MC-C1 · 旋转磁场

三相电流与旋转磁场

感应电机不靠运动部件就让磁场旋转。看时间上错开的三相电流与空间上展开的三相绕组如何织出一个旋转磁场，亲手把握合成磁场的性质。

三个脉动磁通相加，得到什么

空间上相隔 120° 的三个绕组，流过时间上错开 120° 的三相电流。每个绕组只沿自己的轴脉动磁通。挑出这三者矢量和的样子。动画会给出答案。

相位 ωt30°

用滑块拖动相位 ωt。三个彩色矢量为各相(一个增大、另一个减小)，金色为合成。淡圆为其恒定大小。

合成磁场(拖动相位)

|B| = 1.5 Bm  ·  θ = 30°

移动相位时三相电流不断变化，但合成矢量大小恒为峰值的 1.5 倍、仅方向匀速旋转。末端画出毫无畸变的完整圆(淡圆)即为证据。这就是无运动部件而生的旋转磁场。

单相只会脉动

单相绕组通入交流时，磁通沿一轴从峰值到零、再到反向峰值地脉动，却不旋转。这叫交变磁场。交变磁场可分解为大小相等、方向相反的两个旋转磁场之和。所以单相感应电机自身没有偏向一方旋转的理由，需另设起动装置。

观察b₁ ∝ cos ωt

单相磁通沿一轴随时间脉动。

三个合在一起便旋转

空间相隔 120° 的三个绕组通入时间错开 120° 的三相电流。每一刻把三个磁通矢量相加，合成矢量大小恒为峰值的 1.5 倍，仅方向旋转。电流在时间上前进一步，合成磁场便在空间上转过相同的量。电流的时间相位就成了磁场的空间角度。对调两相接线(改变相序)则旋转方向反转。

选择|B| = ?

三相合成磁场大小恒为峰值的 1.5 倍。

旋转速度即同步转速

电流走过一个周期时，最简单的二极绕组里旋转磁场恰好转一圈。增加极数 P 使磁场图样变密，每周期转过的角减小，旋转速度也按比例减小。以每分钟转数计即同步转速 Ns = 120f / P [rpm]。以电角与机械角的关系，θ_e = (P/2) θ_m。60 Hz 下二极转 3600、四极 1800、六极 1200 rpm。

填空Ns = 120f / ?

同步转速由频率除以极数决定。

自己来θe = ?

电角是机械角的极对数倍。

回到第一屏

三个脉动磁通之和，是一个大小恒定、不断旋转的磁场。各相只在自己的轴上脉动，但把时间错开 120° 的三者，跨过空间相隔 120° 的绕组相加，脉动分量互相抵消、只剩旋转分量，以峰值的 1.5 倍旋转。无一运动部件，电流的时间相位便成了磁场的空间角度。这旋转速度就是同步转速 Ns = 120f/P，对调两相则方向反转。下一单元里，这旋转磁场拖着转子走，成为感应机的原理。

旋转磁场：向空间相隔 120° 的三相绕组通入时间错开 120° 的三相电流，三个脉动磁通之和便成为大小恒为 1.5 倍、旋转的单一磁场。其速度为同步转速 Ns = 120f / P [rpm]，电角与机械角为 θ_e = (P/2) θ_m。对调两相(改变相序)则旋转方向反转。

握住这一旋转后

旋转磁场是感应机的发动机。把转子置于定子所造的这一旋转磁场中，转子试图跟随却永远追不上同步转速。这一滞后正是转差，有转差才会在转子中感生电流、产生转矩。下一单元从旋转磁场与转子的速度差导出感应机的原理与转差(MC-C2)。