旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（應(yīng)用于交流電機(jī)等裝置中的磁場(chǎng)）
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旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)
應(yīng)用于交流電機(jī)等裝置中的磁場(chǎng)
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)矢量在空間以固定頻率旋轉(zhuǎn)的一種磁場(chǎng)；是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間相互轉(zhuǎn)換的基本條件。廣泛應(yīng)用于交流電機(jī)、測(cè)量?jī)x表等裝置中。
基本信息
| 中文名 | 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) |
| 外文名 | rotating magnetic field |
| 含義 | 一種大小不變，而以一定轉(zhuǎn)速在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng) |
| 應(yīng)用 | 交流電機(jī) 、測(cè)量?jī)x表等裝置 |
| 拼音 | xuán zhuǎn cí chǎng |
| 能量類型 | 電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能 |
| 分類 | 圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) |
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概念解釋
旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是一種大小不變，而以一定轉(zhuǎn)速在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。在對(duì)稱三相繞組中流過(guò)對(duì)稱三相電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)隨電流交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著。
交流電機(jī)氣隙中的磁場(chǎng)。因其沿定、轉(zhuǎn)子鐵心圓柱面不斷旋轉(zhuǎn)而得名。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是電能和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能之間互相轉(zhuǎn)換的基本條件。
通常三相交流電機(jī)的定子都有對(duì)稱的三相繞組（見(jiàn)電樞繞組）。任意一相繞組通以交流電流時(shí)產(chǎn)生的是脈振磁場(chǎng)。但若以平衡三相電流通入三相對(duì)稱繞組，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的對(duì)稱軸線φ隨時(shí)間而轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速ns由電流頻率f和磁極對(duì)數(shù)P決定
ns稱為同步轉(zhuǎn)速或同步速（以轉(zhuǎn)每分表示）。中國(guó)現(xiàn)在應(yīng)用的工業(yè)電源的頻率f為50赫，于是兩極電機(jī)（
）的
轉(zhuǎn)/分；四極電機(jī)（
）的
轉(zhuǎn)/分；余類推。
在一般情況下，電流變化一個(gè)周期，磁場(chǎng)軸線在空間就轉(zhuǎn)過(guò)一對(duì)極。
若近似地認(rèn)為磁場(chǎng)沿圓周作正弦形分布，并用磁場(chǎng)軸線處的空間矢量Ø；來(lái)代表，用矢量長(zhǎng)度表示磁場(chǎng)振幅，則理論分析證明，三相對(duì)稱繞組通以平衡的三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一個(gè)振幅不變的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這時(shí)矢量Ø；在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中它的末端軌跡為一圓形，故名圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)結(jié)論可以推廣到一般的多相（包括兩相）系統(tǒng)。即多相電機(jī)對(duì)稱繞組通以平衡多相交流電流，則產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
一般說(shuō)來(lái)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向總是從電流超前的相移向電流滯后的相。如果將三相的3個(gè)引出線任意兩個(gè)對(duì)調(diào)再接向電源，即通入三相繞組的電流相序相反，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向也跟著相反。
如果三相電流不平衡，可用對(duì)稱分量法把三相電流系統(tǒng)分解為正序電流系統(tǒng)和負(fù)序電流系統(tǒng)。正序電流系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)正向圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，負(fù)序電流系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一般情況，兩個(gè)磁場(chǎng)振幅大小不等，其合成磁場(chǎng)矢量的末端軌跡為一橢圓形，故名橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。這個(gè)結(jié)論也可以推廣到一般的多相（包括兩相）電機(jī)。
分類
圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)
逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)：三個(gè)線圈的始端處通入負(fù)序的三相對(duì)稱電流，則在三個(gè)線圈的中心處O的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B的模
，但矢量B與x軸的夾角
。隨著時(shí)間的增加，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B的大小不變，卻以角速度ω作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故該磁場(chǎng)是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
三相電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)：三相電動(dòng)機(jī)定子上三個(gè)線圈叫做定子繞組。將該電動(dòng)機(jī)接于用戶端的三相電源線上，若通入定子繞組始端的是正序的對(duì)稱三相電流，繞組電流會(huì)在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)正轉(zhuǎn)；若通入的是負(fù)序的對(duì)稱三相電流，則三相電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。三相電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)一般是正轉(zhuǎn)的。這樣，三相電動(dòng)機(jī)接到三相電源線之前，需先用相序指示器確定好三相電源線的的相序。
橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)
磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B的末端移動(dòng)的軌跡為橢圓的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)三個(gè)線圈不一樣或者是通入三個(gè)線圈始端的是正序（負(fù)序）不對(duì)稱三相電流，則隨著時(shí)間的增加磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量B末端移動(dòng)的軌跡為橢圓，故該磁場(chǎng)為橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。
應(yīng)用實(shí)例
三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：定子繞組由三相交流電源供電，轉(zhuǎn)子繞組中的電流靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生，從而把電能變成機(jī)械能的裝置。又稱異步電動(dòng)機(jī)。
所謂二極是指定子繞組通電后將定子鐵心內(nèi)壁劃分為一對(duì)磁極，磁感應(yīng)線發(fā)出的極面稱為N極，磁感應(yīng)線進(jìn)入的極面稱為S極。三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)主要由定子（電動(dòng)機(jī)不動(dòng)部分）和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子包括鐵心和繞組。定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，鐵心內(nèi)壁開(kāi)槽，槽內(nèi)安放定子繞組。定子繞組是定子的電路部分，由漆包銅（或鋁）線繞成，是三組材料、匝數(shù)、線徑、繞法、形狀、大小完全相同的線圈，且空間位置互成，稱為對(duì)稱三相繞組。
由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與電源頻率有固定的關(guān)系，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)方向是順時(shí)針。說(shuō)明是由電流超前的相轉(zhuǎn)向電流落后的相。
當(dāng)定子三相繞組通入三相對(duì)稱電流后電動(dòng)機(jī)內(nèi)就產(chǎn)生一個(gè)右圖所示的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)就相當(dāng)于轉(zhuǎn)子籠條（即鑄鋁的鋁條，籠條有很多根，右圖中只畫(huà)出兩根
作代表）逆時(shí)針去切割磁感應(yīng)線，于是在轉(zhuǎn)子籠條中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流其方向右圖所示。由于轉(zhuǎn)子電流不是靠通電而是靠感應(yīng)產(chǎn)生，所以稱為三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。由安培定律可判斷出轉(zhuǎn)子籠條所受磁力方向。轉(zhuǎn)子在這個(gè)電磁力矩的作用下也將順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是一致的。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸所帶負(fù)載輕重有關(guān)，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，否則它將因不受電磁轉(zhuǎn)矩在阻力矩作用下慢下來(lái)。因而三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱三相異步電動(dòng)機(jī)。二極電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般在2800轉(zhuǎn)/分以上，與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相差很小。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速用
表示，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速用n表示，則
稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。二極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率大約在
之間，可見(jiàn)它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變化范圍不大。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向一致，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)向又由電流的相序決定，所以當(dāng)調(diào)換兩根電源線時(shí)由于電流相序的改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向就要反向，從而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也就反向。可見(jiàn)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可通過(guò)任意調(diào)換兩根電源線方便地使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是靠通電后轉(zhuǎn)軸上帶負(fù)載把電能變成機(jī)械能的裝置。它有堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜、便于維修、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但它也有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大、調(diào)速性能不好等缺點(diǎn)，在這方面直流電動(dòng)機(jī)有明顯的優(yōu)越性。
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