學(xué)強(qiáng)電的看過(guò)來(lái):各種交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
發(fā)布時(shí)間:2014-12-29 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】工業(yè)控制中用到最多的就是電機(jī),學(xué)強(qiáng)電的同學(xué)也都知道電機(jī)控制也是一門學(xué)科,為什么呢?因?yàn)樗苤匾敲唇涣麟妱?dòng)機(jī)分為哪幾種?各種不同的交流電動(dòng)機(jī)是怎么旋轉(zhuǎn)的呢?原理如何?
目前較常用的交流電動(dòng)機(jī)有兩種:1、三相異步電動(dòng)機(jī)。2、單相交流電動(dòng)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(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
三相異步電動(dòng)機(jī)要旋轉(zhuǎn)起來(lái)的先決條件是具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組就是用來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)機(jī)定子中的三個(gè)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(shí),定子繞組就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),其產(chǎn)生的過(guò)程如圖1所示。圖中分四個(gè)時(shí)刻來(lái)描述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生過(guò)程。電流每變化一個(gè)周期,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一周,即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的變化是同步的。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為:n=60f/P 式中f為電源頻率、P是磁場(chǎng)的磁極對(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速控制。
觀察圖1還可發(fā)現(xiàn),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(shí)針排列,磁場(chǎng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),若把三根電源線中的任意兩根對(duì)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(chǎng)必然逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱?dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。 定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條(鼠籠條)將切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)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(dòng)轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來(lái)。一般情況下,電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),就不會(huì)切割磁力線,也就不會(huì)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(dòng)機(jī)為異步電動(dòng)機(jī)。
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二、單相交流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)原理
單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組,轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過(guò)定子繞組時(shí),電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)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(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)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(dòng)機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(如順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)),這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變?。晦D(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)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(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。
要使單相電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái),我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組,起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度,起動(dòng)繞組要串接一個(gè)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(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組,將會(huì)在空間上產(chǎn)生(兩相)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),如圖2所示。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下,轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng),起動(dòng)后,待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí),借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開,正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此,起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候,起動(dòng)繞組并不斷開,我們稱這種電動(dòng)機(jī)為電容式單相電動(dòng)機(jī),要改變這種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向,可由改變電容器串接的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在單相電動(dòng)機(jī)中,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法,又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的,有兩極和四極兩種。每個(gè)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(gè)部分,在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán),好象把這部分磁極罩起來(lái)一樣,所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。單相繞組套裝在整個(gè)磁極上,每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的,連接時(shí)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(guò)短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)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(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng),從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
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