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各種交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
各種交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
• 目前較常用的交流電動機(jī)有兩種：1,、三相異步電動機(jī)。2,、單相交流電動機(jī),。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上,。
一,、 三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
三相異步電動機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電動機(jī)的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的,。我們知道,，三相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動機(jī)定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度,，這樣,，當(dāng)在定子繞組中通入三相電源時，定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場,，其產(chǎn)生的過程如圖1所示,。圖中分四個時刻來描述旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生過程。
電流每變化一個周期,，旋轉(zhuǎn)磁場在空間旋轉(zhuǎn)一周,，即旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的． 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：n=60f/P ＜f為電源頻率、P是磁場的磁極對數(shù),、n的單位是：每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)＞ ,。 根據(jù)此式我們知道，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關(guān)，為此,，控制交流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1,、改變磁極法；2,、變頻法,。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術(shù)實(shí)現(xiàn)對交流電動機(jī)的無級變速控制,。
觀察圖1還可發(fā)現(xiàn),，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關(guān)。相序A,、B,、C順時針排列，磁場順時針方向旋轉(zhuǎn),，若把三根電源線中的任意兩根對調(diào),，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中,，則相序變?yōu)椋篊,、B、A,，則磁場必然逆時針方向旋轉(zhuǎn),。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱訖C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。
定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后,，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來,。一般情況下,，電動機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n,。因?yàn)榧僭O(shè)n=n1,，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對運(yùn)動，就不會切割磁力線,，也就不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動機(jī)為異步電動機(jī),。
二,、 單相交流電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
單相交流電動機(jī)只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的,。當(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時,，電動機(jī)就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁場的強(qiáng)弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的,，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場,。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場,，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時,，這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩,，使得合成轉(zhuǎn)矩為零,，所以電動機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時（如順時針方向旋轉(zhuǎn)）,，這時轉(zhuǎn)子與順時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動變?。晦D(zhuǎn)子與逆時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運(yùn)動變大,。這樣平衡就打破了,，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來,。
要使單相電動機(jī)能自動旋轉(zhuǎn)起來,，我們可在定子中加上一個起動繞組,，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度,，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組,，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場,，如圖2所示。在這個旋轉(zhuǎn)磁場作用下,，轉(zhuǎn)子就能自動起動,，起動后，待轉(zhuǎn)速升到一定時,，借助于一個安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動控制裝置將起動繞組斷開,，正常工作時只有主繞組工作。因此,，起動繞組可以做成短時工作方式,。但有很多時候，起動繞組并不斷開,，我們稱這種電動機(jī)為電容式單相電動機(jī),，要改變這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來實(shí)現(xiàn),。
在單相電動機(jī)中,，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的另一種方法稱為罩極法,，又稱單相罩極式電動機(jī)。此種電動機(jī)定子做成凸極式的,，有兩極和四極兩種,。每個磁極在1/3--1/4全極面處開有小槽，如圖3所示,，把磁極分成兩個部分,，在小的部分上套裝上一個短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來一樣,，所以叫罩極式電動機(jī),。單相繞組套裝在整個磁極上，每個極的線圈是串聯(lián)的,，連接時必須使其產(chǎn)生的極性依次按N,、S、N,、S排列,。當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通,，根據(jù)楞次定律,，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個在相位上滯后90度的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通,，它的作用與電容式電動機(jī)的起動繞組相當(dāng),，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場使電動機(jī)轉(zhuǎn)動起來。
同步電動機(jī)的原理
同步電動機(jī)是屬于交流電機(jī),，定子繞組與異步電動機(jī)相同,。它的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與定子繞組所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的速度是一樣的，所以稱為同步電動機(jī),。正由于這樣,，同步電動機(jī)的電流在相位上是超前于電壓的，即同步電動機(jī)是一個容性負(fù)載,。為此,，在很多時候，同步電動機(jī)是用以改進(jìn)供電系統(tǒng)的功率因素的,。
同步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上大致有兩種：
1,、轉(zhuǎn)子用直流電進(jìn)行勵磁,。這種電動機(jī)的轉(zhuǎn)子如圖1所示,，從圖中可看出來，它的轉(zhuǎn)子做成顯極式的,，安裝在磁極鐵芯上面的磁場線圈是相互串聯(lián)的,，接成具有交替相反的極性,，并有兩根引線連接到裝在軸上的兩只滑環(huán)上面。磁場線圈是由一只小型直流發(fā)電機(jī)或蓄電池來激勵,，在大多數(shù)同步電動機(jī)中,，直流發(fā)電機(jī)是裝在電動機(jī)軸上的，用以供應(yīng)轉(zhuǎn)子磁極線圈的勵磁電流,。
由于這種同步電動機(jī)不能自動啟動,，所以在轉(zhuǎn)子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動機(jī)啟動之用。鼠籠繞組放在轉(zhuǎn)子的周圍,，結(jié)構(gòu)與異步電動機(jī)相似,。
當(dāng)在定子繞組通上三相交流電源時，電動機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場,，鼠籠繞組切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,，從而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。電動機(jī)旋轉(zhuǎn)之后,，其速度慢慢增高到稍低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,，此時轉(zhuǎn)子磁場線圈經(jīng)由直流電來激勵，使轉(zhuǎn)子上面形成一定的磁極,，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉(zhuǎn)磁極,，這樣就增加電動機(jī)轉(zhuǎn)子的速率直至與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)為止。
2,、轉(zhuǎn)子不需要勵磁的同步電機(jī)
轉(zhuǎn)子不勵磁的同步電動機(jī)能夠運(yùn)用于單相電源上,，也能運(yùn)用于多相電源上。這種電動機(jī)中,，有一種的定子繞組與分相電動機(jī)或多相電動機(jī)的定子相似,，同時有一個鼠籠轉(zhuǎn)子，而轉(zhuǎn)子的表面切成平面,，如圖2所示,。所以是屬于顯極轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子磁極是由一種磁化鋼做成的,，而且能夠經(jīng)常保持磁性,。鼠籠繞組是用來產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩的，而當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)到一定的轉(zhuǎn)速時,，轉(zhuǎn)子顯極就跟住定子線圈的電流頻率而達(dá)到同步,。顯極的極性是由定子感應(yīng)出來的，因此它的數(shù)目應(yīng)和定子上極數(shù)相等,，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)到它應(yīng)有的速度時,，鼠籠繞組就失去了作用，維持旋轉(zhuǎn)是靠著轉(zhuǎn)子與磁極跟住定子磁極,，使之同步,。