单相交流电机原理

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发表于 2016-11-27 04:41:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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本帖最后由 Joy_zou 于 2016-11-27 04:40 编辑

电机的概念:


电机又称为马达,是一种将电能转化为机械能的装置。与之相反的将机械能转化为电能的装置叫做发电机。电机在实现电能转化为机械能的时候会有一个中间产物叫做磁场,因此电机的转动离不开磁场。

电机的分类:
电机的分类方式有很多中,从电能的种类可分为交流电机和直流电机。
交流电机又称为感应电机或异步电机,可分为单相交流电机和三相交流电机。
这里先介绍一下单相交流电机
概念:单相电机一般是指用单相交流电源(AC220V)供电的小功率单相异步电动机。这种电机通常在定子上有两相绕组,转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供电情况的不同,可以产生不同的起动特性和运行特性。
原理:所有的电机都是由定子和转子组成,如下图(左)所示。灰色部件为定子和转子,具体谁做定子谁做转子,都可以,随意。定子和转子上都有磁极,其中定子和转子上的磁极极性相反。我们都知道同性相斥异性相吸的原理,这里就不多说了,当定子和转子的磁极如下图(左)时,好像很和谐很稳定的样子,转子也不会动了。但是当定子的磁场方向发生变化时,如下图(右)所示,这种和谐的状态就被打破了,转子也会跟着动。当定子的磁极按照一定的规律一直旋转,转子也会跟着转起来了。
CatchC5A1.jpg
理解了上面的内容,我们就来说说单相交流电机的原理。单相交流电机中没有永磁体,通常在定子上有两组或多组线圈,转子上有像老鼠笼一样的环形导体,如下图所示。
Catch10D4.jpg
当交流正弦电流通过线圈时会在定子上产生交变的磁场,而这个交变的磁场会在转子上的环形导体中产生交变的感应电流,而这个变化的感应交变又会产生交变的磁场。这样定子和转子上就都有了磁场。
这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向相反的旋转磁场,相位相差180°。当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转,如下图(左)。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如逆时针方向旋转),这时转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动速度变小;转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动速度变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着逆时针方向旋转起来。这里需要说明一下,转子产生的磁场与其旋转方向相同,与同向旋转的磁场相位小于90°,与反方向旋转的磁场相位大于90°,因此同向磁场相互叠加,而反向磁场相互抵消,如下图(右)所示。
    Catch6E3B.jpg Catch1A3D.jpg
要使单相电机能自动旋转起来,我们可在定子中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差90度,起动绕组要串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度,即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组,将会在空间上产生(两相)旋转磁场。同样的方法将每个绕组形成的交变磁场分解到两个旋转方向上,以下图为例,逆时针方向两个旋转分量相位相同,磁场相互叠加而增大;而顺时针方向上的两个分量相位相差180°,磁场相互抵消而减小。在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,起动后,待转速升到一定时,借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开,正常工作时只有主绕组工作。
   Catch14C4.jpg
由于感应电机的力矩由旋转磁场和转子的速度差产生的,因此转子转动的速度不会大于定子中产生的交变磁场旋转速度,定子中产生的旋转磁场转速为(这里以50Hz单相交流电和一对极为例)60*50=3000转/分。因此,一般单相交流电机的转速不会超过3000转/分。
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