高中電工機械_三相感應電動機_各種感應電動機之特性及用途_張雅鈞

馬達的種類很多 而且具有各自不同的特色 這些特性都是選用馬達規格的時候依據的重要指標 因此這個章節要針對各種三向感應電動機 不同的特性以及用途來做整理 而我們都已經知道 三向感應電動機的轉子構造 可以分成兩大類 分別就是繞線式轉子以及鼠龍式轉子 因此這個章節的特性以及用途 也會分兩大類分別來做介紹 繞線式轉子的構造 如畫面所示 轉子的表面會有線槽 並且繞至三向線圈 接下來透過滑環以及電刷 和外部的電阻器來做連接 啟動的時候可以在轉子電路串連外加電阻 藉以得到完美的啟動特性 其中包括第一個 串了啟動電阻以後可以減少啟動電流 原因是因為啟動電流I2的公式 會等於R2的平方 加Sx2的平方開根號 分之S倍的E2 那麼今天因為外加了電阻 因此R2的部分上升 造成啟動電流I2下降 而第二點可以增大啟動轉矩 依據轉矩的公式 Ts的大小會等於Omega S分之3 乘上R1加R2'的平方 再加上X1加X2'的平方 分之V平方倍的R2' 從公式裡面可以看到 雖然分母分子都有R2的成分 但是明顯的分子的影響力 絕對比較足夠 因此當今天增加外加電阻 啟動轉矩就可以上升 外加轉子電阻的第三個優點是 可以調高啟動供應 由我們的阻抗三角形觀察一下功率因數的大小 那麼由斜邊開始分別是我們的阻抗力II 虛數軸的部分是我們的漏磁電抗X2 實數軸是我們的轉子電阻R2 那麼功率因數的大小就會等於 0邊除於斜邊 也就是力II分之R2 所以公式是R2的平方加X2的平方開根號分之R2 由公式裡面可以看到 如果今天轉子電阻上升 那麼功率因數就會跟著變大 而第四個部分呢 是這個電阻在運轉過程中 還可以拿來做控制轉速 原因是因為經由比例推移的關係 我們知道轉差率的大小會跟轉子電阻R2乘正比 S正比於R2 而轉子轉速NR的大小又等於NS乘上括號1-S 由公式裡面我們可以知道 如果今天轉子外加電阻R2上升了 轉差率必定就會跟著上升 轉差率上升以後 放到轉子轉速的公式裡面來看 減的東西變多 那麼轉子轉速就會下降 因此調整這個轉子電阻 在運轉過程中的附加價值就是可以拿來控制轉速 綜合上面的討論 我們知道感應機 因為他轉子電阻可調的特性 因此具有啟動電流小 啟動轉矩大 以及轉速控制容易的特性 但是呢也因為外加轉子電阻 需要加裝控制器 因此造成構造比較複雜 成本比較昂貴等缺點 但是呢凡是遇到需要大啟動轉矩 或是需要轉速可變的地方 我們都可以採用繞線式的轉子來做 緊接著我們要介紹的是鼠龍式的轉子 鼠龍式跟繞線式最大的不同 就在於鼠龍式的轉子電阻 無法像繞線式一樣可以方便的進行調整 因此為了因應各種負載需求的場合 轉子的導體就會有不同的設計以及配置 畫面中我們可以看到 導體會擺放在轉子的槽中 槽型可以接下來分成好幾大類 包含普通的單鼠龍式 以及槽型比較深的深槽型鼠龍式 再來就是區分為上下兩層的雙鼠龍式 普通鼠龍式的構造 是採用截面積比較大的金屬導體 擺放在轉子表面的淺型線槽中 那麼因為面積比較大 所以導體會具有低電阻 還有低漏磁電抗等特性 在前面的介紹中 我們已經知道轉子電阻的重要 繞線型可以透過增大轉子電阻 再增大啟動轉矩 降低啟動電流 反觀單鼠龍式的低電阻特性 我們就知道它的特性 會跟繞線型完全相反 它具有啟動轉矩小 啟動電流大 無法使用於重載的啟動特性 但是同時也因為運轉時轉差率比較小 所以它的轉速相對比較穩定 普通鼠龍式因為在構造上 不需要滑環電刷這些結構 所以相對來說構造比較簡單 價格也就會比較低廉 而簡單的東西通常都會比較堅固耐用 保養也就比較容易 單鼠龍式除了具有剛剛提到的這些優點以外 也因為它的特性 所以特別適合用在需要橫速的場合 而缺點的部分呢 如同前面的介紹 是因為無法外加轉子電阻 造成它的啟動電流比較大 啟動轉矩小 而且調速不易 通常被用在風扇 輸送帶 印刷機等等需要橫速 而且小啟動轉矩的地方 第二大類我們要介紹的是 深槽型的鼠龍式 深槽型鼠龍式是用截面積比較大的金屬導體 擺放在轉子表面的窄深型線槽內 而由於線槽底部的磁通 難以交鏈到錠子側 因此 漏磁通比較大 造成內層導體的電抗值 會大於外層導體 我們來討論一下深槽鼠龍式的漏磁電抗 漏磁電抗X2可以以ωR乘上L2來做表示 而其中ωR的部分會等於2π乘上FR 轉子頻率FR又會等於SF 因此 整個漏磁電抗的大小 可以等於2πSF再乘上L2 我們來先討論一下啟動的部分 啟動的時候轉差率要帶入1 這個時候的X2就會等於2πF乘上L2 是一個相當可觀的值 因此 我們可以知道 啟動時內層的導體電抗值會很大 這件事情造成電流會集中在外層導體 原因是因為通道狹窄 越接近底部的部分 漏磁電抗就會越大 因為磁場越不容易交鏈到錠子去 於是這整個效果就如同高轉子電阻一般 造成R大 所以啟動電流就下降 啟動轉矩就上升 啟動完之後我們來討論一下運轉過程 漏磁電抗的大小X2仍然是2πSF乘上L2 然而隨著轉速的上升 運轉中的轉差率其實是一個極小的值 大約介於0.01至0.1之間 把這個很小的轉差率 帶入X2的公式裡面 可以發現 造成這個電抗值 降低許多 這樣子就會讓電流均勻的通過整個轉子的導體 效果就如同降低轉子電阻般 可以因此來減少損失 提升運轉的效率 綜合前面的討論 我們可以知道 深槽型的原理為 啟動的時候讓電流集中在外層 也就是上層導體 而運轉以後再讓電流均勻的通過整個轉子導體 這樣的設計 會造成啟動轉矩比普通鼠龍式來的高 啟動電流比普通鼠龍式還要低 可以用在送風機 紡織機以及空壓機等地方 鼠龍式的第三個種類 我們要來介紹的是雙鼠龍式的轉子 轉子的鐵心內 因為具有內外兩層線槽 可以安置兩組繞組 因此叫它雙鼠龍式轉子 而其中外層也就是上層導體 因為截面積小 所以使用高電阻的材料製成 而且外層比較靠近空氣系 落子通比較少 所以電感之小 而內層也就是指下層導體的部分 因為截面積大 所以它是採用低電阻的材料 那麼底部 也就是內部的落子通會比較多 所以電感值也會比較大 統整一下雙鼠龍式的特性 上層導體 特性是電阻大電感小 而下層導體 是電阻小電感大 我們都知道啟動的時候 因為內層導體的電抗值太大了 因此電流大部分都要流經低電感 高電阻的外層導體 如此一來 大的電阻可以幫助使得啟動轉矩變大 啟動電流變小 這時候馬達就會具有好的啟動特性 而隨著轉速的上升 電抗值下降 因此大部分的電流就會改由 低電阻的內層導體經過 如此一來小的電阻 可以幫助減少損失 而使馬達有良好的運轉特性 觀察三種鼠龍轉子的特性曲線 我們可以發現 其中雙鼠龍式 是三個種類中啟動轉矩最大的 而它的啟動電流相對的也比較低 構造雖然比較複雜 但是同時具有了 好的啟動特性 以及運轉特性 交流馬達的種類及特色 就到這裡介紹完畢 同學在瞭解以後 未來對於馬達的選用 就會更加有方向