高中電工機械_單相感應電動機_單相感應電動機之原理_江彥良

在這個單元裡,我們首先要介紹的是雙旋轉磁場理論。 當單向感應電動機的定製,如果只有裝設單向烙組, 並接上單向交流電源後,它會產生一個位置不變 而大小隨時間做正旋變化的單向脈動交變磁場。 在此我們可以與之前所學習過的單元,三向感應電動機做一個比較。 三向感應電動機為一個大小不變,但位置會隨時間變化之旋轉磁場。 所以從這裡的討論我們就可以發現,單向感應電動機產生的磁場是脈動的, 三向是旋轉的。我們可以把單向脈動磁場分解成兩個大小相等, 分別是Phi1與Phi2,它的大小都為峯值的二分之一, 速度相同但反向旋轉的磁場所構成,稱作為雙旋轉磁場。 依據之前轉差率的定義,我們可以定義出順轉向的轉差率S1等於NS-NR除以NS, 逆轉向的轉差率S2等於NS--NR除以NS,順轉向的轉差率與逆轉向的轉差率的和為二。 接下來我們可以從這張圖中來說明一下,單向脈動磁場如何分解成雙旋轉磁場。 首先看第一個時間點時,此時單向脈動磁場為正峯值, 我們可以把它分解成均直向上方的Phi1與Phi2所合成。 第二個時間點可以分解成直向左上方的Phi1與直向右上方的Phi2所合成。 第三個時間點可以分解成直向左方的Phi1與直向右方的Phi2所合成。 第四個時間點可以分解成直向左下方的Phi1與直向右下方的Phi2所合成。 第五個時間點可以分解成均直向下方的Phi1與Phi2所合成。 從這五個時間點我們可以發現,Phi1為逆時針旋轉,Phi2為順時針旋轉, 它們兩個大小均相等,卻反向旋轉,此即為雙旋轉磁場理論。 依據之前三項改變用具所定義出的轉差率與轉矩特性曲線, 我們可以定義出順轉向的轉差率S1所決定出來的轉矩曲線T1, 與逆轉向的轉差率S2所決定出的轉矩曲線T2。 兩者合成為中間藍色部分T曲線。 首先我們觀察啟動瞬間,啟動瞬間不管是順轉向或逆轉向, 此時的轉差率均為1,我們可以發現在此時所合成出來的轉矩為0。 所以在此我們得到第一個重要的結論,單向感應電動機如果做裝設單向烙組的話, 它是無法自行啟動的,在此時如果我透過外力使轉子朝順轉向旋轉, 此時會發現順轉向的轉矩會逐漸大於逆轉向的轉矩, 使轉子逐漸加速到負載所需的轉矩處。 接下來我們對剛剛的轉矩特性曲線再做一個重點整理, 啟動時進轉矩是0,所以單向感應電動機是無法自行啟動的, 這個就是與之前三向感應電動機所做的比較, 單向感應電動機如果做裝設單向烙組,它為一個慢移動磁場, 無法自行啟動,但三向感應電動機為一個旋轉磁場,它可以自行啟動。 運轉時,如果我透過外力使轉子朝任意方向轉動, 此時順轉向的轉矩將會逐漸大於逆轉向的轉矩, 使轉子朝該方向加速至負載所需轉矩處。 從剛才的討論我們已經發現,單向感應電動機如果做一組烙組是無法自行啟動的, 那麼有什麼方法可以幫助單向感應電動機自行啟動呢? 接下來我們就要介紹兩向烙組的啟動原理。 為了讓單向感應電動機能夠自行啟動, 我們必須要增設一個輔助烙組,讓它與主烙組共同作用, 產生兩向旋轉磁場,來提供我們所需的啟動轉矩。 方法為在電子當中放置空間互隔90度電機角的兩向烙組, 並輸入相位相隔90度電機角的兩向電流。 接下來我們將說明兩向旋轉磁場的原理。 首先我們會在空間當中放設兩組烙組,分別是A烙組與B烙組, 兩者於空間當中相隔90度電機角。 接下來A烙組通入IA電流, B烙組通入IB電流, 兩向電流相隔90度電機角。 在此我們對電流的方向做一個定義, 當正半軸時電流會從A進A'出, 負半軸時電流會從A'進A'出。 接下來我們來看第一個T0時間點。 T0時間點時,IA為0,IB為負楓值, 所以此時A向烙組並沒有電流, B向烙組的電流方向為B'進B'出。 依據安培優鎖定則, 我們可以知道此時B向烙組會產生一個直向下方的磁場。 接下來看T1時間點。 T1時間點時,IA為楓值的2分之√2倍, IB為負楓值的2分之√2倍, 此時A烙組的電流方向為A進A'出, B烙組的電流方向為B'進B'出, 此時A烙組會產生一個直向左方的磁場, B烙組會產生一個直向下方的磁場, 兩個磁場的大小均為楓值的2分之√2倍, 兩個磁場再合成出φ直向左下方。 接下來看T2時間點。 T2時間點時,IA為正楓值, IB為0, 所以此時A向的電流為A進A'出, B向並沒有電流, 所以此時產生的磁場為直向左方的磁場, 大小為楓值。 接下來我們來看T3這個時間點時, IA與IB均為楓值的2分之√2倍, 此時A烙組的電流方向為A進A'出, B烙組的電流方向為B進B'出, 此時A烙組所產生的磁場為直向左方的磁場, B烙組所產生的磁場為直向上方的磁場, φA與φB的大小均為楓值的2分之√2倍, 兩者合成出來的磁場為直向左上方的φ。 接下來我們再回顧T0、T1、T2、T3 這四個時間點所產生的磁場方向。 首先T0瞬間時,磁場直向下方。 T1時,磁場直向左下方。 T2時,磁場直向左方。 T3時間點時,為直向左上方的磁場。 從T0、T1、T2、T3這四個時間點的磁場來觀察, 我們發現磁場的確是在做旋轉。 接下來我們可以定義出旋轉磁場的轉數NS為P分之120F。 接下來兩項旋轉磁場,從剛才的討論當中我們可以發現, 在任意位置的磁場強度皆相等, 為每項烙組所產生的最大磁場強度。 在此可以與三項旋轉磁場做一個比較。 三項旋轉磁場一樣在任意位置的磁場強度皆相等, 但大小為每項最大磁場強度的1.5倍。 兩項旋轉磁場的旋轉方向是看主烙組的空間角 超前或落後輔助烙組來決定。 所以如果我們想要使轉子反轉的話, 只需對調主烙組或輔助烙組兩端接線。 本單元結束,謝謝收看。