各種交流電動機的旋轉原理

1、各種交流電動機的旋轉原理.pdf1各種交流電動機的旋轉原理目前較常用的交流電動機有兩種：1、三相異步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。一、三相異步電動機的旋轉原理三相異步電動機要旋轉起來的先決條件是具有一個旋轉磁場，三相異步電動機的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉磁場的。我們知道，但相電源相與相之間的電壓在相位上是相差120度的，三相異步電動機定子中的三個繞組在空間方位上也互差120度，這樣，當在定子繞組

2、中通入三相電源時，定子繞組就會產(chǎn)生一個旋轉磁場，其產(chǎn)生的過程如圖1所示。圖中分四個時刻來描述旋轉磁場的產(chǎn)生過程。電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一周，即旋轉磁場的旋轉速度與電流的變化是同步的。旋轉磁場的轉速為：n=60fP式中f為電源頻率、P是磁場的磁極對數(shù)、n的單位是：每分鐘轉數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動機的轉速與磁極數(shù)和使用電源的頻率有關，為此，控制交流電動機的轉速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在

3、則利用變頻技術實現(xiàn)對交流電動機的無級變速控制。觀察圖1還可發(fā)現(xiàn)，旋轉磁場的旋轉方向與繞組中電流的相序有關。相序A、B、C順時針排列，磁場順時針方向旋轉，若把三根電源線中的任意兩根對調，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。利用這一特性我們可很方便地改變三相電動機的旋轉方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉磁場后，轉子導條（鼠籠條）將切割旋轉磁場的磁力線而產(chǎn)生感應電流，轉子導條中的電流又與

4、旋轉磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉矩驅動轉子沿旋轉磁場方向以n1的轉速旋轉起來。一般情況下，電動機的實際轉速n1低于旋轉磁場的轉速n。因為假設n=n1，則轉子導條與旋轉磁場就沒有相對運動，就不會切割磁力線，也就不會產(chǎn)生電磁轉矩，所以轉子的轉速n1必然小于n。為此我們稱三相電動機為異步電動機。二、單相交流電動機的旋轉原理單相交流電動機只有一個繞組，轉子是鼠籠式的。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁

5、場的強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速、旋轉方向互為相反的旋轉磁場，當轉子靜止時，這兩個旋轉磁場在轉子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉矩，使得合成轉矩為零，所以電動機無法旋轉。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉時（如順時針方向旋轉），這時轉子與順時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變??；轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變大。這

6、樣平衡就打破了，轉子所產(chǎn)生的總的電磁轉矩將不再是零，轉子將順著推動方向旋轉起來。要使單相電動機能自動旋轉起來，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）旋轉磁場，如圖2所示。在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自動起動，起動后，待轉速升到一

7、定時，借助于一個安裝在轉子上的離心開關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，起動繞各種交流電動機的旋轉原理.pdf3設備。但是，當前已經(jīng)有可控硅整流裝置替代了直流發(fā)電機，為了能使大家更好的理解直流電動機，有必要同時講述一下直流發(fā)電機的原理。我們首先來觀察直流發(fā)電機是怎樣工作的。如圖1所示，電刷A、B分別與兩個半園環(huán)接觸，這時A、B兩電刷之間輸出的是直流電。我們再來看看這時線圈在磁極之間運動的情況。從圖1（a）

8、可以看出，當線圈的ab邊在N極范圍內按逆時針方向運動時，應用發(fā)電機右手定則，這時所產(chǎn)生的電動勢是從b指向a。這時線圈的cd邊則是在S極范圍內按逆時針方向運動，依據(jù)發(fā)電機右手定則可以判斷，cd邊中的感應電動勢方向是從d指向c。從整個線圈來看，感應電動勢的方向是dcba。因此，和線圈a端連接的銅片1和電刷A是處于正電位；而和線圈的d端連接的銅片2和電刷B是處于負電位。如果接通外電路，那么電流就從電刷A經(jīng)負載流入電刷B，與線圈一起構成閉合的電

9、流通路。當線圈的ab邊轉到S極范圍內時，cd邊就轉到N極范圍內（圖1，b），用右手定則判斷可以知道，這時線圈cd邊中產(chǎn)生的電動勢方向是從c到d，而ab邊轉到了S極范圍內，其中電動勢的方向則是有a到b。由于電刷在空間是不動的，因此和線圈d端連接的銅片2和電刷A接觸，它的電位仍然是正。而與線圈a端連接的銅片1則和電刷B接觸，它的電位仍然是負。接通外電路時，電流仍然是從電刷A經(jīng)負載流入電刷B，與線圈一起構成閉合的電流通路。不過，要注意到這時線

10、圈內的電流已經(jīng)反向了。由此可知，當線圈不停地旋轉時，雖然與兩個電刷接觸的線圈邊不停的變化，但是，電刷A始終是正電位，電刷B始終是負電位。因此，有兩電刷引出的是具有恒定方向的電動勢，負載上得到的是恒定方向的電壓和電流。也就是說，盡管線圈abcd中感應電動勢的方向不斷交變，但是電刷A總是和處在N極范圍內的線圈邊接觸，電刷B總是和處在S極范圍內的線圈邊相接觸，它們的極性始終不變。于是，線圈中的交流電經(jīng)過銅片和電刷整流后，便成為外電路中的直流電

11、了。這兩個半圓形的銅片就叫做換向片，它們合在一起叫做換向器。二、直流電動機的基本工作原理上面已經(jīng)討論了直流發(fā)電機的工作原理，現(xiàn)在再來討論直流電動機是怎樣工作的。如果直流電機的轉子不用原動機拖動，而把它的電刷A、B接在電壓為U的直流電源上（如圖2所示），那么會發(fā)生什么樣的情況呢？從圖上可以看出，電刷A是正電位，B是負電位，在N極范圍內的導體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內的導體cd中的電流是從c流向d。前面已經(jīng)說過，載流導體在磁場中

12、要受到電磁力的作用，因此，ab和cd兩導體都要受到電磁力Fde的作用。根據(jù)磁場方向和導體中的電流方向，利用電動機左手定則判斷，ab邊受力的方向是向左，而cd邊則是向右。由于磁場是均勻的，導體中流過的又是相同的電流，所以，ab邊和cd邊所受電磁力的大小相等。這樣，線圈上就受到了電磁力的作用而按逆時針方向轉動了。當線圈轉到磁極的中性面上時，線圈中的電流等于零，電磁力等于零，但是由于慣性的作用，線圈繼續(xù)轉動。線圈轉過半州之后，雖然ab與cd的