基于單相電磁感應的三相異步電動機轉向預判原理探究

何李榮 朱效勇 茹福建

摘要：對于電機轉向識別技術，理論上可分為在線識別和離線識別。電機離線轉向識別可在電機接線前預判電機的轉向，保障電機接線一次正確，有明顯的技術優勢。本文從異步電動機的轉向決定因素分析出發，找到電機的內部繞組布置順序和接入的電源相序共同決定電機轉向。基于電磁感應原理，分別探究Y型接線和△型接線異步電動機的轉向識別方法，并歸納總結一個普適性的三相異步電動機轉向預判原理圖及操作方法。

關鍵詞：異步電動機、轉向預判、單相電磁感應

1異步電動機轉向預判的必要性

三相異步電動機廣泛地應用于拖動各種機械設備，而且各種機械設備往往對電動機都有旋轉方向的要求。對于電機轉向識別技術，理論上可分為在線識別和離線識別。電機轉向在線識別是指將電機通電啟動后，通過檢查電機的轉動部分來確定旋轉方向的一種方法。一般情況下，電機在線試轉向需要將電機與機械設備脫離，試完轉向后，才能將電機與機械設備連接，所以電機安裝到現場后，不能第一時間連接機械設備，而是需要單獨出試驗票對電機進行試轉向。當遇到電機反轉時，還得重新隔離電源，調整電機電源接線，才能進行機械連接。這一過程，流程復雜，耗費人力物力。對于某些特殊結構的設備，其電機與設備不可分離時，采用在線試轉向的辦法有可能造成設備損壞。電機轉向離線識別是指電機在不需要通電啟動的情況下，通過技術方法預判電機轉向的一種方法。由于電機離線轉向識別可在電機接線前預判電機的轉向，可一次性保障電機接線的正確性，其技術明顯優于電機在線識別。

2異步電動機的轉向決定因素

以集中繞組的2極電機為例，假定三相異步電機內部繞組的布置及其連接方式如圖1所示。

該電機的三相繞組分別為U相（U1-U2）、V相（V1-V2）、W相（W1-W2），其中把U1/V1/W1分別命名為U/V/W相繞組的“首端”，則U2/V2/W2為各相繞組的“尾端”;當把U2/V2/W2連接在一起，U1、V1、W1分別引出連接三相電源，則該電機為Y型連接。當把U1/W2、V1/U2、W1/V2分別連接，并從U1、V1、W1分別引出連接三相電源，則該電機為△連接[1]。不管是Y型接線或是△型接線，當接入到電機內部繞組（U1/V1/W1）的電源相序為A/B/C（即正序電源）時，電機的旋轉方向將由電機內部繞組（U1/V1/W1或U2/V2/W2）的布置順序決定。圖1所示的電機內部繞組的布置順序為順時針，如果接入A/B/C相序（正序）電源時，該電機將順時針旋轉，如果接入的電源相序不是A/B/C相序，該電機將逆時針旋轉。由此，一臺三相異步電動機的轉向由電機的內部繞組布置順序以及接入的電源相序決定，兩者改變其一，電機轉向將發生改變。

3Y型接線的三相異步電動機的轉向識別原理

Y型接線的三相異步電動機的轉向識別原理見圖3和圖4（注：試驗接線時，電機內部繞組的布置情況實際是看不到的，但電機內部繞組的布置順序只有順時針和逆時針兩種情況，其圖3是假定電機內部繞組按順時針布置;圖4假定電機內部繞組按逆時針布置）。

對圖3進行分析：當接通圖3中的開關時，直流毫伏表將會有一個固定正偏指示（U相的分壓），同時電機內部將形成如圖3所示的電流方向及其磁場方向。此時如果順時針盤動電機轉子時（即盤動方向與三相繞組的布置順序相同），W相繞組將切割磁力線，由電磁感應右手定則可判別出W相繞組將產生由W相流向中性點的感應電動勢，該電動勢與原U相分壓方向相同，因此直流毫伏表指示將出現增加;反之，如果逆時針盤動電機轉子時（即盤動方向與三相繞組的布置順序相反），W相繞組將產生由中性點流向W相的感應電動勢，該電動勢與U相分壓方向相反，因此直流毫伏表指示將減小。同理，對圖4進行分析，同樣可以得出“當盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相同時，直流毫伏表的指示將增大;當盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相反時，直流毫伏表的指示將減小”的結果。

4△型接線的三相異步電動機的轉向識別原理

△型接線的三相異步電動機的轉向識別原理見圖5和圖6：（其中圖5的電機繞組假定按順時針布置;圖6的電機繞組假定按逆時針布置）

對圖5進行分析：當接通圖5中的開關，直流毫伏表將會有一個固定正偏指示（W相的分壓），同時電機內部將形成如圖5所示的電流方向及其磁場方向。此時如果順時針盤動電機轉子（即盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相同），可分析出W相繞組中的磁力線將增加，根據楞次定律，W相將產生由W1流向W2的感應電動勢，W相的感應電動勢方向與原W相分壓方向相同，因此直流毫伏表指示將增加;反之，如果盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相反時，直流毫伏表的指示將減小。同理，分析圖6，同樣可以得出“當盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相同時，直流毫伏表的指示將增大;當盤動電機轉子的方向與三相繞組的布置順序相反時，直流毫伏表的指示將減小”的結果。

5三相異步電動機轉向預判接線原理及判斷

（1）按圖接線;（2）合上開關，直流毫伏表將產生固定正偏;（3）盤動電機轉子：當直流毫伏表指示增大時，說明該電機繞組如果按照假定電源相序接入時（即U/V/W相繞組接入的電源相序是A/B/C相序），電機將按盤動方向旋轉;反之，當直流毫伏表指示減小時，說明該電機繞組按照假定電源相序接入，電機將按盤動的反方向旋轉。

以上展示的是一種三相異步電動機轉向預判接線原理，屬于一種原理性分析探究。在實際應用時，我們需要綜合考慮直流電源電壓、毫伏表量程與精度、電機功率范圍、儀器功耗及續航、元器件散熱、設備可靠性、結果顯示等多種因素的影響，并在儀器設計時妥善處理。

參考文獻：

[1]喬長君.電動機檢修速查手冊.化學工業出版社，2009.