感應(yīng)電機(jī)各定子繞組工作原理和定子繞組的磁場(chǎng)電流運(yùn)動(dòng)方式
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是使用旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的任何行業(yè)中使用最多的電動(dòng)機(jī)。全球生產(chǎn)的大約50%的電力用于運(yùn)行感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電力機(jī)車、紡織廠、壓縮機(jī)、泵、風(fēng)扇，甚至你的吹風(fēng)機(jī)——感應(yīng)電機(jī)無(wú)處不在。讓我們了解這臺(tái)神奇的電機(jī)的工作原理。
與任何電動(dòng)機(jī)一樣，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)子-旋轉(zhuǎn)部分和定子-靜止部分。
定子鐵芯疊層固定在電機(jī)的主體框架內(nèi)。定子芯的內(nèi)周具有槽以容納定子繞組。繞組可以是一相、兩相或三相。我們將把討論限制在三相感應(yīng)電機(jī)，因?yàn)樗菀桌斫狻？紤]一個(gè)簡(jiǎn)化的定子結(jié)構(gòu)。
各相繞組相互之間有120°的空間位移。即，a相軸與b相軸和c相軸均為120°。由于繞組分布在空間中，因此稱為空間分布繞組.如果我們要給繞組通電，每相的一個(gè)導(dǎo)體會(huì)將電流從屏幕帶出，一個(gè)導(dǎo)體將帶入屏幕，因此會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)和十字標(biāo)記。要找出a相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向，我們可以利用右手拇指法則。根據(jù)這個(gè)規(guī)則，當(dāng)我們將手指向繞組中的電流方向彎曲時(shí)，拇指指向繞組中電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向。將規(guī)則應(yīng)用于相的導(dǎo)體給出Ba的方向-由相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)。
b相和c相的磁場(chǎng)Bb和Bc的方向可以類似地通過(guò)應(yīng)用右手螺旋定則找到。
應(yīng)該注意，由于定子以及因此定子繞組是靜止的，因此由繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是靜止的。它們僅限于沿固定軸變化。在任何時(shí)刻特定相的磁場(chǎng)大小取決于該時(shí)刻繞組中的電流大小。另一方面，磁場(chǎng)的方向取決于電壓的感覺(jué)，因此也取決于電流的方向——如果電流為負(fù)，則磁場(chǎng)的方向會(huì)反轉(zhuǎn)。
三相電源是一組3個(gè)相移120°的電壓-電壓達(dá)到其峰值120°彼此異相。為b和c相的繞組通電會(huì)產(chǎn)生類似的磁場(chǎng)，這些磁場(chǎng)圍繞它們的相軸變化。
在尼古拉特斯拉的一次絕妙觀察中，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)空間分布的三相繞組通過(guò)時(shí)移三相電源通電時(shí)，由于單個(gè)磁場(chǎng)的疊加而獲得了單個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（簡(jiǎn)稱RMF）。
黑色相量（一個(gè)相量是一個(gè)旋轉(zhuǎn)矢量）實(shí)際上是Ba、Bb和Bc的圖形總和。當(dāng)我們將a、b和c相（它們是靜止的）產(chǎn)生的磁場(chǎng)相加時(shí)，我們得到了一個(gè)在空間中旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)——旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這一點(diǎn)上可以進(jìn)行的另一個(gè)觀察是，這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的大小是恒定的，它是任何相單獨(dú)產(chǎn)生的最大磁場(chǎng)的1.5倍。
該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以稱為同步速度Ns的速度旋轉(zhuǎn)。同步速度是定子電源頻率f和定子繞組所繞的極數(shù)P的函數(shù)。關(guān)系可以描述如下：
現(xiàn)在讓我們稍微討論一下轉(zhuǎn)子。常用的轉(zhuǎn)子為鼠籠式。
轉(zhuǎn)子芯在外周具有槽，在中心具有軸。每個(gè)轉(zhuǎn)子槽都裝有一根厚的金屬（通常是鋁或銅）導(dǎo)體。所有槽的轉(zhuǎn)子條在兩個(gè)端環(huán)的幫助下在兩端焊接在一起，將它們牢固地鎖定到位，并賦予轉(zhuǎn)子整體堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。端環(huán)本身是電導(dǎo)體，有效地使所有轉(zhuǎn)子棒短路，如果在棒中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，電流將在轉(zhuǎn)子棒中流動(dòng)，因?yàn)樗且粋€(gè)閉合電路。沒(méi)有轉(zhuǎn)子芯，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體和端環(huán)看起來(lái)就像一個(gè)空的鼠籠——因此得名。轉(zhuǎn)子條不是直的，而是為了操作優(yōu)勢(shì)而傾斜的，這超出了本討論的范圍。
到目前為止，我們已經(jīng)了解了如何生成RMF并討論了轉(zhuǎn)子。現(xiàn)在是時(shí)候了解發(fā)生在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的電動(dòng)機(jī)動(dòng)作了。
假設(shè)轉(zhuǎn)子最初是靜止的，當(dāng)定子由三相電源供電時(shí)，由此產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的RMF以同步速度掃過(guò)靜止的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并穿過(guò)導(dǎo)體。根據(jù)法拉第定律，只要將導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中，就會(huì)在其中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。RMF在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)出一個(gè)電動(dòng)勢(shì)。作為閉合電路的轉(zhuǎn)子具有流過(guò)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電流。一旦發(fā)生這種情況，情況就類似于將載流導(dǎo)體置于磁場(chǎng)中時(shí)受到電磁力的影響。
根據(jù)楞次定律，力的方向應(yīng)該與產(chǎn)生它的原因相反，這里是RMF和靜止轉(zhuǎn)子導(dǎo)體之間的相對(duì)速度。反對(duì)這種感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的唯一方法是降低轉(zhuǎn)子和RMF之間的相對(duì)速度-轉(zhuǎn)子開始沿RMF的方向旋轉(zhuǎn)。通過(guò)這種方式，轉(zhuǎn)子試圖趕上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
假設(shè)轉(zhuǎn)子確實(shí)完全趕上了RMF，現(xiàn)在怎么辦？由于相對(duì)速度降低到0，電動(dòng)勢(shì)的感應(yīng)停止-轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中不再有電流，因此不再有電磁力。轉(zhuǎn)子開始減速，整個(gè)動(dòng)作不斷重復(fù)。這就是為什么感應(yīng)電機(jī)總是以接近同步的速度運(yùn)行，但從不以同步速度運(yùn)行。
對(duì)感應(yīng)電機(jī)普及的贊賞源于鼠籠式感應(yīng)電機(jī)是有史以來(lái)最堅(jiān)固耐用的電機(jī)類型。與直流電機(jī)不同，感應(yīng)電機(jī)不需要電刷或換向器。一旦投入使用，人們可以在幾年內(nèi)忘記感應(yīng)電機(jī)-它是免維護(hù)的。尼古拉特斯拉的這項(xiàng)巧妙發(fā)明永遠(yuǎn)徹底改變了整個(gè)制造業(yè)。
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