第4节 多相电机设计 (修订中)
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# 1. 交流电机
与单相相比，多相交流电源最重要的好处可能是交流电机的设计和运行。
正如我们在本书第一章中所研究的那样，某些类型的交流电机 (opens new window)在结构上与其对应的交流发电机（发电机）几乎相同，由固定的绕组和旋转的磁体组件组成。（其他交流电机设计并不是那么简单，但我们将把这些细节留给另一课）。
顺时针交流电机运行。
如果旋转磁铁能够跟上激励电磁线圈（线圈）的交流电的频率，它将继续顺时针拉动。（上图）
但是，顺时针不是该电机轴旋转的唯一有效方向。它可以很容易地通过下图中相同的交流电压波形以逆时针方向供电。
逆时针交流电机运转。
# 2. 启动交流电机
请注意，在具有完全相同的极性循环序列（电压、电流和线圈产生的磁极）的情况下，磁转子可以沿任一方向旋转。
这是所有单相交流“[感应](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/experiments/chpt- 同步 (opens new window)”电机的共同特点：它们没有正常或“正确”的旋转方向。此时自然会出现一个问题：如果电机能够以任何一种方式运行，它如何能够按预期的方向启动？
答案是这些电机需要一点帮助才能启动。曾经帮助向特定方向旋转。只要绕组保持交流电源，它们就会继续以这种方式旋转。
单相交流电机在一个方向上的“帮助”来自哪里可能会有所不同。
通常，它来自另一组绕组，其位置与主绕组不同，并由与主电源异相的交流电压供电。（下图）
单向启动交流两相电动机。
这些辅助线圈通常与电容器串联，以在两组绕组之间引入电流相移。（下图）
电容相移增加了第二相。
该相移从线圈 2a 和 2b 产生磁场，该磁场与来自线圈 1a 和 1b 的磁场同样不同步。
结果是一组具有确定相位旋转的磁场。正是这种相位旋转将旋转的磁铁拉向一个确定的方向。
# 3. 启动多相交流电机
多相交流电机不需要这种诡计就可以朝确定的方向旋转。因为它们的电源电压波形已经有一个确定的旋转顺序，所以电机的固定绕组产生的相应磁场也是如此。
事实上，所有三相绕组组一起工作的组合产生了通常称为_旋转磁场的_情况。正是这种旋转磁场的概念激发了尼古拉·特斯拉设计世界上第一个多相电气系统（只是为了制造更简单、更高效的电机）。
后来发现了多相电源相对于单相电源的线路电流和安全优势。
# 4. 线性灯串类比
通过类比，可以使令人困惑的概念变得更加清晰。
你见过一排闪烁的灯泡，比如圣诞装饰品中使用的那种灯泡吗？当灯泡依次交替发光和变暗时，一些弦似乎朝着一个确定的方向“移动”。其他琴弦只是闪烁，没有明显的动作。两种灯泡串的区别是什么？
答：相移！
检查在任何给定时间每个其他灯泡都点亮的一串灯，如下图所示
相序 1-2-1-2：灯似乎在移动。
当所有“1”灯泡都亮起时，“2”灯泡变暗，反之亦然。通过这种闪烁顺序，灯泡的光没有明确的“运动”。
你的眼睛可以像从右到左一样容易地跟随从左到右的“运动”。从技术上讲，“1”和“2”灯泡闪烁序列是 180° 异相（彼此完全相反）。
这类似于单相交流电机，它可以在任一方向上同样容易地运行，但它不能自行启动，因为它的磁场交替缺乏明确的“旋转”。
现在让我们检查一串灯，其中有三组灯泡要排序，而不是只有两组，并且这三组在下图中彼此异相相同。
相序： 1-2-3：灯泡似乎从左向右移动。
如果照明顺序为 1-2-3（顺序如（上图）所示），灯泡会出现从左到右“移动”的现象。
# 5. 圆形灯串类比
现在想象一下这个闪烁的灯泡串排列成一个圆圈，如下图所示。
圆形排列；灯泡似乎顺时针旋转。
现在上图中的灯光似乎在顺时针方向“移动”，因为它们是围绕一个圆圈而不是直线排列的。
如果灯泡的相序颠倒，运动的外观也会颠倒，这不足为奇。
根据相序，闪烁模式将出现顺时针或逆时针移动。
这类似于具有三组绕组的三相 (opens new window)交流电机，由下图中三个不同相移的电压源供电。
三相交流电机：相序1-2-3使磁铁顺时针旋转，3-2-1使磁铁逆时针旋转。
相移小于 180°，我们得到了磁场的真正旋转。对于单相电机，自启动所需的旋转磁场必须通过电容相移产生。对于多相电机，必要的相移已经存在。
另外，多相电机的轴旋转方向很容易反转：只需交换连接电机的任意两条“热”线，它就会以相反的方向运行！
# 6. 总结
- 交流“感应”和“同步”电机的工作原理是让旋转磁体跟随固定绕组产生的交变磁场。
- 这种类型的单相交流电机需要帮助才能开始向特定方向旋转。
- 通过将小于 180° 的相移引入这种电机中的磁场，可以确定明确的轴旋转方向。
- 单相感应电动机通常使用与电容器串联的辅助绕组来产生必要的相移。
- 多相电机不需要这样的措施；它们的旋转方向由它们供电的电压的相序决定。
- 交换多相交流电机上的任意两条“热”线将反转其相序，从而反转其轴旋转。
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