第六章其他用途的電動(dòng)機(jī)

第六章

其他用途的電動(dòng)機(jī)第六章其他用途的電動(dòng)機(jī)

在拖動(dòng)系統(tǒng)中，除了使用前面介紹的直流電動(dòng)機(jī)和三相異步電動(dòng)機(jī)外，還有使用其他各種用途的電動(dòng)機(jī)。本章主要介紹一些常用的或新穎的其他用途的電動(dòng)機(jī)，如單相異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、直線電動(dòng)機(jī)等，以適應(yīng)生產(chǎn)和日常生活中的各種需要。下面逐一簡(jiǎn)介它們的結(jié)構(gòu)、工作原理及特點(diǎn)。第一節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：接單相交流電源運(yùn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（定子單相或兩相，轉(zhuǎn)子籠型）成本低廉，運(yùn)行可靠性能遜于三相異步電動(dòng)機(jī)，只制成小容量應(yīng)用

：廣泛應(yīng)用于家用電器、醫(yī)療器械、小型電氣設(shè)備等方面。一、單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作原理脈振磁通勢(shì)的分解或合成1.單相繞組的脈振磁場(chǎng)及分解通入單相繞組的交流電單相交流電單相繞組脈振磁通勢(shì)F正向旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F+反向旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F-分解合成F+與F-大小相同、同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向相反，也可進(jìn)行合成為FF=0F正向最大F=0F反向最大F=02.單相異步電動(dòng)的機(jī)械特性一、單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（T-s)單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)可想象為是由兩臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)合成，其中一臺(tái)磁場(chǎng)F+正轉(zhuǎn)，另一臺(tái)磁場(chǎng)F-反轉(zhuǎn)。F+對(duì)應(yīng)T+=f(s+)，s+=(n1-n)/n1F-對(duì)應(yīng)T-=f(s-)，s-=(-n1-n)/(-n1)=2-s+當(dāng)T+為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，T-就為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩；反之前者是制動(dòng)的，后者就是驅(qū)動(dòng)的。T是兩者的合成轉(zhuǎn)矩。F對(duì)應(yīng)的合成曲線T

結(jié)論：（１）當(dāng)轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，n＝0，s+＝s-＝1，這時(shí)T+＝T-，故Tst＝0，表明單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能自行起動(dòng)。（２）如果外力作用使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這時(shí)s≠1，T≠0。若合成轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則將加速并達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，而旋轉(zhuǎn)的方向由電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的方向來定。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)后，氣隙中的磁場(chǎng)變?yōu)闄E圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。（３）因存在反向電磁轉(zhuǎn)矩T-，起制動(dòng)作用，使得電動(dòng)機(jī)的總輸出轉(zhuǎn)矩減小，所以，單相異步電動(dòng)機(jī)的過載能力,效率,功率因數(shù)等均低于同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)。2.單相異步電動(dòng)的機(jī)械特性一、單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作原理二、單相異步電動(dòng)機(jī)的類型及起動(dòng)方法單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)因脈振磁場(chǎng)而不能自行起動(dòng)，必須在起動(dòng)時(shí)建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。常用的方法是采取分相式或罩極式。1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)定子鐵心上安放在空間相位上相差90°電角度的兩套繞組。兩相對(duì)稱電流兩相對(duì)稱繞組繞組參數(shù)相同、空間隔90°電角圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（幅值不變、轉(zhuǎn)速n1=60f/p)通入兩相合成磁場(chǎng)當(dāng)兩相繞組不對(duì)稱或兩相電流不對(duì)稱時(shí)，例如繞組的匝數(shù)不等，電流的大小不等或相位差不是90°時(shí)，則氣隙中將產(chǎn)生一個(gè)幅值變動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，其合成磁通勢(shì)矢量端點(diǎn)的軌跡為一個(gè)橢圓(長(zhǎng)軸為F++F-，短軸為F+-F-)，即為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分解或合成1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)反之：一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小不等的正向和反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。同樣，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)起制動(dòng)作用。1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)（1）單相電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)主繞組(工作繞組)輔助繞組(起動(dòng)繞組)匝數(shù)較少，導(dǎo)線截面較小，與主繞組相比，電抗小而電阻大（有時(shí)還串一電阻R）

兩電流不同相產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)，使電動(dòng)機(jī)能夠自行起動(dòng)

離心開關(guān)，轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值，斷開起動(dòng)繞組相位差<90°,因而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，適用于輕載起動(dòng)。1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)（2）單相電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)與電阻起動(dòng)不同的是起動(dòng)繞組支路串了一個(gè)電容。電容器選擇適當(dāng)，使IV超前IU的相位達(dá)到90°起動(dòng)時(shí)就有可能得到一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)（3）單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)用于300ｍｍ以上電風(fēng)扇、空調(diào)壓縮機(jī)等的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)和運(yùn)行時(shí)都接入要設(shè)計(jì)成能長(zhǎng)期工作的。電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)兩相電動(dòng)機(jī)，可以提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)和效率，運(yùn)行性能優(yōu)于電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)性能遜色于電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。1.單相分相式異步電動(dòng)機(jī)（4）單相雙值電容電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電容器起動(dòng)電容器即有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又有較好的運(yùn)行性能電動(dòng)機(jī)常用在家用泵、小型機(jī)械等中。單相分相式電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)方法：對(duì)調(diào)主繞組或輔助繞組的兩個(gè)接線端子。2.單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)短路環(huán)凸極式鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子Φ1Φ2φ2通過短路環(huán)時(shí)在其內(nèi)感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)EK短路環(huán)內(nèi)由于感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的電流IK及磁通φK。某時(shí)刻通過短路環(huán)的總磁通φ2φ2與φK的合成是通過短路環(huán)的新總磁通

φ’2φ2總是滯后于Φ1,氣隙中產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)。移動(dòng)的方向總是從未罩住部分轉(zhuǎn)向罩住部分。這也就電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向第二節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)同步電機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步調(diào)相機(jī)n=n1同步電動(dòng)機(jī)三相旋轉(zhuǎn)磁極式同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖一般用于2、4極一般用于4極及以上同步機(jī)的結(jié)構(gòu)中，定子與三相異步電動(dòng)機(jī)類似，接入三相電源，但轉(zhuǎn)子是不同的，是直流勵(lì)磁。一、三相同步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理三相交流電施于三相定子繞組,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)直流電施于轉(zhuǎn)子繞組,產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(極)以某種方法起動(dòng)后,定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間異性相吸,轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)跟隨定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)。定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的夾角θ越大，獲得的切向力越大，T越大θ=0當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩太大時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就無法拖動(dòng)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，稱為“失步”，電動(dòng)機(jī)不能正常工作。改變同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向：三相電源進(jìn)線中的任意兩相對(duì)調(diào)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向改變，與三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)的方法相同。二、三相同步電動(dòng)機(jī)的功率因素調(diào)節(jié)三相同步電動(dòng)機(jī)P2一定，調(diào)節(jié)If的大小時(shí)，會(huì)使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)大小變化。為保持定、轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)不變，定子磁場(chǎng)必定要發(fā)生變化，因而會(huì)引起定子交流電流的大小和相位發(fā)生變化，而相位變化就起調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)的作用。正常勵(lì)磁If，定子電流的cosφ=1，電流最小。過勵(lì)I(lǐng)f↑,轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)↑；定子電流I↑，其從電網(wǎng)吸收的無功電流是容性的（超前），產(chǎn)生的增量磁通是去磁的，以抵消轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)↑。欠勵(lì)I(lǐng)f↓,轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)↓；定子電流I↑，其從電網(wǎng)吸收的無功電流是感性的（滯后），產(chǎn)生的磁通增量彌補(bǔ)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的↓。同步電動(dòng)機(jī)的V型曲線改變勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，這是同步電動(dòng)機(jī)很可貴的特性。由于電網(wǎng)上的負(fù)載多為異步電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載，因此如果將運(yùn)行在電網(wǎng)上的同步電動(dòng)機(jī)工作在過勵(lì)狀態(tài)下，則除拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械外，還可用它吸收超前的無功電流去彌補(bǔ)異步電動(dòng)機(jī)吸收的滯后無功電流，從而可以提高工廠或系統(tǒng)的總功率因數(shù)。所以為了改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，現(xiàn)代同步電動(dòng)機(jī)的額定功率因數(shù)一般均設(shè)計(jì)為1~0.8（超前）。如果將同步電動(dòng)機(jī)接在電網(wǎng)上空載運(yùn)行，專門用來調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，則稱之為同步調(diào)相機(jī)，或稱同步補(bǔ)償機(jī)。二、三相同步電動(dòng)機(jī)的功率因素調(diào)節(jié)三、三相同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到電網(wǎng)時(shí)，定子