《電機原理與維修》課件第15章

第15章其他異步電動機15.1單相異步電動機15.2感應調壓器與移相器習題15.1單相異步電動機15.1.1結構、工作原理和轉矩特性單相異步電動機的定子繞組為單相交流繞組，轉子繞組為鼠籠式繞組。圖15-1為最簡單的單相異步電動機的結構與磁場示意圖。單相異步電動機由于只有一相定子繞組，因此當接通正弦交流電源之后，會產(chǎn)生一個交變的脈動磁場，但這個磁場不會旋轉，在磁路中各點磁感應強度按正弦規(guī)律變化，可表示為

B=Bmsinωt(15-1)這個磁場在轉子中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，但由于磁場固定不動，轉子的導條在定子磁場的N極和S極下受到的轉矩大小相等、方向相反，因而轉子上得到的合成轉矩為零，轉子不動。在任何瞬間，這兩個旋轉磁場的合成磁感應強度，始終等于脈動磁場的瞬時值。圖15-1單相感應電動機的結構和磁場示意圖但是，如果用外力使電動機的轉子向某方向轉動一下，那么電動機就會沿著某方向持續(xù)轉動下去，此時即使去掉外力，電動機仍然旋轉。這就說明此時兩個反向旋轉磁場產(chǎn)生的合成轉矩不為零。其原因如下：若外力作用使轉子順時針旋轉磁場方向，此時轉子和正向旋轉磁場的相對速度變小，其轉差率s+小于1；而和逆時針旋轉磁場的相對速度變大，轉差率s-大于1，即

(15-2)

(15-3)同三相異步電動機一樣，正向旋轉磁場產(chǎn)生正向轉矩，反向旋轉磁場產(chǎn)生反向轉矩，其轉矩特性曲線如圖15-2所示。圖中T=f(s)是合成轉矩的特性曲線。它可以表明，如果電動機靠輔助方法啟動起來，則無論啟動方向如何，電動機都會產(chǎn)生沿啟動方向的轉矩，使轉子持續(xù)旋轉。當轉子處于運行狀態(tài)時，由于存在反方向的轉矩，使合成轉矩減小，電動機的過載能力降低。同時，也增加了損耗，電動機的效率降低，噪聲增大。圖15-2單相異步電動機的轉矩特性曲線15.1.2啟動方法

1.分相啟動分相啟動異步電動機在定子上放置兩個繞組，一個主繞組L1(工作繞組)，一個輔助繞組L2(啟動繞組)，如圖15-3所示。兩個繞組在空間上相隔90°，輔助副繞組串電容器后與主繞組并聯(lián)。電容器的作用是使輔助繞組回路的阻抗呈容性，如果電容器選擇得當，可以做到輔助繞組的電流基本上超前于主繞組90°。相當于電動機內部有兩相空間上和時間上都錯開相位的交流電在工作，能形成旋轉磁場，帶動轉子旋轉。因為這種電動機將單相電流分為兩相電流，故稱為分相式電動機。圖15-3單相異步電動機電容啟動電路圖根據(jù)電動機性能的不同要求分相單相異步電動機又可分為以下四種類型：

1)電容啟動單相異步電動機在單相異步電動機的定子槽中，除嵌有一套工作繞組外，還增加了一套啟動繞組，且啟動繞組中串聯(lián)了電容器，接線圖如圖15-3所示，該啟動繞組是按間歇工作方式設計的，其導線細、匝數(shù)少，具有高阻性。為了保護啟動繞組，通常在啟動繞組中串有離心開關S，電動機啟動后(轉速為0.75n1～0.8n1)，離心開關S動作，切斷啟動繞組，電機開始正常運行。電容啟動單相異步電動機的顯著特征是啟動轉矩大，可用于壓縮機、空調、泵等設備中。

2)電容運行單相異步電動機如果把啟動繞組設計成連續(xù)工作方式，啟動后電容器和啟動繞組不被斷開，這樣，可以省去離心開關S，簡化單相異步電動機的結構，同時電容器可以改進電動機的運行性能，提高功率因數(shù)、效率及過載能力，減小噪聲?？捎糜陔婏L扇、洗衣機、電冰箱等家用電器。3)電容啟動運行單相異步電動機從理論上講，如果單相異步電動機能同時獲得最佳的啟動性能和運行性能，應采用兩個電容器并聯(lián)后再與啟動繞組串聯(lián)，如圖15-4所示，C1為啟動電容器，容量較大，只承受啟動時的電流，一般采用交流電解電容。C2為運行電容器，容量較小，由于是連續(xù)運行，采用交流紙質、箔質電容。啟動時兩個電容器都接入，電容量大，電動機可以獲得較大啟動轉矩。啟動后，離心開關S動作，把電容器C2切除，單相電動機有較好的運行性能。圖15-4單相異步電動機電容啟動運行電路圖

4)電阻啟動單相異步電動機這種電動機是在電容啟動單相異步電動機的基礎上，把串聯(lián)在啟動繞組中的電容器換成電阻器。由于啟動繞組和工作繞組中電流的相位相差不大，氣隙磁勢橢圓度較大，其啟動轉矩較小，只適于較容易啟動的場合，如吹風機、離心泵、醫(yī)療器械、辦公設備等。

2.罩極啟動單相罩極式電動機可以分為凸極式和隱極式電動機，常見的結構多做成凸極式，一般有兩極和四極。凸極式單相電動機的定子鐵芯做成凸極式的磁極，形狀類似直流電動機的定子。定子鐵芯上面繞有集中繞組，稱為主繞組。定子鐵芯上面1/3的極面開有小槽，用以嵌放短路銅環(huán)，短路銅環(huán)罩住了一部分磁通，所以把該電動機稱為罩極電動機，如圖15-5所示。通入單相交流電后，產(chǎn)生脈動磁場，銅環(huán)把磁通分成兩部分：未被罩住的磁通ΦA和罩住的磁通ΦB。根據(jù)楞次定律，ΦB在短路環(huán)內產(chǎn)生感應電流，此感應電流又產(chǎn)生一定的磁通來阻礙原來磁通的變化，使得ΦB在相位上滯后ΦA一個相位角。圖15-5兩極凸極式單相罩極電動機結構圖主繞組中，當電流從零增大時，磁場的中線在磁極的左邊，如圖15-6所示，當電流處于最大值附近時，變化不大，所以磁場的中線大致與幾何中線吻合。當電流減小時，磁場中線偏向右邊。因此，隨著電流正半周期的變化，磁場的中線也隨之變化，磁場的中線從左移向右，實際上形成了一個旋轉磁場，使得轉子順時針旋轉。當電流變化到負半周期時，磁極中的磁場方向也隨之改變，磁場的中線也從左移向右，所以旋轉磁場的方向是固定不變的，總是從未罩住的部分向罩住的部分移動。要改變凸極式罩極電動機的方向，顯然只能改變罩極的位置，這一般難以實現(xiàn)，所以凸極式罩極電動機通常用于不需改變轉向的電氣設備中。這種電動機結構簡單、成本低、制造方便、運行時噪聲小。但它的啟動和運行性能較差、效率低，多用于空載啟動的場合，如儀用電風扇、小電器等。圖15-6凸極式罩極電動機的磁通分布(a)電流增大；(b)電流不變；(c)電流減小15.2感應調壓器與移相器15.2.1移相器移相器的結構與一般繞線式異步電動機相類似，但它是處于制動狀態(tài)下工作，其原理與變壓器相似。移相器上裝有蝸輪、蝸桿傳動機構，它既能使轉子制動，又可調節(jié)轉子角位移。它的接線圖如15-7所示，定子繞組作為原邊繞組接到電源上，轉子繞組作為副邊繞組經(jīng)滑環(huán)接到負載。圖15-7三相移相器接線圖移相器工作原理是，當定子繞組接上電源，電源就提供一個勵磁電流，并在氣隙里產(chǎn)生旋轉磁勢，同時，在定、轉子繞組中感應出電勢和，它們的大小分別與各自的匝數(shù)成正比，而相位關系取決于定、轉子繞組之間的相對位置?？梢?，調節(jié)轉子使定、轉子的相對位置改變，即改變了副邊繞組上的感應電勢相位，從而達到移相的目的。移相范圍一般是0～±180°。15.2.2感應調壓器感應調壓器的結構與移相器一樣，只是它的定、轉子繞組，除了有磁的聯(lián)系，還有電的聯(lián)系，如同自耦變壓器。感應調壓器工作原理與移相器基本相同。感應調壓器上裝有蝸輪、蝸桿傳動機構，它既能使轉子制動又可調節(jié)轉子角位移。當調節(jié)轉子，使定、轉子的相對位置改變后，讓三相調壓器改變了次級繞組的感應電勢大小，再借自耦式線路的連接，使負載電壓在一定范圍內獲得無極而平滑的變化。感應調壓器一般也是三相的，為了接線方便，把轉子繞組作為原邊繞組接到電源上，它的接線如圖15-8所示。圖15-8三相感應調壓接線圖若只看輸出