負載下的三相感應電機

在本章中，我們將解釋三相感應電機在負載下的行為。

當我們將機械負載連線到三相感應電機的轉子軸上時，它將開始減速，因此旋轉磁場（RMF）將以更高的速度切割轉子導體。因此，轉子導體中的感應電動勢和產生的電流將逐漸增加，併產生更大的轉矩。這個轉矩加速轉子，轉子和機械負載很快就會達到平衡狀態，此時轉子轉矩和負載轉矩相等。一旦達到這種狀態，電機的速度停止進一步降低，因此電機將以恆定速率以新的速度執行。

然而，隨著負載的增加，三相感應電機的速度下降幅度很小。這是因為其轉子電路的阻抗很低，速度的微小下降會產生很大的轉子電流。這個增加的轉子電流產生更大的轉矩來滿足電機軸上增加的負載需求。這就是為什麼三相感應電機被認為是恆速電機。但是，這些電機永遠不會以同步速度執行，因此它們也被稱為**非同步電機**。

從技術上講，三相感應電機負載的變化是透過調整滑差（**同步速度和轉子速度之差**）來實現的。這意味著，隨著電機軸上負載的增加，滑差會略微增加。因此，旋轉磁場和轉子導體之間的相對速度增加。因此，轉子電流增加，產生更大的電機轉矩來滿足增加的負載需求。

此外，隨著機械負載的增加，轉子電流的增加方向是為了減小定子的旋轉磁通（**根據楞次定律**），從而減小定子繞組中的反電動勢。反電動勢的減小允許定子電流增加，從而增加感應電機的輸入功率。

感應電機中的滑差概念

在三相感應電機中，轉子永遠無法達到定子旋轉磁場的速度（**稱為同步速度**）。如果它達到了，那麼旋轉磁場和轉子導體之間就不會有相對運動，轉子導體中就不會有感應電動勢，因此也就沒有轉矩來旋轉轉子。因此，在實踐中，感應電機的轉子速度總是小於同步速度。這種差異稱為**滑差速度**，即

$$\mathrm{\mathrm{滑差速度}\:=\:\mathit{N_{s}-N_{r}}}$$

其中，$\mathit{N_{s}}$是同步速度，$\mathit{N_{r}}$是轉子速度。

$$\mathrm{\mathrm{同步速度,}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\mathit{f}}{\mathit{P}}}$$

其中，f是電源頻率，P是感應電機中的極對數。

滑差速度與同步速度的比值稱為感應電機的**滑差**，即

$$\mathrm{\mathrm{滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}}}$$

此外，

$$\mathrm{\mathrm{滑差百分比,}\mathit{s}\:=\:\frac{\mathit{N_{s}-N_{r}}}{\mathit{N_{s}}}\times 100\%}$$

在實際的三相感應電機中，滑差從空載到滿載的變化約為0.1%到3%。

數值示例

一個8極3相感應電機連線到60 Hz電源。如果它以880 RPM的速度執行。計算滑差。

解決方案

給定資料，

• 極對數，P = 8

• 頻率，f = 60 Hz

• 轉子速度，N_r= 880 RPM

$$\mathrm{\therefore \mathrm{同步速度,}\mathit{N_{s}}\:=\:\frac{120\times 60}{8}\:=\:900}$$

因此，滑差將為：

$$\mathrm{\mathrm{滑差,}\mathit{s}\:=\:\frac{900-880}{900}\times 100\:=\:2.22\%}$$