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

第七章其它種類感應(yīng)電動機及感應(yīng)電動機新技術(shù)

7.1單相感應(yīng)電動機

7.2電磁調(diào)速感應(yīng)電動機

7.3交流換向器式電機和直線電動機

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

1）單相感應(yīng)電動機無起動轉(zhuǎn)矩，如不采取其它措施，電動機不能起動。2）合成轉(zhuǎn)矩曲線對稱于s+=s-=1點。單相感應(yīng)電動機雖無起動轉(zhuǎn)矩，但一經(jīng)起動，便可達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工作，而旋轉(zhuǎn)方向則由起動時電動機的轉(zhuǎn)向而定。3）單相感應(yīng)電動機的過載能力較三相感應(yīng)電動機小，而在負(fù)載轉(zhuǎn)矩相同的，轉(zhuǎn)差率則較大。單相感應(yīng)電動機的主要特點：

一個單相脈振磁動勢可以分解為一個正轉(zhuǎn)磁動勢和一個反轉(zhuǎn)磁動勢，它們幅值相等。但在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，由于轉(zhuǎn)子繞組的磁動勢對反轉(zhuǎn)磁動勢的去磁作用較強，使反轉(zhuǎn)磁通遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于正轉(zhuǎn)磁通，右圖可說明這一現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子磁動勢的作用電動機產(chǎn)生的有效轉(zhuǎn)矩：正轉(zhuǎn)磁動勢產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T+與逆轉(zhuǎn)磁動勢所產(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)磁動勢轉(zhuǎn)差率：逆轉(zhuǎn)磁動勢轉(zhuǎn)差率：即當(dāng)s+=0時，相當(dāng)于s-=2當(dāng)s-=0時，相當(dāng)于s+=2單相感應(yīng)電動機的T-S曲線：02TT-T+02S-=2-S+S+11T正常運行，對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2+=s+Xσ2=sXσ2

對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)子繞組的電抗X2-=s-Xσ2=（2-s）Xσ2

F+與F-的合成磁動勢不再是一個脈振磁動勢，而是一個空間作正弦分布、幅值變動，非恒速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁動勢，合成磁動勢矢量端點描繪的軌跡為一個橢圓，稱為橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。因此單相感應(yīng)電動機一經(jīng)轉(zhuǎn)動后，就能夠產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電動機繼續(xù)運轉(zhuǎn)。7.1.2單相感應(yīng)電動機的主要類型和起動方法根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場的方式不同不同（也就是起動方法），單相感應(yīng)電動機可分成下列幾種主要類型：一、分相電動機分相電動機設(shè)計原理的依據(jù)：空間不同相的繞組中通以時間不同相的電流，其合成磁動勢就是一個旋轉(zhuǎn)磁動勢。1）電阻分相電動機電動機定子上嵌有兩個單相繞組，一個稱為主繞組（或稱為工作繞組），一個稱為輔助繞組（或稱為起動繞組）。兩個繞組在空間相差90°電角度，它們接在同一單相電源上。特點：產(chǎn)生的起動轉(zhuǎn)矩較小，起動電流較大。二、電容電動機2）電容分相電動機在結(jié)構(gòu)上，它和電阻分相電動機相似，只是在輔助繞組中串入一個恰當(dāng)?shù)碾娙?，則可在電動機中建立起一個橢圓度較小的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。在結(jié)構(gòu)上與電容分相電動機一樣，只是輔助繞組和電容器都設(shè)計成能長期工作的，實質(zhì)上這時成了一臺兩相電動機，運行性能較好。三、罩極電動機1）凸極式罩極電動機形狀類似直流電動機的定子，如圖，但做成有凸出的磁極，每個極上裝有集中繞組，稱為主繞組，每個極的極靴上開一個小槽，槽中嵌入短路銅環(huán)，一般罩住極靴面積的1/3左右。特點：在電動機內(nèi)產(chǎn)生一個類似于旋轉(zhuǎn)磁場的“掃動磁場”，實質(zhì)上是一種橢圓度很大的旋轉(zhuǎn)磁場，使電動機獲得一定的起動轉(zhuǎn)矩。特點：罩極電動機結(jié)構(gòu)簡單，但起動轉(zhuǎn)矩小，只能在很輕的負(fù)載下起動，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，使氣隙磁動勢分布盡可能為一正弦波。7.1.3正弦繞組2）隱極式罩極電動機隱式罩極電動機定子分布繞組展開圖隱極式罩極電動機的定子鐵心和一般三相感應(yīng)電動機的定子鐵心一樣，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勢，改善電動機性能，單相感應(yīng)電動機可以采用“正弦繞組”。7.2電磁調(diào)速感應(yīng)電動機電磁調(diào)速感應(yīng)電動機亦稱滑差電動機，從原理上看，它實際上就是一臺帶有電磁滑差離合器的普通籠型感應(yīng)電動機，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)電動機的相同，電磁力矩的大小決定于磁極磁場的強弱和電樞與磁極之間的轉(zhuǎn)差。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時，若改變勵磁電流的大小，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：調(diào)速范圍廣（可達(dá)10:1），而且調(diào)速平滑，可以實現(xiàn)無級調(diào)速且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，最適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)。缺點：損耗較大，效率較低，尤其在低速時尤為嚴(yán)重，不宜在低速下長期工作。7.3單相串勵電動機和直線電動機簡介7.3.1單相串勵電動機單相串勵電動機的工作原理與直流串勵電動機相同，從原理上看，串勵電動機是可以交、直流兩用的。在構(gòu)造上，單相串勵電動機特點：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。單相串勵電動機的機械特性較軟，適用于電動工具，目前應(yīng)用較多的是所謂“換向器式電動機”,可交直流兩用。單相串勵電動機原理圖7.3.2直線電動機直線電動機：電能轉(zhuǎn)換成直線運動的機械能，其工作原理與籠型感應(yīng)電動機相同。設(shè)想用一軸向平面沿半徑方向?qū)⒒\型感應(yīng)電動機剖開，并把它拉直，便成為一臺直線異步電動機。對應(yīng)于籠型感應(yīng)電動機的定、轉(zhuǎn)子部分，在直線電動機中稱為初級、次級。行波磁場：在直線電動機初級的三相繞組中通以三相對稱的交流電流后，三相合成磁動勢產(chǎn)生氣隙磁場，它是按U、V、W相序沿直線移動的一種磁場，稱為行波磁場。行波磁場在空間作正弦分布?；\型感應(yīng)電動機把電動機剖開拉直線直線異步電動機直線異步電動機1-初級2-次級3-行波磁場直線感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)差率s次級移動速度稱為同步速，單位為米/秒直線電動機有三種結(jié)構(gòu)形式：1）扁平型2）管型3）圓盤型直線電動機是一種新型電動機，在交通運輸和傳送裝置中得到廣泛的應(yīng)用。管型直線電動機圓盤型直線電動機7.4感應(yīng)電動機新技術(shù)一、雙饋無刷電動機與單饋異步電機相比，雙饋電機有下列優(yōu)點：1）容易對轉(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)的雙饋電動機存在滑環(huán)，從而降低了系統(tǒng)可靠性，進(jìn)而限制了它們的應(yīng)用。新型的雙饋無刷電動機（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)雙饋電動機的優(yōu)點，同時又取消了滑環(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，則稱為雙饋無刷異步電動機（DFBM）；如果采用磁阻凸極轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，則稱之為雙饋無刷磁阻電動機（DFBRM）。二、感應(yīng)電動機的驅(qū)動與控制1）感應(yīng)電動機的VVVF控制2）感應(yīng)電動機的矢量控制3）感應(yīng)電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制4）交流調(diào)速控制系統(tǒng)的數(shù)字化5）感應(yīng)電動機的智能控制

由于交流調(diào)速系統(tǒng)的種種突出優(yōu)點，隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)字信號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)電機的電力電子控制系統(tǒng)集成化

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