什么是三相電機(jī)及其工作原理？

西安泰富西瑪電機(jī)生產(chǎn)的三相電機(jī)（在數(shù)字上也稱(chēng)為三相電機(jī)）在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并因其相對(duì)簡(jiǎn)單、經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的可靠性和較長(zhǎng)的使用壽命而成為許多機(jī)械和機(jī)電系統(tǒng)的主力。三相電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)（也稱(chēng)為異步電機(jī)）的一個(gè)示例，它利用電磁感應(yīng)原理運(yùn)行。雖然也有單相感應(yīng)電機(jī)，但這些類(lèi)型的感應(yīng)電機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中使用頻率較低，但廣泛用于家庭應(yīng)用，例如真空吸塵器、冰箱壓縮機(jī)和空調(diào)，由于家庭和辦公室使用單相交流電源。在本文中，西安泰富西瑪電機(jī)將和大家一起討論什么是三相電機(jī)并描述它的工作原理。要訪(fǎng)問(wèn)有關(guān)電機(jī)的其他資源，請(qǐng)參閱我們的其他電機(jī)指南（涵蓋交流電機(jī)、直流電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)）或有關(guān)電機(jī)類(lèi)型的更一般性文章。相關(guān)電機(jī)文章的完整列表可在相關(guān)文章部分找到。

什么是三相電源？

要了解三相電機(jī)，首先了解三相電源是很有用的。

在發(fā)電中，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電（AC）具有其振幅和方向隨時(shí)間變化的特性。如果用 y 軸上的幅度和 x 軸上的時(shí)間以圖形方式顯示，則電壓或電流與時(shí)間之間的關(guān)系將類(lèi)似于正弦波，如下所示：


圖1——單相交流電

輸送到家庭的電力是單相的，這意味著有一個(gè)載流導(dǎo)體加上一個(gè)中性連接和一個(gè)接地連接。在工業(yè)和商業(yè)環(huán)境中用于運(yùn)行具有更大電力需求的大型機(jī)械的三相電源中，存在三個(gè)電流導(dǎo)體，每個(gè)導(dǎo)體以 120 °的相位差（相距 2π/3 弧度）運(yùn)行。如果以圖形方式查看，每個(gè)相位將顯示為單獨(dú)的正弦波，然后組合起來(lái)，如下圖所示：


圖 2 -每相之間相移120 o的三相電力

三相電機(jī)由三相輸入功率產(chǎn)生的電壓和電流供電，然后用于以旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸的形式產(chǎn)生機(jī)械能。

什么是三相電機(jī)？

三相電機(jī)是交流電機(jī)的一種，是多相電機(jī)的具體示例。這些西安泰富西瑪電機(jī)可以是感應(yīng)電機(jī)（也稱(chēng)為異步電機(jī)）或同步電機(jī)。電機(jī)由三個(gè)主要部件組成：定子、轉(zhuǎn)子和外殼。

定子由一系列合金鋼疊片組成，這些疊片周?chē)p繞有電線(xiàn)以形成感應(yīng)線(xiàn)圈，電源的每一相都有一個(gè)線(xiàn)圈。定子線(xiàn)圈由三相電源供電。

轉(zhuǎn)子還包含感應(yīng)線(xiàn)圈和連接形成電路的金屬棒。轉(zhuǎn)子圍繞電機(jī)軸，是通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電機(jī)機(jī)械能輸出的電機(jī)部件。

電機(jī)外殼將轉(zhuǎn)子及其電機(jī)軸固定在一組軸承上，以減少旋轉(zhuǎn)軸的摩擦。外殼具有端蓋，用于固定軸承座并容納一個(gè)連接到電機(jī)軸的風(fēng)扇，該風(fēng)扇隨著電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇從外殼外部吸入環(huán)境空氣，迫使空氣流過(guò)定子和轉(zhuǎn)子，以冷卻電機(jī)部件并消散線(xiàn)圈電阻在各個(gè)線(xiàn)圈中產(chǎn)生的熱量。外殼的外部通常還具有凸起的機(jī)械翅片，用于進(jìn)一步將熱量傳導(dǎo)到外部空氣。端蓋還將提供一個(gè)位置來(lái)容納電機(jī)三相電源的電氣連接。

三相電機(jī)如何工作？

三相電機(jī)的工作原理是英國(guó)物理學(xué)家邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 于 1830 年發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)原理。法拉第注意到，當(dāng)線(xiàn)圈或線(xiàn)圈等導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電流。導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或 EMF。他還觀察到，在導(dǎo)體（例如電線(xiàn)）中流動(dòng)的電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)會(huì)隨著電線(xiàn)中的電流大小或方向的變化而變化。通過(guò)將電場(chǎng)的旋度與磁通量隨時(shí)間的變化率聯(lián)系起來(lái)，可以用數(shù)學(xué)形式來(lái)表達(dá)：



這些原理構(gòu)成了理解三相電機(jī)工作原理的基礎(chǔ)。

下圖 3 是法拉第感應(yīng)定律的說(shuō)明。請(qǐng)注意，電動(dòng)勢(shì)的存在取決于磁鐵的運(yùn)動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)變化。


圖3-電磁感應(yīng)原理

對(duì)于感應(yīng)電機(jī)，當(dāng)定子由三相電源供電時(shí)，西安泰富西瑪電機(jī)每個(gè)線(xiàn)圈都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，其磁極（北極或南極）會(huì)隨著交流電流在整個(gè)周期內(nèi)振蕩而改變位置。由于交流電流的三相各相移 120度，三個(gè)線(xiàn)圈的磁極性在同一時(shí)刻并不完全相同。這種情況導(dǎo)致定子產(chǎn)生所謂的 RMF 或旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子位于定子線(xiàn)圈的中心時(shí)，來(lái)自定子的變化磁場(chǎng)會(huì)在轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈中感應(yīng)出電流，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相反的磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)試圖將其極性與定子磁場(chǎng)的極性對(duì)齊，結(jié)果是將凈扭矩施加到電機(jī)軸上，并且當(dāng)電機(jī)試圖使其磁場(chǎng)對(duì)齊時(shí)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。請(qǐng)注意，在三相感應(yīng)電機(jī)中，沒(méi)有與轉(zhuǎn)子的直接電氣連接；磁感應(yīng)導(dǎo)致電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

對(duì)于三相感應(yīng)電機(jī)，轉(zhuǎn)子試圖與定子的 RMF 保持一致，但從未實(shí)現(xiàn)，這就是感應(yīng)電機(jī)也稱(chēng)為異步電機(jī)的原因。導(dǎo)致轉(zhuǎn)子速度滯后于RMF速度的現(xiàn)象稱(chēng)為滑差，表示為：



其中N r是轉(zhuǎn)子的速度，N s是定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（RMF）的同步速度。

同步電機(jī)的運(yùn)行方式與感應(yīng)電機(jī)類(lèi)似，不同之處在于，在同步電機(jī)的情況下，定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)被鎖定對(duì)齊，以便定子 RMF 將使轉(zhuǎn)子以完全相同的轉(zhuǎn)速（同步）轉(zhuǎn)動(dòng)。 – 因此滑差等于 0）。有關(guān)如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的更多信息，請(qǐng)參閱有關(guān)磁阻電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)的文章。請(qǐng)注意，與感應(yīng)電機(jī)不同，同步電機(jī)不需要由交流電源供電。

三相電機(jī)的電機(jī)控制器

三相交流電機(jī)產(chǎn)生的速度是交流電源頻率的函數(shù)，因?yàn)樗嵌ㄗ泳€(xiàn)圈中 RMF 的來(lái)源。因此，一些交流電機(jī)控制器通過(guò)使用交流電流輸入來(lái)產(chǎn)生電機(jī)的調(diào)制或受控頻率輸入來(lái)運(yùn)行，從而控制電機(jī)的速度。另一種可用于控制電機(jī)速度的方法是改變轉(zhuǎn)差率（前面已描述）。如果轉(zhuǎn)差增加，電機(jī)速度（即轉(zhuǎn)子速度）就會(huì)降低。

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