《電機(jī)原理與維修》課件第15章

第15章其他異步電動(dòng)機(jī)15.1單相異步電動(dòng)機(jī)15.2感應(yīng)調(diào)壓器與移相器習(xí)題15.1單相異步電動(dòng)機(jī)15.1.1結(jié)構(gòu)、工作原理和轉(zhuǎn)矩特性單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為單相交流繞組，轉(zhuǎn)子繞組為鼠籠式繞組。圖15-1為最簡(jiǎn)單的單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與磁場(chǎng)示意圖。單相異步電動(dòng)機(jī)由于只有一相定子繞組，因此當(dāng)接通正弦交流電源之后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變的脈動(dòng)磁場(chǎng)，但這個(gè)磁場(chǎng)不會(huì)旋轉(zhuǎn)，在磁路中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律變化，可表示為

B=Bmsinωt(15-1)這個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，但由于磁場(chǎng)固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條在定子磁場(chǎng)的N極和S極下受到的轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，因而轉(zhuǎn)子上得到的合成轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子不動(dòng)。在任何瞬間，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的合成磁感應(yīng)強(qiáng)度，始終等于脈動(dòng)磁場(chǎng)的瞬時(shí)值。圖15-1單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)示意圖但是，如果用外力使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子向某方向轉(zhuǎn)動(dòng)一下，那么電動(dòng)機(jī)就會(huì)沿著某方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去，此時(shí)即使去掉外力，電動(dòng)機(jī)仍然旋轉(zhuǎn)。這就說(shuō)明此時(shí)兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩不為零。其原因如下：若外力作用使轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向，此時(shí)轉(zhuǎn)子和正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度變小，其轉(zhuǎn)差率s+小于1；而和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度變大，轉(zhuǎn)差率s-大于1，即

(15-2)

(15-3)同三相異步電動(dòng)機(jī)一樣，正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生正向轉(zhuǎn)矩，反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖15-2所示。圖中T=f(s)是合成轉(zhuǎn)矩的特性曲線。它可以表明，如果電動(dòng)機(jī)靠輔助方法啟動(dòng)起來(lái)，則無(wú)論啟動(dòng)方向如何，電動(dòng)機(jī)都會(huì)產(chǎn)生沿啟動(dòng)方向的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于存在反方向的轉(zhuǎn)矩，使合成轉(zhuǎn)矩減小，電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力降低。同時(shí)，也增加了損耗，電動(dòng)機(jī)的效率降低，噪聲增大。圖15-2單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線15.1.2啟動(dòng)方法

1.分相啟動(dòng)分相啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)在定子上放置兩個(gè)繞組，一個(gè)主繞組L1(工作繞組)，一個(gè)輔助繞組L2(啟動(dòng)繞組)，如圖15-3所示。兩個(gè)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(dāng)，可以做到輔助繞組的電流基本上超前于主繞組90°。相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部有兩相空間上和時(shí)間上都錯(cuò)開(kāi)相位的交流電在工作，能形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。因?yàn)檫@種電動(dòng)機(jī)將單相電流分為兩相電流，故稱為分相式電動(dòng)機(jī)。圖15-3單相異步電動(dòng)機(jī)電容啟動(dòng)電路圖根據(jù)電動(dòng)機(jī)性能的不同要求分相單相異步電動(dòng)機(jī)又可分為以下四種類型：

1)電容啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)在單相異步電動(dòng)機(jī)的定子槽中，除嵌有一套工作繞組外，還增加了一套啟動(dòng)繞組，且啟動(dòng)繞組中串聯(lián)了電容器，接線圖如圖15-3所示，該啟動(dòng)繞組是按間歇工作方式設(shè)計(jì)的，其導(dǎo)線細(xì)、匝數(shù)少，具有高阻性。為了保護(hù)啟動(dòng)繞組，通常在啟動(dòng)繞組中串有離心開(kāi)關(guān)S，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后(轉(zhuǎn)速為0.75n1～0.8n1)，離心開(kāi)關(guān)S動(dòng)作，切斷啟動(dòng)繞組，電機(jī)開(kāi)始正常運(yùn)行。電容啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)的顯著特征是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可用于壓縮機(jī)、空調(diào)、泵等設(shè)備中。

2)電容運(yùn)行單相異步電動(dòng)機(jī)如果把啟動(dòng)繞組設(shè)計(jì)成連續(xù)工作方式，啟動(dòng)后電容器和啟動(dòng)繞組不被斷開(kāi)，這樣，可以省去離心開(kāi)關(guān)S，簡(jiǎn)化單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)電容器可以改進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，提高功率因數(shù)、效率及過(guò)載能力，減小噪聲?？捎糜陔婏L(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱等家用電器。3)電容啟動(dòng)運(yùn)行單相異步電動(dòng)機(jī)從理論上講，如果單相異步電動(dòng)機(jī)能同時(shí)獲得最佳的啟動(dòng)性能和運(yùn)行性能，應(yīng)采用兩個(gè)電容器并聯(lián)后再與啟動(dòng)繞組串聯(lián)，如圖15-4所示，C1為啟動(dòng)電容器，容量較大，只承受啟動(dòng)時(shí)的電流，一般采用交流電解電容。C2為運(yùn)行電容器，容量較小，由于是連續(xù)運(yùn)行，采用交流紙質(zhì)、箔質(zhì)電容。啟動(dòng)時(shí)兩個(gè)電容器都接入，電容量大，電動(dòng)機(jī)可以獲得較大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)后，離心開(kāi)關(guān)S動(dòng)作，把電容器C2切除，單相電動(dòng)機(jī)有較好的運(yùn)行性能。圖15-4單相異步電動(dòng)機(jī)電容啟動(dòng)運(yùn)行電路圖

4)電阻啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)這種電動(dòng)機(jī)是在電容啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，把串聯(lián)在啟動(dòng)繞組中的電容器換成電阻器。由于啟動(dòng)繞組和工作繞組中電流的相位相差不大，氣隙磁勢(shì)橢圓度較大，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，只適于較容易啟動(dòng)的場(chǎng)合，如吹風(fēng)機(jī)、離心泵、醫(yī)療器械、辦公設(shè)備等。

2.罩極啟動(dòng)單相罩極式電動(dòng)機(jī)可以分為凸極式和隱極式電動(dòng)機(jī)，常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)多做成凸極式，一般有兩極和四極。凸極式單相電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯做成凸極式的磁極，形狀類似直流電動(dòng)機(jī)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(kāi)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(dòng)機(jī)稱為罩極電動(dòng)機(jī)，如圖15-5所示。通入單相交流電后，產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，銅環(huán)把磁通分成兩部分：未被罩住的磁通ΦA(chǔ)和罩住的磁通ΦB。根據(jù)楞次定律，ΦB在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流，此感應(yīng)電流又產(chǎn)生一定的磁通來(lái)阻礙原來(lái)磁通的變化，使得ΦB在相位上滯后ΦA(chǔ)一個(gè)相位角。圖15-5兩極凸極式單相罩極電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖主繞組中，當(dāng)電流從零增大時(shí)，磁場(chǎng)的中線在磁極的左邊，如圖15-6所示，當(dāng)電流處于最大值附近時(shí)，變化不大，所以磁場(chǎng)的中線大致與幾何中線吻合。當(dāng)電流減小時(shí)，磁場(chǎng)中線偏向右邊。因此，隨著電流正半周期的變化，磁場(chǎng)的中線也隨之變化，磁場(chǎng)的中線從左移向右，實(shí)際上形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使得轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電流變化到負(fù)半周期時(shí)，磁極中的磁場(chǎng)方向也隨之改變，磁場(chǎng)的中線也從左移向右，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)。要改變凸極式罩極電動(dòng)機(jī)的方向，顯然只能改變罩極的位置，這一般難以實(shí)現(xiàn)，所以凸極式罩極電動(dòng)機(jī)通常用于不需改變轉(zhuǎn)向的電氣設(shè)備中。這種電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制造方便、運(yùn)行時(shí)噪聲小。但它的啟動(dòng)和運(yùn)行性能較差、效率低，多用于空載啟動(dòng)的場(chǎng)合，如儀用電風(fēng)扇、小電器等。圖15-6凸極式罩極電動(dòng)機(jī)的磁通分布(a)電流增大；(b)電流不變；(c)電流減小15.2感應(yīng)調(diào)壓器與移相器15.2.1移相器移相器的結(jié)構(gòu)與一般繞線式異步電動(dòng)機(jī)相類似，但它是處于制動(dòng)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(dòng)機(jī)構(gòu)，它既能使轉(zhuǎn)子制動(dòng)，又可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組作為副邊繞組經(jīng)滑環(huán)接到負(fù)載。圖15-7三相移相器接線圖移相器工作原理是，當(dāng)定子繞組接上電源，電源就提供一個(gè)勵(lì)磁電流，并在氣隙里產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，同時(shí)，在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電勢(shì)和，它們的大小分別與各自的匝數(shù)成正比，而相位關(guān)系取決于定、轉(zhuǎn)子繞組之間的相對(duì)位置。可見(jiàn)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子使定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置改變，即改變了副邊繞組上的感應(yīng)電勢(shì)相位，從而達(dá)到移相的目的。移相范圍一般是0～±180°。15.2.2感應(yīng)調(diào)壓器感應(yīng)調(diào)壓器的結(jié)構(gòu)與移相器一樣，只是它的定、轉(zhuǎn)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(yīng)調(diào)壓器工作原理與移相器基本相同。感應(yīng)調(diào)壓器上裝有蝸輪、蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它既能使轉(zhuǎn)子制動(dòng)又可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子角位移。當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子，使定、轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置改變后，讓三相調(diào)壓器改變了次級(jí)繞組的感應(yīng)電勢(shì)大小，再借自耦式線路的連接，使負(fù)載電壓在一定范圍內(nèi)獲得無(wú)極而平滑的變化。感應(yīng)調(diào)壓器一般也是三相的，為了接線方便，把轉(zhuǎn)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(yīng)調(diào)壓接線圖若只看輸出