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三相交流電機的定子繞制對稱的三相繞組,在對稱的 定子 的三相繞組中流過對稱三相電流時會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,由于該磁場隨正弦交流電流變化而在空間不斷地旋轉(zhuǎn),故稱作旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場是一種大小不變,而以一定轉(zhuǎn)速在空間旋轉(zhuǎn)的磁場。 交流電動機同步轉(zhuǎn)速,即等于旋轉(zhuǎn)磁場的速度,用ns表示,其單位是“r/min(轉(zhuǎn)/分)”。它的大小由交流電源的 頻率 和 磁場的磁極對數(shù)(定子繞組的繞制方式?jīng)Q定磁極對數(shù))決定。
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在交流電機的定子上通上三相對稱交流電,如上圖所示,定子不動,僅僅通過電流的變化就能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的合成磁場,這個磁場像一個繞著定子旋轉(zhuǎn)的磁鐵。有了這個旋轉(zhuǎn)的磁鐵,一切就都好辦了,在定子內(nèi)部隨便放一個閉合的線圈,在這個閉合線圈里就會感應(yīng)出電動勢和電流,就會產(chǎn)生電磁力,閉合線圈就會轉(zhuǎn)動起來。也可以這么理解,定子上有一個旋轉(zhuǎn)的磁鐵,轉(zhuǎn)子閉合線圈由于感應(yīng)帶電,其實也變成了一個電磁鐵,外面的電磁鐵在轉(zhuǎn),就會帶著里面的電磁鐵轉(zhuǎn),于是交流電機的轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)起來了。定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度叫同步轉(zhuǎn)速,里面轉(zhuǎn)子其實是被定子磁場牽引著在轉(zhuǎn)動,所以它的轉(zhuǎn)速會比定子磁場的轉(zhuǎn)速慢,所以叫異步轉(zhuǎn)速。所以有了異步電動機的名稱。
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交流電機繞組的功用是在旋轉(zhuǎn)磁場中感應(yīng)電勢、流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,達到機電能量轉(zhuǎn)換的目的,故有繞組為電機的核心部件之說。
交流電機按其功能通常分為交流發(fā)電機、交流電動機和同步調(diào)相機幾大類。由于電機工作狀態(tài)的可逆性,同一臺電機既可作發(fā)電機又可作電動機。把電機分為發(fā)電機與電動機并不很確切,只是有些電機主要作發(fā)電機運行,有些電機主要作電動機運行。
“交流電機”是用于實現(xiàn)機械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展,交流電機已成為的電機。交流電機與直流電機相比,由于沒有換向器(見直流電機的換向),因此結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,比較牢固,容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機。交流電機功率的覆蓋范圍很大,從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。20世紀(jì)80年代初,汽輪發(fā)電機已達150萬千瓦。交流電機是由美籍塞爾維亞裔科學(xué)家尼古拉·特斯拉發(fā)明的。
交流電機則意味著該設(shè)備的運行數(shù)值將與性能曲線上某個特定點相對應(yīng),該曲線與電機的峰值效率(peak efficiency)將保持一致。若未按照該點對應(yīng)的數(shù)值運行,那么電機的效率將大幅下挫。交流電機在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電流,進而產(chǎn)生磁場,該過程將導(dǎo)致額外的耗能。所以,交流電機的效率不如直流電機。事實上,直流電機的效率要比交流電機高30%以上,因為永磁體將產(chǎn)生次生磁場(secondary magnetic field)。