三相異步電動機的定子鐵芯中放置三相結構完全相同的繞組U、V、W,各相繞組在空間上互差120°電角度,如下圖所示,向這三相繞組通入對稱的三相交流電,如圖(b)(c)所示。下面我們以兩極電動機為例說明電流在不同時刻時,磁場在空間的位置。
下圖(b)所示,假設電流的瞬時值為正時是從各繞組的首端流入,(用〇中間加個×表示),末端流出(用“⊙”表示),當電流為負值時,于此相反。
在ωt=0的瞬間,iu=0,iv為負值,iw為正值,如圖(c)所示,則V相電流從V2流進,V1流出,而W相電流從W1流進,W2流出。利用安培右手定則可以確定ωt=0瞬間由三相電流所產生的合成磁場方向,如圖(d)①所示??梢娺@時的合成磁場是一對磁極,磁場方向與縱軸線方向為一致,上方式北極,下方是南極。
在ωt=π/2時,經過了四分之一周期,iu由零變為更大值,電流由首端U1流入,末端U2流出;iv仍為負值,U相電流方向與(1)時一樣;iw也變為負值,W相電流由W1流出,W2流入,其合成磁場方向如圖(d)②所示,可見磁場方向已經較ωt=0時按順時針方向轉過90°。
應用同樣的分析方法可畫出ωt=π,ωt=2/3*π,ωt=2π時的合成磁場,分別如圖(d)③ ④ ⑤ 所示,由圖中可明顯地看出磁場的方向逐步按順時針方向旋轉,共計轉過360°,即旋轉了一周。
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(a)簡化的三相繞組分布圖
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(b)按星形連接的三相繞組接通三相電源
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(c)三相對稱電流波形圖
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(d)兩極繞組的旋轉磁場
由此可以得出如下結論:在三相交流電動機定子上布置有結構完全相在空間位置各相差120度電角度的三相繞組,分別接入三相對稱交流電,則在定子與轉子間所產生的合成磁場是沿定子內圓旋轉的,我們稱此為旋轉磁場。
旋轉磁場的方向
由上圖可以看出,三相交流電按U-V-W相序變化,則產生的旋轉磁場在空間上以順時針方向旋轉。
若我們任意對調電動機兩相繞組的電流相許,如:U-W-V相序,則由理論分析和實踐證明,產生的旋轉磁場以逆時針方向旋轉。由此可知,旋轉磁場的旋轉方向取決于通入繞組中的三相交流電源的相序,只要任意對調電動機的相序,則可改變旋轉磁場的方向。
旋轉磁場的速度
以上是以兩極為例,如果想要獲得四極旋轉磁場,則應把線圈的數目增加一倍,其布置如下圖(a)(b)所示。并按上述方法分析得出,合成磁場在空間的示意圖(C)。
我們比較一下這圖和上文中的那個圖中磁場的旋轉速度,不難得出:旋轉磁場的速度不僅與電流的頻率有關,還與磁極對數有關。上文圖(d)中,當三相交流電變化一周后(即每相經過360°電角),其所產生的旋轉磁場也正好旋轉一周。故在兩極電動機中旋轉磁場的轉速等于三相交流電的變化速度。
即n1=60f1=3000轉/分
旋轉磁場的速度等于三相交流電變化速度的一半,即n1=(60/2)f1=1500轉/分。故當磁極對數增加一倍,則旋轉磁場的速度減少一半。
同理,通過理論分析可得出旋轉磁場的轉速為:n1=60f1/P,上述公式中
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n1:表示旋轉磁場的轉速,單位轉/分;
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f1:表示三相交流電源的頻率,單位赫茲;
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P:表示磁極對數;
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60:表示一分鐘的60秒
旋轉磁場的轉速n1又稱為同步轉速。我國三相交流頻率規定50Hz(每秒50次交變),因此兩極旋轉速度是3000轉/分,四極的為1500轉/分,六極為1000轉/分等