以前我们老家电灌站修好后,人们第一次听说要用三相动力电30匹马力抽水时,很多人都簇拥在水管出水处两边的水渠上,大家都难以相信仅靠三根铁丝能把水抽上来,有那么神奇。可是不久水就冒上来了,水势滔滔。人们一片欢呼,都跳下水渠感受这水,这电的魔力。然后就是奔走相告。那时人们对电能转变成机械能怀疑,现在大家都知道这是天经地义的事了,但还有很多人对电机是怎样旋转起来不太懂,也就是旋转磁场是怎么形成的不清楚。至于转子在旋转磁场作用下能旋转起来很多人都易想明白,就不哆嗦了。电机里怎样连接线也不在此述说。只把旋转磁场再阐述一下,看能否让人们更深刻地重新认识一下旋转磁场。
首先要认识搞懂三相电的波形图。三相电相序依次假如用ABC表示。在直角坐标系里画三相标准动力电正弦波,除相差120度外,其余要求完全一样。图画大点,多画几个周期,最好先用铅笔绘好再用其它三种颜色笔涂现,分别在波峰上标上对应的相号ABC。然后再把ABC的反相电(也就是相差180度的电)的波形也画在同一个坐标系里,大小和原来ABC相同,也在波峰标上相应的abc符号。各自用对应的颜色画,只是线条比ABC画细点或在用细线的同时还用虚线,以示差别。这时的图就象麻花一样了,上面波峰的相序不再是ABC了。而是AcBaCb周期循环了,我暂且把这图中的电看成是六相电了,AcBaCb依次相差是60度了,A和a是相反的两相电,A端是A相电的首端,a是A相电的末端;相反A也是a相电的末端,a端是a相电的首端。BbCc同理,注意这里看成的是六相电,分别取名叫A,a,B,b,C,c电,它们的首末端也用A,a,B,b,C,c表示,注意理解别搞糊涂了。到此为止可以看到六相电的大小随时间依次连续变化的规律和趋势了,就象六个驴子推磨(磨有六个把手,每把手隔60度机械角)碾米一样,一个撵一个,紧跟不下,这给理解旋转磁场的形成及电机定子槽里布线打下了基础。
在一个很大的面积上画上十个同心圆,圆就代表定子的圆周。相邻两圆要有合适的间距,半径要成等差数列。多于十个也行,只要能把规律看出来就行。这时再把圆均匀地分成定子槽那么多等份,比如24槽或36槽。因为四极电机36槽比较多。以36槽为例,总槽数一般是相数和极数乘积的整数倍。顺时针方向依次标上槽号1、2、3……(反时针也行)36除以极数4再除以相数3得三,这“三”代表每极每相槽数,每极每相槽数是“三”就在圆周的标号旁按槽的序号依次标3A(就是3个A每槽一个A)同理3c、3B、3a、3C、3b、3A、3c、3B、3a、3C、3b这样每个槽号外都标明了该槽里应该是安排哪相电,并且首末端也很清楚了。如总槽数24槽的话就依次是两个两个地标,以此类推。里面的那些同心园就不这样了,把它看成和外圈的槽号分法,各相电的相号排法一样,外面的槽号位置与圆心连线与里面圆周的交点就代表里面圆周上与外面槽号相号对应的位置,不实际用笔画只是用心画。
在六相电的波形图中,每隔30度电角度,也就是十二分之一个周期用铅笔画横轴的垂线,以特殊位置开始(以某相电为零开始,最好A相为零开始)把这垂线分别标称第1、第2、第3……时刻线。垂线与各波形交点的纵坐标的大小就代表这相电的大小,在电机频率和电抗一定时,就代表了此时槽中电流的相对大小。这里约定:瞬时极性为正时表示图中圆周槽那一相电流从外流向里(垂直纸面向里)在槽号位置画一个“×”瞬时极性为负时表示图中圆周槽那一相电流从里流向外,就在槽号位置画一个“●”电流为零的就不标。槽号和相号隔槽远一点标且相邻。叉或圆点标在槽的中心位置上。一切要便于看出规律。把第1时刻线的电的大小,极性标在第一圈上,第一圈标出的结果是所有的A和a的槽电流为零,B相电流为负b相电流为正,C相电流为正c电流为负,所以在A相的 第1、2、3槽不标;在c相的第4、5、6槽里标大圆点;在B相的7、8、9槽标大圆点;在a相的10、11、12槽也不标,在C相的13、14、15槽画叉,在b相的16、17、18槽画叉,在A相的19、20、21槽里也不标,在c相的22、23、24槽标大圆点,在B相的25、26、27槽标大圆点,在a相电的28、29、30槽里不标,在C相的31、32、33槽画叉,在b相的34、35、36槽画叉。其实里面的三个空是因为此时刻A和a电流为零。第1、2、3槽的三个空和接着的六个大圆点构成一极,接着的三个空和六个叉又构成第二极,后面的三个空和六个大圆点构成第三极,再接着的三个空和六个叉又构成第四极。一共四极,磁极是电流形成的,里面的六个叉和六个大圆点的中点就是那一极电流的重心位置,恰是磁极交界处,磁场为零的地方。那三个空的位置中间是电流为零的中心,恰恰是磁极中心位置。9槽形成一个极,这9槽就是一个极相组,极距就是9,四极每极9槽共36槽。外圈是这样,再把第二、第三……时刻线对应的各相电流依次同样填在从外向里的第二圈、第三圈……相应位置上。把所有的圈标完了来观察。就发现形成磁场的电流沿着定子圆周依次移动,磁极也就依次移动。在每一个极相组里各相电流可能不一样大,但他们依次变化互相配合使得电流重心不断移动。也正是三相电连续变化,加上在定子槽里这样有规律的布相布线,才有这样的结果。总体上看移动相当均匀。磁场均匀旋转,转子跟着也就转起来了。如果把间隔很短的两时刻的电流情况标在定子槽里,可能看到形成的叉叉和大圆点的情况好象是一样的,虽然各相电流的极性没变化,可大小各自在变化,因此叉叉,圆点的位置看似没变,可真正的重心也发生了变化。这是很重要的 ,这是我讲在此内容提出“电荷重心”这一概念的目的,就是要让大家体会到电荷重心怎么移动,形成的磁场怎么均匀移动旋转的。这是我写这篇文章的目的。
限于篇幅就此停笔,我相信把旋转磁场怎么形成的说得比较清楚了,请读者结合说明画图思考,必能领会。不足的请大家理解包涵。