第11章-特种电机

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第十一章 特种电机 第二节 磁阻式同步电动机 一、概述 磁阻式同步电动机又称为反应式同步电动机， 磁阻式同步电动机又称为反应式同步电动机，这种电机的 转子本身没有磁性， 转子本身没有磁性，只是利用磁场中可移动部件企图使磁路磁 阻最小的原理， 阻最小的原理， 依靠转子两个正交方向磁阻的不同而产生转 这种转矩称为磁阻转矩或反应转矩。 矩，这种转矩称为磁阻转矩或反应转矩。磁阻式同步电动机由 于结构简单，成本低廉，获得了较为广泛的应用， 于结构简单，成本低廉，获得了较为广泛的应用，目前国内外 磁阻式同步电动机有单相和三相的，功率从几瓦到几百瓦。 磁阻式同步电动机有单相和三相的，功率从几瓦到几百瓦。
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第十一章 特种电机 第一节 单相异步电动机 一、概述 所谓单相异步电动机是指正常情况下用单相交流电源供电 的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、 的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪 声小等优点。由于只需要单相电源供电，使用方便， 声小等优点。由于只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用 于工业、农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、 于工业、农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、电动 工具、医疗器械等使用较多。与同容量的三相异步电动机相比 工具、医疗器械等使用较多。 单相异步电动机的体积较大，因此一般只做成小容量的。 较，单相异步电动机的体积较大，因此一般只做成小容量的。 单相异步电动机的运行原理和普通三相异步电动机基本相 但有其自身的特点。 同，但有其自身的特点。单相异步电动机通常在定子上有两相 绕组，转子是普通鼠笼型的。 绕组，转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供 电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。 电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。
第十一章 特种电机 5. 罩极式异步电动机 罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式， 罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式，由硅钢片叠 压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组， 压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组，在每极的极靴一 边开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来， 边开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来，转 子是鼠笼式结构，如图11-7所示。 所示。 子是鼠笼式结构，如图 所示
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a) 11–3
a) b)
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第十一章 特种电机 2. 电容分相起动异步电动机 电容分相起动异步电动机是在副绕组中串联电容再通过一个 离心开关和主绕组并联接到单相电源上，如图11-4所示。 由于电 所示。 离心开关和主绕组并联接到单相电源上，如图 所示 容的作用副绕组回路的阻抗呈容性， 容的作用副绕组回路的阻抗呈容性， 而主绕组回路的阻抗呈感 从而导致两相绕组中电流的相位差较大。因此， 性，从而导致两相绕组中电流的相位差较大。因此，电容分相起 动异步电动机具有较大的起动转矩。 动异步电动机具有较大的起动转矩。电容分相起动异步电动机改 变转子旋转方向的方法与电阻分相起动异步电动机的一样。 变转子旋转方向的方法与电阻分相起动异步电动机的一样。
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第十一章 特种电机 二、工作原理 1. 一相绕组通电时 单相异步电动机定子两相绕组是主绕组m及副绕组 ， 单相异步电动机定子两相绕组是主绕组 及副绕组a，它们一 及副绕组 般是相差90°空间电角度的两个分布绕组， 般是相差 °空间电角度的两个分布绕组，通电时主绕组及副绕组 都要产生空间分布的磁动势。 都要产生空间分布的磁动势。 定子绕组所产生的磁动势实际上是 两相绕组产生的磁动势的叠加。 两相绕组产生的磁动势的叠加。 由于副绕组是用于单相异步电动 机的起动及改善运行性能， 机的起动及改善运行性能， 所以首先分析只有主绕组一相绕组通 电时的机械特性， 电时的机械特性， 在此基础上再讨论定子两相绕组同时通电时的 机械特性。 机械特性。
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第十一章 特种电机 根据交流电机的旋转磁场理论， 根据交流电机的旋转磁场理论 ， 若单相异步电动机只有主 绕组m通入单相交流电 将产生空间正弦分布的脉振磁动势。 通入单相交流电， 绕组 通入单相交流电 ， 将产生空间正弦分布的脉振磁动势 。 该脉振磁动势可分解为转速相同、 该脉振磁动势可分解为转速相同 、 转向相反的两个圆形旋转磁 动势，一个是正转磁动势，一个是反转磁动势。 动势，一个是正转磁动势，一个是反转磁动势。
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a) 11-4
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第十一章 特种电机 3. 电容运转异步电动机 在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用， 在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用，而 且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态， 且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，因而实际上是 两相电机，电动机定子接线如图11-5所示。 这种电机电容的选择 所示。 两相电机，电动机定子接线如图 所示 是按照运行时考虑的， 是按照运行时考虑的，要求在运行时磁动势接近于圆形旋转磁动 以提高电机的运行性能。但在起动时磁动势椭圆度较大， 势，以提高电机的运行性能。但在起动时磁动势椭圆度较大，造 成起动转矩较小，而起动电流较大。 成起动转矩较小，而起动电流较大。
2
（11-2） ）
n1
1
n, s
3
o
Te
− n1
11–1
Te − s
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第十一章 特种电机 曲线具有下列特点： 单相异步电动机的 Te = f ( s) 曲线具有下列特点： （1）当 n = 0 即 s + = s − = 1 时，电磁转矩 Te = 0 ，即无起 ） 动转矩，电机不能够起动； 动转矩，电机不能够起动； （2）当 n ≠ 0 即 s+ 或s− ≠ 1 时，电磁转矩 Te ≠ 0 。如果由 ） 于其它原因使电动机正转后， 于其它原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运 如果电动机反转了，也能继续反转运行。 行。如果电动机反转了，也能继续反转运行。 所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有主绕组， 所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有主绕组，则 无起动转矩。 无起动转矩。
F+
•
•
FF = F−+ Nhomakorabea•
•
F−
•
根据三相异步电机原理， 根据三相异步电机原理 ， 可以将单相异步电动机视为两台 完全一样的三相异步电动机分别作正相序运行及负相序运行时 的叠加。对于正相序运行的三相异步电动机， 的叠加。对于正相序运行的三相异步电动机，其转差率为
n1 − n s+ = n1
（11-1） ）
n, s
• •
根据上述分析可 知，单相异步电动机 若能起动必须具备： ① 定子具有空间不同 相位的两个绕组； ② 两个绕组中通入不 同相位的交流电。
Te
Te − s
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第十一章 特种电机 三、单相异步电动机的分类 单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源， 但是单 单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源， 相异步电动机起动时又要求在两相绕组中通入相位不同的两相 电流。如何把定子绕组中的电流相位分开即“分相”是单相异 电流。 如何把定子绕组中的电流相位分开即“ 分相” 步电动机必须解决的首要问题。根据分相方法的不同就有不同 步电动机必须解决的首要问题。 类型的单相异步电动机。 类型的单相异步电动机。
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第十一章 特种电机 但对于反转磁动势而言，即负相序运行的三相异步电动机， 其 但对于反转磁动势而言， 即负相序运行的三相异步电动机， 转差率应该为
n1 − (−n) 2n1 − (n1 − n) s− = = = 2 − s+ n1 n1
正转电磁转矩与正转转差率的关 系 T+ = f ( s+ ) ，以及反转电磁转矩与反 转转差率的关系 T− = f ( s − ) = f (2 − s + ) 如 中曲线1和曲线 所示。 图11-1中曲线 和曲线 所示。单相异步 中曲线 和曲线2所示 曲线就是曲线1、 的 电动机的 Te = f ( s ) 曲线就是曲线 、2的 叠加，如图中曲线3所示 所示。 叠加，如图中曲线 所示。
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第十一章 特种电机 1. 电阻分相起动异步电动机 电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主绕 组并联接到单相电源上，如图11-3所示。 为使定子两相绕组中电 所示。 组并联接到单相电源上 ， 如图 所示 流存在相位差，在设计上使两相绕组的阻抗不等， 流存在相位差，在设计上使两相绕组的阻抗不等，接在同一电源 上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位， 上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位，达到分 相的目的。 相的目的。这种异步电动机由于受到绕组的制约两相绕组中电流 的相位差不大，因而起动转矩不大。 的相位差不大，因而起动转矩不大。
+
•
•
F−
•
此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。 此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。当 F+ > F− 时，电 T 条曲线如图11-2所示。 所示。 动机的 T+ = f ( s+ ) 、 − = f ( s − ) 及 Te = f (s ) 3条曲线如图 条曲线如图 所示
•
•
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第十一章 特种电机 可见， 可见，当 n = 0 时，若 F+ > F− ，则 Te > 0 ，电动机可以正向起 • • 同理， 动；同理，当 n = 0 时，若 F+ < F− ，则 Te < 0 ，电动机可以反向起 动。
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第十一章 特种电机 2. 两相绕组通电时 当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通入不同相位的两 相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。 相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。一个椭 圆旋转磁动势同样可以分解成一个正转磁动势与一个是反转磁 • 动势。 动势。 +