感应电机是什么?原理、种类、应用一次告诉你!

感应电机是什么?原理、种类、应用一次告诉你!
感应电机(Induction Motors)因为结构简单、制造成本相对较低,加上使用容易取得的交流电即可稳定运转,可说是市面上最常见的电机种类。以下内容简单说明感应电机的运转原理、种类及常见的应用,快速地让您了解什么是感应电机。

 

感应电机原理介绍

感应电机是藉由电磁感应原理,将电能转换成旋转的机械能而工作的交流电机。感应电机中产生电磁感应的基本构造包含固定不动的定子(stator)与旋转的转子(rotor)两部分。定子内有漆包线绕组线圈;转子主要是由导电材料组成,以利于感应电流产生。定子与转子间会预留很小的间隙以利转子旋转。感应电机的工作原理是:
  1. 定子通入交流电后,产生旋转磁场。
  2. 定子的旋转磁场感应转子的导电材料,使转子导电材料产生电流。
  3. 转子的感应电流又产生磁场。
  4. 定子旋转磁场与转子感应产生的磁场之间会产生作用力,驱动转子旋转。

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感应电机 2 大不同种类

感应电机又可依据供应电源的不同,分成三相感应电机与单相感应电机。

 

三相感应电机

三相感应电机的定子内有三组对称分布的线圈绕组,对线圈绕组通入三相交流电后,会产生与交流电频率相同的旋转磁场,驱动转子旋转。

 

单相感应电机

单相感应电机的定子只有一组绕组线圈,通入单相电源后无法产生有方向变化的磁场以感应转子产生旋转,所以会增加一组辅助绕组以产生旋转磁场。

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单相与三相感应电机比较

  三相感应马达 单相感应马达
使用电源 三相交流电 单相交流电
构造 三组线圈绕组 一组线圈绕组+启动绕组或启动电容器
效率 较高 较低
维修 较复杂 较简易
应用范围 工业、工厂、机器设备、商用设备场所 家电类产品、中小型设备

 

感应电机结构

感应电机内部结构主要由定子、转子所组成,其他结构还包括电机外壳、散热风扇等。定子的主要结构为硅钢片堆栈组成的铁心与线圈绕组。转子的主要结构为硅钢片堆栈组成或以熔铝灌铸的铁心、电机轴心与轴承。感应电机因为转子结构不同,可分为绕线式(wound rotor)及鼠笼式(squirrel cage)两种。鼠笼式感应电机因为结构简单、耐用且维修成本低,适合大量生产,应用较为广泛普遍。

 

鼠笼式感应电机

如果将电机转子的硅钢片移除,只留下铝或铜质的长条状导电材料。加上两端的固定环,整体结构与形状与鼠笼相似,故被称为鼠笼式感应电机。

 

绕线式感应电机

绕线式电机转子除了硅钢片组成的铁芯之外,还有三相绕组,再透过集电铜环与石墨电刷连接到外部的可变电阻。构造较为复杂,制作成本也较高。

 

感应电机的应用领域有哪些?

感应电机具备构造简单、低成本及维修容易等特点,因此广泛应用于各个领域。无论是家用或工业用途,都可以看到感应电机。

 

家电

  • 单相感应电机常用于驱动各种家用电器设备运转,包括电风扇、冷气机、吹风机、吸尘器、电冰箱、排油烟机、铁卷门、跑步机、加压机等。
  • 单相感应电机安装于电风扇、吹风机、排油烟机、吸尘器内,驱动风扇旋转造成空气流动以达到送风、排风的功能。
  • 单相感应电机安装于冷气机与电冰箱内部,驱动压缩机运转。
  • 跑步机内的单相感应电机透过皮带传动,带动滚筒及跑带运转。
  • 单相感应电机结合齿轮减速机、剎车器、控制电路等零组件,驱动卷门运作。
  • 加压机基本上由电机与加压泵浦组成,电机运转时提供泵浦加压的动力来源。
 

商业用途

在各行业的营业场所,许多的商用设备也都使用感应电机作为动力的来源。例如,电动手扶梯、钥匙机、封口机、冰淇淋机、栅栏机、抽水泵浦等。

  • 三相感应电机可做为电动手扶梯的动力来源,并且经常搭配减速机,将电机的高转速转换为驱动手扶梯所需的缓慢而高扭矩运动。
  • 钥匙机使用单相感应电机来驱动刀片或锯片以制作或复制钥匙。
  • 封口机使用单相感应电机搭配减速机进行自动进出杯及胶膜封杯作业。
  • 商用冰淇淋机中,小功率的交流感应电机用来搅拌冰淇淋原料;较大功率的交流感应电机则用于驱动冷冻冰淇淋的冷却系统的压缩机。
  • 交流感应电机会透过齿轮箱、链条或皮带等机构提供旋转力量来升高和降低栏杆。
  • 在抽水泵浦中,感应电机的主要功能是提供旋转泵浦叶轮的动力,产生必要的离心力或位移来推使水流动。
 

工业用途

感应电机在工业上的应用相当普遍,例如,升降机、输送带、风扇、研磨机、封箱机、贴标机、搅拌机、食品机械设备、包装机械设备。

  • 工业升降机中感应电机通常连接到变速箱或牵引系统,将旋转运动转换为线性运动,以上下移动电梯车厢。
  • 在输送设备中,感应电机最基本的功能是驱动输送带、链条或其他物料处理机构。 电机的旋转动力透过齿轮箱、皮带轮或直接驱动方式传输动力给输送带。
  • 交流感应电机用于直接驱动风扇叶轮或叶片,提供移动空气或气体所需的旋转力。
  • 感应电机可用于驱动研磨机或大型工业磨床的砂轮主轴,提供研磨作业所需的高速旋转力。
  • 感应电机在封箱机中的功能,通常用于驱动传送带以传走纸箱,确保纸箱平稳连续流动。
  • 贴标机中的感应电机用于驱动在贴标过程中运输产品的输送带,以及为标签纸收卷机或放卷机等其他机械部件提供动力。
  • 感应电机结合减速机,广泛应用于搅拌机中,以相对较低的速度提供高扭矩来驱动搅拌轴或搅拌叶片,提供混合或搅拌物料所需的旋转力。
  • 感应电机或感应式齿轮电机在食品机械设备中应用非常广泛,常用于为输送带提供动力,将食品输送到各个加工阶段,例如分类、清洗、切割或包装。或是为搅拌机提供动力,用于混合配料或均质食品。为通风或气动输送系统的风扇提供动力。或用于操作各种食品加工机械,如切片机、切块机、研磨机、挤压机、包装机等,为其运作提供必要的旋转动力。
  • 感应电机和齿轮电机都常用于包装机械,根据包装过程的特定要求提供不同的功能。例如,在包装过程的各个阶段(例如填充、密封或贴标),驱动输送带输送包装材料或成品。提供操作各种包装机所需的旋转动力,例如制袋机、装盒机、装箱机、码垛机和包装机。在包装在线,感应电机会用于驱动空气循环、冷却或气力输送系统的风扇或鼓风机。此外,在某些涉及液体填充或处理的包装过程中,感应电机亦会为帮浦提供动力,以输送液体或浆料。至于齿轮电机通常用于在相对低速下需要高扭矩的应用,例如驱动旋转密封机构、旋盖机或包装操作中使用的间歇运动机构。
 

结论

由于感应电机使用交流电即可运转,加上交流电电源的供应普及,无论在一般家庭、商业场所与工业制造领域都有交流电,因此感应电机是目前市占率最高的电机。此外,感应电机依据尺寸、外型、线圈绕线条件、转子材质、制作方式等差异,都会让感应电机的转速与输出转矩特性产生变化,故其应用范围也最广泛。世协电机在感应电机、齿轮电机与减速机领域,拥有超过30年的制造与销售经验。产品不仅100%台湾制造,更取得CE、UL、CCC等国际安全规范认证,销售全球50国以上。世协能满足您从基础动力传输到高动态运动与精准控制的全方位应用,协助您选择最合适的产品,并可依据您的需求客制。欢迎联络我们,告诉我们您的需求。