旋转磁场
旋转磁场1,读音xuán zhuǎn cí chǎng,汉语词语,指的是磁感应矢量在空间以固定频率旋转2。
基本信息
- 中文名
旋转磁场
- 外文名
rotating magnetic field
- 能量类型
电能和转动机械能
- 分类
圆旋转磁场、椭圆旋转磁场
- 拼音
xuán zhuǎn cí chǎng
- 应用
交流电机、测量仪表等装置
- 含义
磁感应矢量在空间以固定频率旋转
概念解释
旋转磁场是一种大小不变,而以一定转速在空间旋转的磁场。在对称三相绕组中流过对称三相电流时会产生一种旋转磁场,该磁场随电流交变而在空间不断地旋转着3。
交流电机气隙中的磁场。因其沿定、转子铁心圆柱面不断旋转而得名。旋转磁场是电能和转动机械能之间互相转换的基本条件。
通常三相交流电机的定子都有对称的三相绕组(见电枢绕组)。任意一相绕组通以交流电流时产生的是脉振磁场。但若以平衡三相电流通入三相对称绕组,就会产生一个在空间旋转的磁场。磁场的对称轴线φ随时间而转动,其转速ns由电流频率f和磁极对数P决定ns称为同步转速或同步速(以转每分表示)。中国应用的工业电源的频率f为50赫,于是两极电机(P=1)的ns=3000转/分;四极电机(P=2)的ns=1500转/分;余类推。
在一般情况下,电流变化一个周期,磁场轴线在空间就转过一对极。
若近似地认为磁场沿圆周作正弦形分布,并用磁场轴线处的空间矢量Ø来代表,用矢量长度表示磁场振幅,则理论分析证明,三相对称绕组通以平衡的三相电流时,产生的是一个振幅不变的旋转磁场。这时矢量Ø在旋转过程中它的末端轨迹为一圆形,故名圆形旋转磁场。这个结论可以推广到一般的多相(包括两相)系统。即多相电机对称绕组通以平衡多相交流电流,则产生圆形旋转磁场。
一般说来,旋转磁场的转向总是从电流超前的相移向电流滞后的相。如果将三相的 3个引出线任意两个对调再接向电源,即通入三相绕组的电流相序相反,则旋转磁场的转向也跟着相反。
如果三相电流不平衡,可用对称分量法把三相电流系统分解为正序电流系统和负序电流系统。正序电流系统产生一个正向圆形旋转磁场,负序电流系统产生一个反向圆形旋转磁场。一般情况,两个磁场振幅大小不等,其合成磁场矢量的末端轨迹为一椭圆形,故名椭圆形旋转磁场。这个结论也可以推广到一般的多相(包括两相)电机。
分类
圆旋转磁场
磁感应强度矢量B的箭头末端沿圆周移动的旋转磁场。
顺时针旋转磁场:三个完全一样的线圈AX、BY、CZ在空间沿着顺时针方向彼此间隔120°,其中BY在AX之后,CZ又在BY之后(右图)。若对这三个线圈的始端A、B、C通入正序的对称三相电流,则在三个线圈的中心处O所产生的磁感应强度矢量B的模B=3/2Bmp(Bmp为每一相电流在O处产生的正弦磁感应强度的振幅),矢量B与x轴的夹角β=π-ωt。这样,随着时间的增加,磁感应强度矢量B的大小保持为3/2Bmp不变,同时以角速度ω在空间作顺时针旋转,故该磁场为顺时针旋转的圆旋转磁场。图2是该磁场中在t=0、T/4、T/2和3/4T时的磁感应强度矢量B的示意图(设A相电流iA的初相位为零)。其中周期T=2π/ω,rA0、rB0和rC0是指示方向的单位矢量,长度为1,方向则与所对应的线圈的绕行方向成右手螺旋关系4。
逆时针旋转的磁场:三个线圈的始端A、B、C处通入负序的三相对称电流,则在三个线圈的中心处O的磁感应强度矢量B的模B=3Bmp/2,但矢量B与x轴的夹角β=ωt。随着时间的增加,磁感应强度矢量B的大小不变,却以角速度ω作逆时针旋转,故该磁场是逆时针旋转的圆旋转磁场4。
三相电动机的正转与反转:三相电动机定子上三个线圈叫做定子绕组。将该电动机接于用户端的三相电源线上,若通入定子绕组AX、BY、CZ始端的是正序的对称三相电流,绕组电流会在电机内产生旋转磁场,使电机正转;若通入的是负序的对称三相电流,则三相电动机反转。三相电动机正常工作时一般是正转的。这样,三相电动机接到三相电源线之前,需先用相序指示器确定好三相电源线的A、B、C的相序4。
椭圆旋转磁场
磁感应强度矢量B的末端移动的轨迹为椭圆的旋转磁场。当三个线圈不一样或者是通入三个线圈始端的是正序(负序)不对称三相电流,则随着时间的增加磁感应强度矢量B末端移动的轨迹为椭圆,故该磁场为椭圆旋转磁场4。