直流电动机怎么持续转动(动画告诉你电动机是如何转起来的)

生活中,三相异步电动机使用最为广泛。例如电梯的曳引机、三相(380V)空调、工厂泵站等。那么,三相异步电动机是怎么转起来的呢?空调为什么要用变频呢?

我们先来看一个最简单的直流同步电动机。

直流电动机怎么持续转动(动画告诉你电动机是如何转起来的)(1)

再来看一个最简单的永磁异步电动机。

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可以看出同步电动机转子与电池相连,肯定通有直流电流。而异步电动机转子并没有与任何部件连接,为什么能随着外面磁铁转动而转动呢?

讲解之前我们先来回忆一下左手定则和右手定则。左手定则是用来判断通电导体在磁场中的受力方向。如图,磁感线垂直穿过手心,四指指向电流方向,大拇指就是受力方向。右手定则是用来判断运动导体做切割磁感线运动,产生的感应电流方向。如图,磁感线垂直穿过手心,大拇指为导体运动方向,四指指向即为感应电流方向。

如下图,当U型磁铁逆时针转动时,根据左手定则和右手定则可知,里面线圈也随之逆时针转动。线圈中的电流是感应电流而不是外界通的电,根据因果关系,线圈起步肯定比磁铁慢,也可以说是线圈跟着磁铁转,这就是“异步”。

直流电动机怎么持续转动(动画告诉你电动机是如何转起来的)(3)

实际三相异步电动机定子中是没有磁铁的,而是固定有很多绕线,如下图。上面我们分析可知,磁铁转(也就是磁场转),线圈(转子)才跟着转。那么,既然电动机的绕线都是固定的,旋转磁场从哪里来呢?

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实际上,电动机通电,是将三相交流电(380V)通给定子(固定不动)中的绕线。正是因为三相电是正弦交流电,才形成了旋转磁场。如果向绕线中通直流电,是转不起来的。

下面我们具体分析一下旋转磁场的产生。

如图,三组不同颜色的绕线(AX、BY、CZ,A、B、C代表每组绕线的首端,Y、Y、Z代表尾端)固定在定子上,

首先规定正方向(交流电方向随时在变,为了分析方便,定一个正方向)。

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三个绕组AX、BY、CZ中对应通三相交流电i(A)、i(B)、i(C)。

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我们来分析旋转磁场的产生过程。如下图,从WT=0到WT=360度,三相正弦交流电变化了一周,电生磁所形成的合成磁场正好也旋转了一周。我国的交流电频率是50Hz,也就是每秒中交流电改变50次方向,磁场也正好旋转50圈。

磁场旋转的快慢决定了电动机转动的速度,而磁场旋转的快慢又取决于交流电的频率。实际上,磁场旋转的速度V=60f/P(P称为极对数,跟电动机结构有关,出厂时就固定好了。f是交流电频率。60是将秒转为分钟。因为转速单位是:转/分钟)。由公式可知,电动机转速只跟交流电频率有关,这也是为什么会出现变频空调的原因。

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再用一个动画来演示一下三相异步电动机转动过程。

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