本仪器包括永磁式旋转磁场和电磁式旋转磁场、磁针、铝框和塑料框、鼠笼式转子和支座等部分,见图38-1。
蹄形磁铁:用两块铁氧体嵌在一个铁制蹄形支架里构成。铁架总高100毫米,宽95毫米,厚25毫米。
电磁式旋转磁场:由间隔互为120°的三个线圈构成,每个线圈分别用直径0.21毫米的高强度漆包线绕400匝,并分别用黄、绿、红三色调丝带捆扎牢固。三个线圈按星形(Y)接法连接好。
磁针:为翼形,长40毫米,中间装嵌玻璃轴眼。
铝框和塑料框:铝框用厚0.5毫米铝板围成,长40毫米,高60毫米,宽7毫米。塑料框的尺寸与铝框完全一样。
鼠笼:由0.5毫米厚的铝板冲制成笼状,其直径35毫米,高40毫米。
在一个可旋转的蹄形磁铁门,放一可自由转动的铝框(或鼠笼)。当蹄形磁铁转动时形成一旋转的磁场,它的磁力线就切割锅框(或鼠笼),由于铝框为闭合导体,因而在铝框中产生感生电动势。据右手定则可知,铝框(成鼠笼)一边感生电流的方向垂直纸面远离读者。另一边感生电流的方向垂直纸面指向读者,用⊙表示,见图38-2。根据左手定则可知,铝框(或鼠笼)中感生电流所受磁场作用力的方向,是大小相等而方向相反,从而形成一个
转动力矩,使铝框(或鼠笼)与蹄形磁铁旋转方向同向转动。
将蹄形磁铁换成三个互成120°的线圈,当通入三相电流时,在线圈中间产生一个旋转磁场。旋转磁场转动时,铝框(或鼠笼)切割磁力线也产生感生电流,从而形成转动力矩使转子转动。
旋转磁场的演示
在永磁式旋转磁场演示器中间,放入支座,把磁针架在支座上,使其能自由旋转。然后用手捻动磁铁,使磁铁旋转。此时,磁针也跟着旋转起来。说明磁针在旋转磁场的作用下能够发生转动。再用电磁式旋转磁场演示器作此实验,把它和三相交流发电机连接起来,当发电机工作时,可以看到置于线圈中间的磁针也旋转起来,说明当线圈中通入三相交流电时,在三个线圈包围的空间同样建立起一个旋转磁场。
使用电磁式旋转磁场演示器,把铝框放在支座上,当在线圈中通入三相交流电时,铝框随即旋转起来。这是因为当铝框处于旋转磁场中时,铝框的两条竖边作切割磁力线的运动,根据右手定则,铝框中产生环形的感生电流,这个感生电流又受到磁场的作用,再根据左手定则,铝框将受到一个力偶的作用,因而使它转动起来,并且铝框的旋转方向与旋转磁场的方向一致。从上面的分析可知,只有当铝框比磁场转得慢,它们之间才有相对运动,铝框才切割磁力线产生感生电流而受力旋转。所以铝框的旋转速度总是滞后于磁场的旋转速度。这种现象叫异步,根据上述原理制造的电动机,称为三相异步电动机,也叫三相感应电动机。
塑料框是为了消除学生不必要的疑虑而设置的,可以与铝框作对比实验,用来巩固上述的分析。
鼠笼可以看作是许多个铝框围绕中心轴排列在一起组成的,演示效果与铝框一样,为进一步说明三相感应电动机的构造打下基础。