旋轉磁場

旋轉磁場是一個由對稱分佈的線圈組成的系統，其中施加多相交流電流所形成的總和磁場。旋轉磁場多半是用多相（例如二相或是三相）電流產生，不過也可以用單相電流產生。若用單相電流產生旋轉磁場，會有二個場繞組，並且會設計讓兩個繞組產生的磁場不同相。

旋轉磁場用在許多电动机械学的應用中，例如异步电动机、发电机和（induction regulator）。
歷史
1824年，法國物理學家弗朗索瓦·阿拉戈說明了旋轉磁場的存在，其作法是用旋轉的銅盤和一根針，稱為。英國實驗家查尔斯·巴贝奇和約翰·赫歇爾在銅盤下旋轉馬蹄形磁鐵，感應銅盤旋轉，後來英國科學家麥可·法拉第將此歸因於电磁感应。1879年，英國物理學家將馬蹄形磁鐵改為四個電磁鐵，人工的開啟關閉，讓銅盤旋轉，這是第一個感應電動機的原型

旋轉磁場的概念是由義大利物理學家和電機工程師加利莱奥·费拉里斯，以及塞爾維亞-美國發明家和電機工程師尼古拉·特斯拉所提出。费拉里斯研究了交流電機的理論和設計，於1885年在教室展示中建立了一個可運作的模型，但一直到1888年才和大眾公開其想法。特斯拉在1888年代早期作了許多設計和模型，但多以失敗收場，一直到1887年才作了可運作的原型Debunking the Tesla Myth。Friedrich August Haselwander依照费拉里斯旋轉磁場的概念，在1887年發展了全世界第一個三相發電機。费拉里斯在1888年將其研究以論文方式，發表給位在都灵的皇家科學會，特斯拉則因其設計取得了美國專利（US patent 0381968）。以Haselwander的發電機為基礎，開發三相的發電機和電動機，是為了在1891年在德國法蘭克福興建，全世界第一個三相電廠所設計AC Power History and Timeline。

說明
旋轉磁場是异步电动机運作的基本原因。異步電動機包括定子和转子。定子中會配置繞組，因此用多相電流產生磁場，磁場的角速度則由交流電的頻率決定。轉子或是电枢是由繞在槽內的線圈組成，線圈之間短路，因此場磁極產生的變化磁通量會感應電流。電樞電流產生的磁場和場磁極有交互作用，電樞以規劃好的方向旋轉。
對稱的旋轉磁場可以用二個極繞（polar wound）線圈，彼此電流相位90度來形成。不過大部份都是使用三組線圈，因為可以對應平衡三相交流電。三組線圈以相位差120度的三相電流來驅動。以此例來說，磁場是繞組電流的線性函數。

將馬達上三個相位120度的正弦曲線相加，會得到一個大小是定值的旋轉向量Production of rotating magnetic field, | electricaleasy.com。轉子有固定大小的磁場，轉子的磁北極會往定子磁場的磁南極移動，反之亦然。這個磁場的效應讓轉子和旋轉磁場。

alt=|thumb|640x640px|三相旋轉磁場，里黑色箭頭表示磁場方向|center
此磁場裡的磁鐵會跟著旋轉磁場旋轉，以對正外部磁場。早期的交流電動機就是應用此效應。二個垂直的線圈，上面的交流電流有90度的相位差，即可產生旋轉磁場。不過，實務上，會用三相系統進行供電，各相的電流不同，此差異會讓導體上的電流過大，造成嚴重問題。因此，會使用三相電系統，其中三相的相位差120度，配合三個在空間中差120度的線圈，這樣三相的電流量值就會相等。而三個線圈也會產生旋轉磁場。三相系統可以產生電動機需要的旋轉磁場，這也是全世界的供電系統主要是三相系統的原因。

感應電動機中也使用旋轉磁場。感應電動機的轉子不是磁鐵，而是短路的導線，會跟隨著多極定子產生的磁場旋轉，短路的轉子會在定子旋轉磁場下產生渦電流，透過洛伦兹力讓轉子旋轉。但轉子和磁場之間需有相對運動才能產生電流，因此轉子和旋轉磁場不會同步，兩者頻率之間會存在滑差。

相關條目
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參考資料

延伸閱讀

  Beckhard, Arthur J., "Electrical genius Nikola Tesla".  New York, Messner,  1959. LCCN 59007009 /L/AC/r85 (ed. 192 p.; 22 cm.; biography with notes on the inventions of the rotating magnetic field motors for alternating current.)

 Labzovskii, L.N., A.O. Mitrushchenkov, and A.I. Frenkel, "Parity Nonconserving Current in Conductors of Electricity". 6 July 1987. (ed., Shows that the continuous current arises under the influence of the rotating magnetic field.)
 Naval Electrical Engineering Training Series, Module 05 - Introduction to Generators and Motors, Chapter 4 Alternating Current Motors, Rotating magnetic fields (ed. different copy of the NEETS book is available, Add-free version)
 Rotating Magnetic Field, eng.ox.ac.uk
 Tesla's Autobiography, III. My Later Endeavors; The Discovery of the Rotating Magnetic Field
 Nikola Tesla and the electro-magnetic motor, Inventor of the Week Archive.
 Galileo Ferraris: the rotating magnetic field
 Single Phase Induction Motors
 H.Y. Guo, A.L. Hoffman, D. Lotz, S.J. Tobin, W.A. Reass, L.S. Schrank and G.A. Wurden, The Rotating Magnetic Field Oscillator System for Current Drive in the Translation, Confinement and Sustainment Experiment, March 22, 2001.
  Putko, V. F., and  V. S. Sobolev, Effect of a rotating magnetic field on the characteristics of a direct-current plasma generator.
  Construction of a generalized mathematical model and fast calculations of plane-parallel rotating magnetic fields in process reactors with longitudinal currents of cylindrical inductors on a graphical calculator. https://www.researchgate.net/publication/385877325

 外部連結 
 Rotating magnetic field: interactive lecture
 Rotating field animation (YouTube video)
 "Rotating magnetic fields". Integrated Publishing.
 "Induction Motor – Rotating Fields".

專利
 , Tesla, "Electromagnetic motor".
 , Ress, "Particle accelerator".

Category:电磁元件