什么是三相電機及其工作原理？

西安泰富西瑪電機生產(chǎn)的三相電機（在數(shù)字上也稱為三相電機）在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，并因其相對簡單、經(jīng)過驗證的可靠性和較長的使用壽命而成為許多機械和機電系統(tǒng)的主力。三相電機是感應(yīng)電機（也稱為異步電機）的一個示例，它利用電磁感應(yīng)原理運行。雖然也有單相感應(yīng)電機，但這些類型的感應(yīng)電機在工業(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，西安泰富西瑪電機將和大家一起討論什么是三相電機并描述它的工作原理。要訪問有關(guān)電機的其他資源，請參閱我們的其他電機指南（涵蓋交流電機、直流電機、感應(yīng)電機）或有關(guān)電機類型的更一般性文章。相關(guān)電機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，首先了解三相電源是很有用的。

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


圖1——單相交流電

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


圖 2 -每相之間相移120 o的三相電力

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

什么是三相電機？

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

定子由一系列合金鋼疊片組成，這些疊片周圍纏繞有電線以形成感應(yīng)線圈，電源的每一相都有一個線圈。定子線圈由三相電源供電。

轉(zhuǎn)子還包含感應(yīng)線圈和連接形成電路的金屬棒。轉(zhuǎn)子圍繞電機軸，是通過旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電機機械能輸出的電機部件。

電機外殼將轉(zhuǎn)子及其電機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連接到電機軸的風(fēng)扇，該風(fēng)扇隨著電機軸的轉(zhuǎn)動而旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇從外殼外部吸入環(huán)境空氣，迫使空氣流過定子和轉(zhuǎn)子，以冷卻電機部件并消散線圈電阻在各個線圈中產(chǎn)生的熱量。外殼的外部通常還具有凸起的機械翅片，用于進(jìn)一步將熱量傳導(dǎo)到外部空氣。端蓋還將提供一個位置來容納電機三相電源的電氣連接。

三相電機如何工作？

三相電機的工作原理是英國物理學(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)線圈或線圈等導(dǎo)體置于變化的磁場中時，會產(chǎn)生電流。導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢或 EMF。他還觀察到，在導(dǎo)體（例如電線）中流動的電流會產(chǎn)生磁場，并且磁場會隨著電線中的電流大小或方向的變化而變化。通過將電場的旋度與磁通量隨時間的變化率聯(lián)系起來，可以用數(shù)學(xué)形式來表達(dá)：



這些原理構(gòu)成了理解三相電機工作原理的基礎(chǔ)。

下圖 3 是法拉第感應(yīng)定律的說明。請注意，電動勢的存在取決于磁鐵的運動，這會導(dǎo)致磁場變化。


圖3-電磁感應(yīng)原理

對于感應(yīng)電機，當(dāng)定子由三相電源供電時，西安泰富西瑪電機每個線圈都會產(chǎn)生一個磁場，其磁極（北極或南極）會隨著交流電流在整個周期內(nèi)振蕩而改變位置。由于交流電流的三相各相移 120度，三個線圈的磁極性在同一時刻并不完全相同。這種情況導(dǎo)致定子產(chǎn)生所謂的 RMF 或旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子位于定子線圈的中心時，來自定子的變化磁場會在轉(zhuǎn)子線圈中感應(yīng)出電流，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相反的磁場。轉(zhuǎn)子磁場試圖將其極性與定子磁場的極性對齊，結(jié)果是將凈扭矩施加到電機軸上，并且當(dāng)電機試圖使其磁場對齊時開始旋轉(zhuǎn)。請注意，在三相感應(yīng)電機中，沒有與轉(zhuǎn)子的直接電氣連接；磁感應(yīng)導(dǎo)致電機旋轉(zhuǎn)。

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



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

同步電機的運行方式與感應(yīng)電機類似，不同之處在于，在同步電機的情況下，定子和轉(zhuǎn)子磁場被鎖定對齊，以便定子 RMF 將使轉(zhuǎn)子以完全相同的轉(zhuǎn)速（同步）轉(zhuǎn)動。 – 因此滑差等于 0）。有關(guān)如何實現(xiàn)這一點的更多信息，請參閱有關(guān)磁阻電機和無刷直流電機的文章。請注意，與感應(yīng)電機不同，同步電機不需要由交流電源供電。

三相電機的電機控制器

三相交流電機產(chǎn)生的速度是交流電源頻率的函數(shù)，因為它是定子線圈中 RMF 的來源。因此，一些交流電機控制器通過使用交流電流輸入來產(chǎn)生電機的調(diào)制或受控頻率輸入來運行，從而控制電機的速度。另一種可用于控制電機速度的方法是改變轉(zhuǎn)差率（前面已描述）。如果轉(zhuǎn)差增加，電機速度（即轉(zhuǎn)子速度）就會降低。

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