什么是三相電機及其工作原理？

什么是三相電機及其工作原理？

西安泰富西瑪電機生產的三相電機（在數字上也稱為三相電機）在工業中得到廣泛應用，并因其相對簡單、經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的主力。三相電機是感應電機（也稱為異步電機）的一個示例，它利用電磁感應原理運行。雖然也有單相感應電機，但這些類型的感應電機在工業應用中使用頻率較低，但廣泛用于家庭應用，例如真空吸塵器、冰箱壓縮機和空調，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、感應電機）或有關電機類型的更一般性文章。相關電機文章的完整列表可在相關文章部分找到。

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。

在發電中，發電機產生的交流電（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體加上一個中性連接和一個接地連接。在工業和商業環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，存在三個電流導體，每個導體以 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生的電壓和電流供電，然后用于以旋轉電機軸的形式產生機械能。

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。

轉子還包含感應線圈和連接形成電路的金屬棒。轉子圍繞電機軸，是通過旋轉產生電機機械能輸出的電機部件。

電機外殼將轉子及其電機軸固定在一組軸承上，以減少旋轉軸的摩擦。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扇，該風扇隨著電機軸的轉動而旋轉。旋轉風扇從外殼外部吸入環境空氣，迫使空氣流過定子和轉子，以冷卻電機部件并消散線圈電阻在各個線圈中產生的熱量。外殼的外部通常還具有凸起的機械翅片，用于進一步將熱量傳導到外部空氣。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家邁克爾·法拉第 (Michael Faraday) 于 1830 年發現的電磁感應原理。法拉第注意到，當線圈或線圈等導體置于變化的磁場中時，會產生電流。導體中產生的感應電動勢或 EMF。他還觀察到，在導體（例如電線）中流動的電流會產生磁場，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系起來，可以用數學形式來表達：



這些原理構成了理解三相電機工作原理的基礎。

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


圖3-電磁感應原理

對于感應電機，當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。這種情況導致定子產生所謂的 RMF 或旋轉磁場。當轉子位于定子線圈的中心時，來自定子的變化磁場會在轉子線圈中感應出電流，進而導致轉子產生相反的磁場。轉子磁場試圖將其極性與定子磁場的極性對齊，結果是將凈扭矩施加到電機軸上，并且當電機試圖使其磁場對齊時開始旋轉。請注意，在三相感應電機中，沒有與轉子的直接電氣連接；磁感應導致電機旋轉。

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



其中N r是轉子的速度，N s是定子旋轉磁場（RMF）的同步速度。

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

三相電機的電機控制器

三相交流電機產生的速度是交流電源頻率的函數，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生電機的調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差率（前面已描述）。如果轉差增加，電機速度（即轉子速度）就會降低。

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關鍵詞：三相電機,電機工作原理