(dòng)。

異步電動(dòng)機在1885年由意大利物理學(xué)家和電氣工程師費拉里斯發(fā)明。1889年,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky發(fā)明鼠籠型異步電動(dòng)機。

▲鼠籠型異步電動(dòng)機示意圖
異步電動(dòng)機的發(fā)展迅速,對于相同大小的異步電動(dòng)機,額定功率由1897年的5.5kW發(fā)展到1976年的74.6kW。現在,鼠籠型異步電動(dòng)機是使用*廣泛的異步電動(dòng)機。

異步電動(dòng)機的轉子是可轉動(dòng)的導體,定子是電動(dòng)機中不轉動(dòng)的部分,主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)。旋轉磁場(chǎng)并不是用機械方法來(lái)實(shí)現,而是以交流電通于數對電磁鐵中,使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變,故相當于一個(gè)旋轉的磁場(chǎng)。

通過(guò)定子產(chǎn)生的旋轉磁場(chǎng)與轉子繞組的相對運動(dòng),轉子繞組切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應電動(dòng)勢,從而使轉子繞組中產(chǎn)生感應電流。轉子繞組中的感應電流與磁場(chǎng)作用,產(chǎn)生電磁轉矩,使轉子旋轉。

▲三個(gè)不同相位磁場(chǎng)矢量疊加形成旋轉磁場(chǎng)
當轉子轉速逐漸接近同步轉速時(shí),感應電流逐漸減小,所產(chǎn)生的電磁轉矩也相應減小,當異步電動(dòng)機工作在電動(dòng)機狀態(tài)時(shí),轉子轉速小于同步轉速。


異步電動(dòng)機主要用作電動(dòng)機,其功率范圍從幾瓦到上萬(wàn)千瓦,是國民經(jīng)濟各行業(yè)和人們日常生活中應用*廣泛的電動(dòng)機,為多種機械設備和家用電器提供動(dòng)力。

例如機床、中小型軋鋼設備、風(fēng)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(dòng)機拖動(dòng);電風(fēng)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(dòng)機。異步電動(dòng)機也可作為發(fā)電動(dòng)機,用于風(fēng)力發(fā)電廠(chǎng)和小型水電站等。

異步電動(dòng)機在電動(dòng)車(chē)中應用*為廣泛,相比直流電動(dòng)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(mǎn)足車(chē)輛高速巡航的需求。

異步電動(dòng)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(wú)級變速箱的車(chē)輛在加速時(shí)發(fā)動(dòng)機轉速與車(chē)速較為線(xiàn)性的對應關(guān)系。

異步電動(dòng)機實(shí)現動(dòng)能回收也更為容易。車(chē)輛滑行或制動(dòng)時(shí),車(chē)輪反拖電動(dòng)機轉動(dòng),在這個(gè)工況下,電動(dòng)機可進(jìn)行發(fā)電并將電能回收到電池中,以此延長(cháng)車(chē)輛的續航里程。

特斯拉MODEL S采用的就是異步電動(dòng)機,目前市場(chǎng)上包括榮威550 Plug-in等多種混合動(dòng)力也在采用這款技術(shù)的電動(dòng)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(jiǎn)單,工作可靠。

特斯拉感應電機轉子磚利技術(shù)與焊接鼠籠技術(shù)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(huán),而特斯拉卻另辟蹊徑,制造了一組表面鍍銀的銅質(zhì)楔子,將這些楔子插入了銅條端部的間隙之中,這樣一個(gè)機械構造的端環(huán)就制造完成。

插完楔子之后,在楔子和銅條之間進(jìn)行焊接,這個(gè)焊接要求比焊接方案中端環(huán)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(huán)(下圖中107部件)
這個(gè)磚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(chēng)特斯拉的核心技術(shù)之一。

單向感應電動(dòng)機的工作原理,定子通常含有兩個(gè)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(shí)被設為單方向旋轉。

▲單向感應電動(dòng)機

▲單向感應電動(dòng)機

▲三相感應電動(dòng)機
三相感應電動(dòng)機是由定子繞組形成的旋轉磁場(chǎng)與轉子繞組中感應電流的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉矩驅動(dòng)轉子旋轉的交流電動(dòng)機,屬于感應馬達的一種。

對大部分不需調速的風(fēng)機、泵類(lèi)負載,采用交流調速后,可以大幅度節能,因而對感應電動(dòng)機進(jìn)行調速、節能的研究具有重要意義。

三相感應電動(dòng)機主要應用于計算機外部設備、車(chē)床系統、光電組合裝置、閥門(mén)控制系統、核反應堆、平面磨床、數控機床、自動(dòng)繞線(xiàn)機、電子鐘表及醫療設備等領(lǐng)域中。