什麼是感應電動機

以定子的三相繞組產生旋轉磁場,靠轉子導體中感應出的電流與磁場之間的力而旋轉的交流電動機。轉子以比旋轉磁場的速度(同步轉速)稍慢的速度旋轉,這個落後的比例稱為轉差率。構造簡單又堅固,廣泛用於泵、風扇、工具機、鐵路車輛等。以逆變器改變頻率,就能在大範圍內調整轉速。

日文名稱: 誘導電動機

「感應電動機」出現在1領域的5道練習題中(電力電子電路等)。

這個名詞所屬的領域: 電力電子電路

同步轉速與轉差率

同步轉速為 n_s = 120f/p [min⁻¹](f:頻率,p:極數),4極的電動機在50 Hz時為1500 min⁻¹,60 Hz時為1800 min⁻¹。轉差率為 s = (n_s − n)/n_s,同步轉速1500 min⁻¹而以1440 min⁻¹旋轉時,s = 0.04。轉子電流的頻率為 s × f,在這個例子中只有2 Hz。

轉矩與轉差率

在同步轉速下,轉子導體不切割磁場,因此既不產生電流也不產生轉矩。負載增加時轉速下降、轉差率增加,轉子電流增加使轉矩變大,並在與負載平衡的轉速下旋轉。在額定附近轉矩大致與轉差率成正比,若施加超過最大轉矩的負載使轉差率過大,電動機就會停止。

以逆變器驅動

以逆變器改變頻率,同步轉速隨之改變,因此能調整轉速。此時使電壓與頻率之比(V/f)大致保持一定以維持磁通,就是V/f控制。更精密的控制則使用向量控制,把電流分成產生磁通的成分與產生轉矩的成分分別控制,能像直流電動機一樣快速而準確地控制轉矩。

練習感應電動機的題目

以頻率50 Hz的三相交流運轉的4極感應電動機,其同步轉速為下列何者?

  1. A750 min⁻¹
  2. B1500 min⁻¹
  3. C3000 min⁻¹
查看答案與解析

正確答案:B. 1500 min⁻¹

同步轉速是定子三相繞組所產生之旋轉磁場的速度,以 n_s = 120f/p [min⁻¹](f:頻率,p:極數)求得。50 Hz、4極時為 120 × 50/4 = 1500 min⁻¹。在60 Hz的地區,同一台電動機的同步轉速為1800 min⁻¹。感應電動機的轉子以比同步轉速稍慢的速度旋轉。

以60 Hz運轉的4極感應電動機,以轉差率0.05旋轉。轉子的轉速為下列何者?

  1. A1710 min⁻¹
  2. B1800 min⁻¹
  3. C1890 min⁻¹
查看答案與解析

正確答案:A. 1710 min⁻¹

同步轉速為 120 × 60/4 = 1800 min⁻¹。轉差率為 s = (n_s − n)/n_s,因此轉速為 n = n_s × (1 − s) = 1800 × 0.95 = 1710 min⁻¹。轉子導體切割旋轉磁場的速度與它和同步轉速的差成正比,因此轉子電流的頻率為 s × f = 0.05 × 60 = 3 Hz。一般感應電動機的額定轉差率為百分之幾左右。

常見問題

感應電動機與同步電動機有什麼不同?

同步電動機的轉子具有永久磁鐵或磁場繞組,以與旋轉磁場完全相同的速度(同步轉速)旋轉。感應電動機靠轉子中感應的電流產生轉矩,因此轉速比同步轉速稍慢。永磁同步電動機效率高,廣泛用於電動車與家電。

電動機減速時,能量跑到哪裡去?

降低頻率使轉子比同步轉速更快時,轉差率變為負值,感應電動機就作為發電機運作。這些能量會回到逆變器的直流側,因此要以制動電阻轉為熱,或以再生轉換器送回電源。

解析中的「感應電動機」

出現「感應電動機」的題目(5題)

  1. 以頻率50 Hz的三相交流運轉的4極感應電動機,其同步轉速為下列何者?
  2. 以60 Hz運轉的4極感應電動機,以轉差率0.05旋轉。轉子的轉速為下列何者?
  3. 感應電動機在作為電動機運轉期間,無法剛好以同步轉速旋轉的理由,正確的是下列何者?
  4. 以逆變器改變感應電動機的轉速時,使電壓與頻率之比(V/f)大致保持一定的主要理由,正確的是下列何者?
  5. 將以逆變器驅動的感應電動機降低頻率而急速減速時,可能發生的現象與其對策的組合,正確的是下列何者?

出現這個名詞的比較

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逆變器 三相交流 平滑電容 升降壓轉換器 升壓轉換器 反電動勢 功率因數 功率因數校正 正弦波PWM 同步整流

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