電機(jī)及電力拖動(dòng)（第五版） 課件 第07章－其它種類的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及感應(yīng)電機(jī)新技術(shù)

第七章其它種類感應(yīng)電動(dòng)機(jī)及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)新技術(shù)

7.1單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

7.2電磁調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

7.3交流換向器式電機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)

7.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)新技術(shù)7.1單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7.1.1單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的工作原理一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)表達(dá)式:脈振磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等（各等于脈振磁動(dòng)勢(shì)振幅的一半），轉(zhuǎn)速相等（都是同步轉(zhuǎn)速），但轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，其中轉(zhuǎn)向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同的稱為正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相應(yīng)的空間矢量表示為；另一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的稱為逆轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，相應(yīng)的空間矢量表示為。把一個(gè)單相繞組用兩套結(jié)構(gòu)完全相同，但相序相反的三相繞組串聯(lián)來(lái)等效。如圖所示。

1）單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如不采取其它措施，電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。2）合成轉(zhuǎn)矩曲線對(duì)稱于s+=s-=1點(diǎn)。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)雖無(wú)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但一經(jīng)起動(dòng)，便可達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工作，而旋轉(zhuǎn)方向則由起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向而定。3）單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力較三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)小，而在負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同的，轉(zhuǎn)差率則較大。單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)：

一個(gè)單相脈振磁動(dòng)勢(shì)可以分解為一個(gè)正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和一個(gè)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，它們幅值相等。但在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，由于轉(zhuǎn)子繞組的磁動(dòng)勢(shì)對(duì)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的去磁作用較強(qiáng)，使反轉(zhuǎn)磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正轉(zhuǎn)磁通，右圖可說(shuō)明這一現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的作用電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的有效轉(zhuǎn)矩：正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T+與逆轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T-的方向是相反的，它們相互抵消后剩下的部分。正轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)差率：逆轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)差率：即當(dāng)s+=0時(shí)，相當(dāng)于s-=2當(dāng)s-=0時(shí)，相當(dāng)于s+=2單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的T-S曲線：02TT-T+02S-=2-S+S+11T正常運(yùn)行，對(duì)正轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2+=s+Xσ2=sXσ2

對(duì)反轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2-=s-Xσ2=（2-s）Xσ2

F+與F-的合成磁動(dòng)勢(shì)不再是一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì)，而是一個(gè)空間作正弦分布、幅值變動(dòng)，非恒速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，合成磁動(dòng)勢(shì)矢量端點(diǎn)描繪的軌跡為一個(gè)橢圓，稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。因此單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)后，就能夠產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。7.1.2單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的主要類型和起動(dòng)方法根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方式不同不同（也就是起動(dòng)方法），單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可分成下列幾種主要類型：一、分相電動(dòng)機(jī)分相電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)原理的依據(jù)：空間不同相的繞組中通以時(shí)間不同相的電流，其合成磁動(dòng)勢(shì)就是一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。1）電阻分相電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子上嵌有兩個(gè)單相繞組，一個(gè)稱為主繞組（或稱為工作繞組），一個(gè)稱為輔助繞組（或稱為起動(dòng)繞組）。兩個(gè)繞組在空間相差90°電角度，它們接在同一單相電源上。特點(diǎn)：產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，起動(dòng)電流較大。二、電容電動(dòng)機(jī)2）電容分相電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上，它和電阻分相電動(dòng)機(jī)相似，只是在輔助繞組中串入一個(gè)恰當(dāng)?shù)碾娙?，則可在電動(dòng)機(jī)中建立起一個(gè)橢圓度較小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在結(jié)構(gòu)上與電容分相電動(dòng)機(jī)一樣，只是輔助繞組和電容器都設(shè)計(jì)成能長(zhǎng)期工作的，實(shí)質(zhì)上這時(shí)成了一臺(tái)兩相電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行性能較好。三、罩極電動(dòng)機(jī)1）凸極式罩極電動(dòng)機(jī)形狀類似直流電動(dòng)機(jī)的定子，如圖，但做成有凸出的磁極，每個(gè)極上裝有集中繞組，稱為主繞組，每個(gè)極的極靴上開(kāi)一個(gè)小槽，槽中嵌入短路銅環(huán)，一般罩住極靴面積的1/3左右。特點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)類似于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的“掃動(dòng)磁場(chǎng)”，實(shí)質(zhì)上是一種橢圓度很大的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)獲得一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。特點(diǎn)：罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，只能在很輕的負(fù)載下起動(dòng)，多用于風(fēng)扇中。正弦繞組就是定子繞組的各槽導(dǎo)體數(shù)并不相等，而是按一定規(guī)律分布，使氣隙磁動(dòng)勢(shì)分布盡可能為一正弦波。7.1.3正弦繞組2）隱極式罩極電動(dòng)機(jī)隱式罩極電動(dòng)機(jī)定子分布繞組展開(kāi)圖隱極式罩極電動(dòng)機(jī)的定子鐵心和一般三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子鐵心一樣，但是在定子槽中嵌有兩套繞組，即主繞組1和罩極繞組2，為了盡可能減少定子諧波磁動(dòng)勢(shì)，改善電動(dòng)機(jī)性能，單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可以采用“正弦繞組”。7.2電磁調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電磁調(diào)速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)亦稱滑差電動(dòng)機(jī)，從原理上看，它實(shí)際上就是一臺(tái)帶有電磁滑差離合器的普通籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，其原理如圖所示。電磁離合器原理如圖1-電樞2-磁極電磁滑差離合器的工作原理和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的相同，電磁力矩的大小決定于磁極磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和電樞與磁極之間的轉(zhuǎn)差。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，若改變勵(lì)磁電流的大小，則為使電磁轉(zhuǎn)矩不變，磁極的轉(zhuǎn)速必將發(fā)生變化，這就達(dá)到了調(diào)速的目的。優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣（可達(dá)10:1），而且調(diào)速平滑，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，最適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)。缺點(diǎn)：損耗較大，效率較低，尤其在低速時(shí)尤為嚴(yán)重，不宜在低速下長(zhǎng)期工作。7.3單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和直線電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介7.3.1單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作原理與直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)相同，從原理上看，串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是可以交、直流兩用的。在構(gòu)造上，單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)：①主極鐵心和定子磁軛必須用硅鐵片疊成，而不能用整塊鋼制成。②應(yīng)盡量減少勵(lì)磁繞組匝數(shù)以減小電抗；應(yīng)盡量減小磁路磁阻，并采用較小的氣隙。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性較軟，適用于電動(dòng)工具，目前應(yīng)用較多的是所謂“換向器式電動(dòng)機(jī)”,可交直流兩用。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)原理圖7.3.2直線電動(dòng)機(jī)直線電動(dòng)機(jī)：電能轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能，其工作原理與籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同。設(shè)想用一軸向平面沿半徑方向?qū)⒒\型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)剖開(kāi)，并把它拉直，便成為一臺(tái)直線異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)應(yīng)于籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子部分，在直線電動(dòng)機(jī)中稱為初級(jí)、次級(jí)。行波磁場(chǎng)：在直線電動(dòng)機(jī)初級(jí)的三相繞組中通以三相對(duì)稱的交流電流后，三相合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)，它是按U、V、W相序沿直線移動(dòng)的一種磁場(chǎng)，稱為行波磁場(chǎng)。行波磁場(chǎng)在空間作正弦分布。籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)把電動(dòng)機(jī)剖開(kāi)拉直線直線異步電動(dòng)機(jī)直線異步電動(dòng)機(jī)1-初級(jí)2-次級(jí)3-行波磁場(chǎng)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s次級(jí)移動(dòng)速度稱為同步速，單位為米/秒直線電動(dòng)機(jī)有三種結(jié)構(gòu)形式：1）扁平型2）管型3）圓盤(pán)型直線電動(dòng)機(jī)是一種新型電動(dòng)機(jī)，在交通運(yùn)輸和傳送裝置中得到廣泛的應(yīng)用。管型直線電動(dòng)機(jī)圓盤(pán)型直線電動(dòng)機(jī)7.4感應(yīng)電動(dòng)機(jī)新技術(shù)一、雙饋無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與單饋異步電機(jī)相比，雙饋電機(jī)有下列優(yōu)點(diǎn)：1）容易對(duì)轉(zhuǎn)矩和速度進(jìn)行控制；2）能工作為恒頻變速狀態(tài)；3）變換器的總額定功率可以降低，從而減小其尺寸。

傳統(tǒng)的雙饋電動(dòng)機(jī)存在滑環(huán)，從而降低了系統(tǒng)可靠性，進(jìn)而限制了它們的應(yīng)用。新型的雙饋無(wú)刷電動(dòng)機(jī)（DFBM）將兩套繞組均放在定子上，而不再在轉(zhuǎn)子上安放繞組。DFBM保持了傳統(tǒng)雙饋電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又取消了滑環(huán)，從而大大提高了系統(tǒng)可靠性。進(jìn)一步推廣之，如果該DFBM采用鼠籠轉(zhuǎn)子，則稱為雙饋無(wú)刷異步電動(dòng)機(jī)（DFBM）；如果采用磁阻凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，則稱之為雙饋無(wú)刷磁阻電動(dòng)機(jī)（DFBRM）。二、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的VVVF控制2）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的矢量控制3）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制4）交流調(diào)速控制系統(tǒng)的數(shù)字化5）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的智能控制

由于交流調(diào)速系統(tǒng)的種種突出優(yōu)點(diǎn)，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理器芯片的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，交流調(diào)速技術(shù)不斷成熟，交流調(diào)速系統(tǒng)將在幾乎所有工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域中取代直流調(diào)速系統(tǒng)。

三、感應(yīng)電機(jī)的電力電子控制系統(tǒng)集成化

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)與電力電子控制集成系統(tǒng)，可用一個(gè)“集成技術(shù)三角形”說(shuō)明它的基本特征，如圖所示。沉浸、交互和自控是異步電機(jī)與電力電子控制集成系