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磁可以生电,电也可以生磁,它们相伴相随,形影不离。例如导体切割磁力线,就会产生感应电动势(即感应电压),如图1-1中的(2)所示。注意,这里说的是“切割”,换言之,如果导体在磁场中运动,但没有切割磁力线,也不会产生感应电压,如下图1-1的(1)所示。
图1-1
图1-1中移动的是导体,换位思考,如果导体不动,让磁铁动,是不是也会使导体产生感应电动势呢?显然,是会的。想象一下,若图1-1中,导体固定,然后让磁铁分别上下移动和左右移动,当磁铁左右移动时导体就会产生感应电压。但磁铁上下移动时导体不会产生感应电压,因为没有“切割”。
另外,导体切割磁力线的方向有时也会不一样,如下图1-2所示,当导体水平向右移动时,产生的感应电压,要比向右下方向运动产生的感应电压大。这是因为,同一速度,相同时间,导体水平向右运动时切割磁力线的数目比向右下时切割的数目多。
图1-2
导体切割磁力线可以产生感应电压,与此同时,给导体通以电流又可以产生磁场。正是因为这个磁场是由电流产生的,所以当电流发生变化时,磁场也会随之变化,包括大小和方向。这个电流与磁场的方向遵循右手螺旋定则,如下图1-3所示。
图1-3
磁生电,电生磁,那么如果同时存在电和磁,又会怎么呢?这个问题的答案其实就是电机为什么能转的答案。没错,如果同时存在电和磁,那就会产生电磁力,即把一根流过电流的导线放在磁场中,这根导线就会受到电磁力的作用发生运动。
这个很好理解,因为流过电流的导线本身具有磁场,就相当于一根小磁体,把一根小磁体放入另一磁场中(或者说把一根小磁体靠近另一个磁体),那肯定会受到力的作用。
二、电机转动原理
承上启下,单相电机的转子能转动,正是因为受到电磁力的作用,也就是说,转子本身得先有流过电流的导体,然后放在定子产生的磁场中,才能转动。
但问题来了,转子上的电流又从哪里来呢?大家都知道,我们给单相电机通电,其实是给电机的定子通电,并没有给电机的转子通电。其实,答案就在上文,仔细思考,电除了可以直接从电源来,显然还可以利用导体切割磁力线产生!
也就是说,转子的电流,可以通过它的导体切割磁力线产生。显然,磁力线已经有了,由电机定子上的通电线圈产生,只要让转子上导体切割这些磁力线就可以了。
当然,电机在一开始,转子是不动的,所以通过移动导体切割磁力线显然不现实,所以我们就得想办法让磁场动起来,然后被转子导体切割,这就是为什么单相电机加电容的原因!接下来我们一起来看看电机不加电容和加电容的区别。
单相电机定子上的两个绕组在空间上相隔90°,如图1-4所示。A、B两个绕组垂直布置,A为工作绕组,首端为图中标注“A”处,B为起动绕组,首端为图中标注“B”处。两个绕组采用并联的连接方式。
1、电机不加电容时,其接线图正如图1-4所示。
图1-4
假设两个绕组相同,由于是并联关系,所以它们流过的电流也相同,包括大小和方向。这就导致了两个线圈产生的磁场也是一样的,但由于两个线圈空间相隔90°,所以两个磁场也相隔90°。
在这里要说明的一点是,磁场是矢量,所以它在空间上的任一点,只有一个方向,当把两个磁场放在一起,磁力线就会合成。这个理解也不难,就好比是力,力是矢量,我们用手推动木块移动,一只手往左推,一只手往上推,那么木块受到的力,就是两个力的合成力,所以木块会往左上方移动,如图1-5所示。
图1-5
同理,定子上两个线圈产生的磁场和称号后如下图1-6所示。图中A、B对应电机两个绕组的首端,根据右手螺旋定则,当电流处于正半周,电流从首端流入,产生的磁场方向为顺时针;电流从末端流出,产生的磁场为逆时针。
图1-6
此时对B绕组来说,产生的磁场方向为向下,而A绕组产生的磁场方向为向右,所以它们产生的合成磁场方向为右下方向,如图1-6所示。依次再得出电流处于负半周时的合成磁场方向。
对比图1-6的两个磁场,可以发现,随着电流的交变,磁场的方向也在往复变向,但不管磁场怎么变,它和转子导体间都不会产生切割运动,这就相当于图1-1的(1)中的磁铁上下往复运动,导体不会产生感应电压,即转子不会产生电流,没有电流流过的转子,即使处于磁场中,也不会受到电磁力的作用发生旋转!
2、电机加电容时,其接线图正如图1-7所示。
两个绕组仍然是并联的连接关系,但起动绕组是先串接一个电容再与工作绕组并联。串接电容的起动绕组,它的电流就会超前工作绕组电流90°,导致流过两个绕组的电流不同步,如图1-7所示。
图1-7
例如,当相位为90°时,B绕组电流为正半周最大值,但A绕组电流为零;相位为180°时,A绕组电流为正半周最大值,但B绕组电流为零。它们产生和合成磁场方向如下图1-8所示,90°时,A绕组没有电流,定子磁场全由B绕组产生,由于B绕组电流为正,所以电流从首端流入,磁场方向为顺时针,同理,电流从B绕组末端流出,磁场方向为逆时针,所以定子磁场方向为竖直向下。
图1-8
其他两个磁场方向大家也可以根据右手螺旋定则自行判断,在此我就不一一分析。从图1-8可以看到,定子磁场是随着电流的交变而转动的,一旦磁场转动,那么就会被转子上的导体切割,从而产生感应电压。又由于转子导体是闭合回路,所以就会产生感应电流,一旦有了电流,这些转子导体就会受到电磁力的作用发生旋转。
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