西门子PLC模块授权CPU224CN

时间：2023-06-09作者：浔之漫智控技术（上海）有限公司浏览：47

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单相电机经常用来带动功率不大的电动工具和家用电器，如风扇、洗衣机等，它的定子上有两个绕组，一个是工作绕组，一个是起动绕组，两者缺一不可。

不管是单相电机，还是三相电机，它们都是基于电磁感应原理而工作的，所以要真正理解电机的转动，就得理解电磁感应。

一、电磁感应

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。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

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**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绕组电流为正半周较大值，但A绕组电流为零;相位为180°时，A绕组电流为正半周较大值，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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