每天圍著她轉(zhuǎn)_但交流電機(jī)究竟是怎么工作的你知道

異步電機(jī)與同步電機(jī)同屬于交流電機(jī)，從功能上兩者均分為電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)兩種，按照相數(shù)又有單相異步電機(jī)、三相異步電機(jī)、單相同步電機(jī)、三相同步電機(jī)。我們將以三相異步電動(dòng)機(jī)和三相同步電動(dòng)機(jī)為例講述交流電機(jī)得工作原理。

三相異步電動(dòng)機(jī)和三相同步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，其三相定子繞組接三相交流電源，由電源提供三相交流電流，在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)交鏈定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，實(shí)現(xiàn)從定子到轉(zhuǎn)子能量得傳遞和轉(zhuǎn)換。因此，交流電機(jī)得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與力得轉(zhuǎn)換是其工作得關(guān)鍵。

首先來(lái)看看關(guān)于磁場(chǎng)得幾個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)。

右手螺旋定則

也叫安培定則，是表示電流和電流激發(fā)磁場(chǎng)得磁感線方向間關(guān)系得定則，簡(jiǎn)而言之就是用于判斷通電線圈判斷極性。通電直導(dǎo)線中得安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向直導(dǎo)線中電流方向，那么四指指向就是通電導(dǎo)線周?chē)艌?chǎng)得方向；通電螺線管中得安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，讓四指指向電流得方向，那么大拇指所指得那一端是通電螺線管得N極。

左手定則

左手定則用于判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中得受力方向。伸開(kāi)左手，讓磁感線穿入手心（手心對(duì)準(zhǔn)N極，手背對(duì)準(zhǔn)S極），四指指向電流方向，那么大拇指得方向就是導(dǎo)體受力方向。

右手定則

右手定則用以確定導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)在導(dǎo)體中產(chǎn)生得感應(yīng)電流方向。伸開(kāi)右手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把右手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向感應(yīng)電流得方向。

三相交流電機(jī)定子繞組為三相對(duì)稱(chēng)繞組，即由三組形狀與匝數(shù)相同，軸線在空間位置上相差120°得繞組組成。如下圖所示，紅、黃、綠三種顏色分別代表電機(jī)定子U、V、W三相繞組。

下圖為電機(jī)繞組截面示意圖，圖中U1、V1、W1為繞組首端，U2、V2、W2為繞組末端。

三相交流電得電流波形為相位互差120°得正弦波，如下圖所示

當(dāng)定子繞組中流過(guò)三相交流電，ωt = 0時(shí)，iU為零，沒(méi)有電流；iV為負(fù)向電流，由U2流向U1；iW為正向電流，由W1流向W2；由右手螺旋定則判斷三相繞組得合成磁場(chǎng)方向如下

磁場(chǎng)示意圖中，定義流向紙內(nèi)為正方向，用 × 表示，流向紙外為負(fù)方向，用 · 表示。

ωt = 2π/3時(shí)，iU為正向電流，由U1流向U2；iV為零，沒(méi)有電流；iW為負(fù)向電流，由W2流向W1；由右手螺旋定則判斷三相繞組得合成磁場(chǎng)方向如下

ωt = 4π/3時(shí)，iU為負(fù)向電流，由U2流向U1；iV為正向電流，由V1流向V2；iW為零，沒(méi)有電流；由右手螺旋定則判斷三相繞組得合成磁場(chǎng)方向如下

ωt = 2π時(shí)，iU為零，沒(méi)有電流；iV為負(fù)向電流，由V2流向V1；iW為正向電流，由W1流向W2；由右手螺旋定則判斷三相繞組得合成磁場(chǎng)方向如下

經(jīng)過(guò)以上分析可見(jiàn)，合成磁場(chǎng)在空間是旋轉(zhuǎn)得。電流變化一個(gè)周期，兩極磁場(chǎng)便在空間轉(zhuǎn)過(guò)一周。

以上是一對(duì)極得情況，同理可分析，當(dāng)磁場(chǎng)為兩對(duì)極時(shí)，電流每變化一個(gè)周期，兩對(duì)極磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)半周。

由定子繞組形成得這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得轉(zhuǎn)速稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速n1

式中，p為磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)，f1為三相電頻率。

同步電機(jī)轉(zhuǎn)子為勵(lì)磁繞組或永磁體，這里可以簡(jiǎn)單理解成通電就帶有磁場(chǎng)或本體帶有磁場(chǎng)，并具有N和S兩個(gè)磁極，如下圖所示

同步電機(jī)工作時(shí)，定子繞組接到三相電源上，根據(jù)以上分析三相電流通過(guò)三相繞組形成以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，根據(jù)同性相吸、異性相斥得原理，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)便會(huì)牽著轉(zhuǎn)子以相同得轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)

因而，同步電機(jī)得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與同步轉(zhuǎn)速n1相同。

異步電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與定子類(lèi)似，其橫截面可以理解為由很多根首位相連得導(dǎo)線組成，示意圖如下所示

當(dāng)異步電機(jī)工作時(shí)，定子繞組接到三相電源上，根據(jù)以上分析三相電流通過(guò)三相繞組形成以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了方便說(shuō)明，我們將定子磁場(chǎng)等效成兩極

該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對(duì)切割運(yùn)動(dòng)，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路）產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)得方向用右手定則判定），進(jìn)而產(chǎn)生與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向一致得感應(yīng)電流，圖中同樣用 · 和 × 表示電流方向。

載流得轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子產(chǎn)生得磁場(chǎng)中受到電磁力作用，由左手定則可以判斷每根轉(zhuǎn)子導(dǎo)體得受力方向，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)。

因?yàn)槿喈惒诫姍C(jī)轉(zhuǎn)子線圈中得感應(yīng)電流是由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生得。三相異步電機(jī)得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不會(huì)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步，更不會(huì)超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得速度。

如果三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子得轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得轉(zhuǎn)速成大小相等，那么，磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體不能切割磁力線，因此轉(zhuǎn)子線圈中也就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電流，三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場(chǎng)中也就不會(huì)受到電磁力得作用而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

因而三相異步電機(jī)得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度不可能與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同，總是小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)得同步轉(zhuǎn)速，因此會(huì)有一個(gè)速度差（稱(chēng)為轉(zhuǎn)差或滑差）。正因?yàn)檗D(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速不同，才稱(chēng)為異步電機(jī)。