各種交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理

1、各種交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理.pdf1各種交流電動機的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)原理三相異步電動機要旋轉(zhuǎn)起來的先決條件是具有一個旋轉(zhuǎn)磁場，三相異步電動機的定子繞組就是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)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(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=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(zhuǎn)數(shù)。根據(jù)此式我們知道，電動機的轉(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

3、則利用變頻技術(shù)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(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

4、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，電動機的實際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n。因為假設(shè)n=n1，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)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(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為異步電動機。二、單相交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理單相交流電動機只有一個繞組，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當轉(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，所以電動機無法旋轉(zhuǎn)。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉(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動變??；轉(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動變大。這

6、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

7、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，起動繞各種交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理.pdf3設(shè)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(nèi)按逆時針方向運動時，應(yīng)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(nèi)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(yīng)電動勢方向是從d指向c。從整個線圈來看，感應(yīng)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(gòu)成閉合的電

9、流通路。當線圈的ab邊轉(zhuǎn)到S極范圍內(nèi)時，cd邊就轉(zhuǎn)到N極范圍內(nèi)（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(zhuǎn)到了S極范圍內(nèi)，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(gòu)成閉合的電流通路。不過，要注意到這時線

10、圈內(nèi)的電流已經(jīng)反向了。由此可知，當線圈不停地旋轉(zhuǎn)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(yīng)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(nèi)的線圈邊接觸，電刷B總是和處在S極范圍內(nèi)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(zhuǎn)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(nèi)的導(dǎo)體ab中的電流是從a流向b，在S極范圍內(nèi)的導(dǎo)體cd中的電流是從c流向d。前面已經(jīng)說過，載流導(dǎo)體在磁場中

12、要受到電磁力的作用，因此，ab和cd兩導(dǎo)體都要受到電磁力Fde的作用。根據(jù)磁場方向和導(dǎo)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(dǎo)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(zhuǎn)動了。當線圈轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。線圈轉(zhuǎn)過半州之后，雖然ab與cd的