第八章 单相交流串励电动机

定子铁心
转子铁心
定子
换向器
1 2
1－换向片； 2－塑料壳体； 3－云母片
3
3
二、工作原理
外加直流电压时
I f Ia U Te CT I a Ia
u i i f ia I m sin t
外加交流电压时
(t ) m sin t
Te CT (t )i (t )
磁路不饱和时 T I 2
2.
I f ( n)
略去 2U ，认为 0 0
1 Cedm n 2 U cos I ( Ra R f ) Ra R f U cos n 2 1 1 Ce C f Cedm Ce C f I 2 2
则
E U cos I ( Ra R f )
第八章 单相交流串励电动机
第一节 概述 第二节 单相交流串励电动机的基本结构和工作原理 第三节 单相交流串励电动机的工作特性 第四节 单相交流串励电动机的调速 第五节 单相交流串励电动机的噪声和无线电干扰
第八章 单相交流串励电动机
本章介绍单相交流串励电动机的结构、工作原理、运行特性和调速方法。
第一节 概述
磁通和电流同时改变方向，转矩方向不变。
第三节 单相交流串励电动机的工作特性
对于直流串励电动机
U E I a ( Ra R f ) 2U E Ce n
对于交流串励电动机
i f d u i ia q
一、磁通
脉振磁通，频率为电源频率
i f d u i ia q
T 1 CTdm I cos 0 平均转矩 2 1 交变转矩，平均值为零，使 CTdm I cos(2t 0 ) 电机振动和噪音增大。 2
T2 f
五、特性
U C,
1.
I f (Te ) ； I f (n) ；n f (Te ) ； f (Te ) cos
I f (Te ) 1 1 ' T CT dm I cos 0 CT C f I 2 cos 0 CT I 2 2 2
第二节 单相交流串励电动机的基本结构和工作原理
一、基本结构
与小功率直流串励电动机结构相同。
定子
定子铁心：0.5mm硅钢片叠成。
定子 定子绕组：由圆漆包线绕制的集 中绕组，与电枢绕组串联。 机壳、端盖等。 结构 转子铁心：0.5mm硅钢片叠成。 转子 电枢绕组：由圆漆包线绕组的单迭绕组。
转子铁心
换向器： T型铜排加云母绝缘。
I
3.
n f (Te )
T C I
' T 2
I T /C
' T
n Te
Ra R f U cos n 2 Ce速自动降低，过 载能力强。
n
Te
图8-19 单相串励电机的机械特性
4.
cos f (Te )
arctan
影响
Ed Eq E
若
i i f ia 2 I sin t
则
d dm sin(t 0 )
取电动势 e 的参考向与电流相同时， E 2 N a f Rdm
2. d 在励磁绕组中产生的变压器电动势
ed N f
dd N f dm cos(t 0 ) 2 Ed sin(t 0 900 ) dt
三、电压方程式和相量图
U I ( Ra R f ) jI ( x a x f ) 2U E Ed Eq
U E Ed Eq I ( Ra R f ) jI ( x a x f ) 2U
cos 的因素
4.44 f ( N f dm N aqm ) 1 Cedm n 2
f cos n E cos
小 n cos 高 Te 大 n cos 低
cos 0.9 ~ 0.95
DT 系列 220V, 60~800W,
8000~14000r/min
DT2系列 220V, 140~1250W, 8000~14300r/min 电动工具
单相交流串励电 动机的基本系列 G 系列 220V, 8~750W, 4000， 6000， 8000
12000r/min
用于化工、医疗器械
U 系列 24V, 110V, 220V, 15~180W, 3600， 4000, 4500, 5600r/min 交直流两用
一、噪声及抑制措施
1. 通风噪声 产生的原因：由冷却风扇转动以及转子表面不光滑产生。 抑制措施：（1）合理的选择风扇的材质、风叶的形状、风扇的外径； （2）电枢槽口和绕组端部表面尽量光滑平整。 2. 机械噪声 产生的原因：轴承、电刷和换向器的摩擦及转子的不平衡。 抑制措施：（1）选用优质轴承，提高装配质量；
（2）转子严格校动平衡；
（3）选用合适的电刷材质、形状和压力。提高换向器的圆度和 表面光洁度。
3. 电磁噪声 产生的原因：转子齿槽产生的周期性单边磁拉力；脉振磁场时磁拉力周期性变化 。 抑制措施：（1）采用斜槽； （2）增大电机的气隙； （3）采用不均匀气隙。
二、无线电干扰及其抑制
产生的原因：换向火化 抑制措施：（1）改善换向，降低火花等级； （2）采用金属外壳对电机屏蔽，并将屏蔽接地； （3）将两个励磁绕组对称的接在电枢两端，增加高频传输阻抗； （4）加滤波器，电容容量为0.1~1µF，电感值约为50~500µH。
调速方法
n
第四节 单相交流串励电动机的调速 U cos I ( Ra R f )
1 Cedm 2
（1）改变电压调速 （2）改变励磁磁通调速 （3）串电阻调速
一、改变电压调速
1. 串晶闸管调速：通过改变晶闸管的导通角，来改变加到绕组上的电压。 2. 串电抗器调速：改变电抗器的抽头，改变加到绕组上的电压。
单相交流串励电动机是交流换向器电动机的一种。 按相数分 交流换向器电动机 按气隙磁场分 脉振磁场 旋转磁场 单相交流换向器电动机 多相交流换向器电动机
①使用方便。交直流两用，调压调速。 单相交流串励电动机的特点 ②转速高、体积小、重量轻。
n T D2 L ③起动转矩大，过载能力强。 Tst (4 ~ 6)TN D2 L T P C
第六节 单相交流串励电动机的应用
优点：转速高；调速方便；起动转矩大；过载能力强。 缺点：噪声大；无线电干扰严重。 应用领域
1. 电动工具
手电钻、冲击钻、电刨、电锯、电动螺丝刀等。 2. 医疗器械 牙钻等 3. 家用电器 电吹风、吸尘器、绞肉机、豆浆机等。
二、感应电动势
电枢绕组切割 d 旋转电动势e
d 交变，在励磁绕组中感应变压器电动势 ed
q 交变，在电枢绕组中感应变压器电动势 eq
1. 旋转电动势 设 d dm sin t
PN ndm sin t 2 N a f Rdm sin t 2E sin t 60a 1 E 2 N a f Rdm Cedm n ； N 2 N a ； 1 a 式中 2 pn fR 不是转子感应电动势的频率，电动势频率为电源频率。 60 由于换向元件损耗和铁耗的存在，磁通 d 在相位上滞后电流i f 一个 0 角。 e Ced n
Eq I ( x d x f ) Ed cos 0 E sin 0 Ux arctan arctan Uy E cos 0 2U I ( R f Ra ) Ed sin 0
若 0 很小，且忽略漏阻抗压及 U 时
arctan
Eq Ed E
二、改变励磁磁通调速
励磁绕组串并联转换，串联时磁通大，转速低；并联时磁通小，转速高。
励磁绕组串联
励磁绕组并联
三、串电阻调速
励磁绕组抽头
在电动机回路中串入电阻，降低加到电机的端电压，减小转速。
第五节 单相交流串励电动机的噪声和无线电干扰
产生的原因：电机转速高；电刷与换向器滑动接触；绕组换向产生的换向火化。
I ；E n
磁路不饱和时
Eq、Ed 、E
n cos
四、电磁转矩
Te CTd (t )i (t ) CTdm sin(t 0 ) 2 I sin t 1 CTdm I cos 0 cos(2t 0 ) T T2 f 2
Ed 4.44 fN f dm
3.
Ed j 4.44 N f dm
q在电枢绕组中产生的变压器电动势
ia q
eq N a dq dt
q qm sin t
与电流同相位
N aqm cos t 2 Eq sin(t 900 )
Eq j 4.44 fN aqm