《船舶电力拖动Ⅰ 电机及拖动 教学课件 作者 宋谦 第七章 其他用途的电动机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《船舶电力拖动Ⅰ 电机及拖动 教学课件 作者 宋谦 第七章 其他用途的电动机（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 其他用途的电动机第一节 单相异步电动机 单相异步电动机由单相电源供电，它广泛应用于家用电器和医疗器械上，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备等。图7-1 单相异步电动机结构图从结构上看，单相异步电动机与三相异步电动机的区别在于，单相异步电动机定子绕组是单相的，转子绕组一般做成鼠笼式。另外为了启动的需要，在定子绕组上，还设有启动绕组，其作用是产生启动转矩，一般只在启动时接入，当转速达到7085的同步转速时，由离心开关将其从电源自动切除，所以正常工作时只有单相工作绕组在电源上运行。也有一些电容电动机或电阻电动机，在运行时启动绕组仍然工作，这时单相电动机相当于一台两相电动机，但由于接在单相电源
2、上，故仍称为单相异步电动机，图7-1为单相异步电动机的结构示意图。下面分别介绍单相异步电动机的基本工作原理和主要类型。 一、单相异步电动机的基本工作原理由交流绕组磁动势可知，单相交流绕组通人单相交流电流产生脉振磁动势，脉振磁动势可分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正转和反转磁场和。两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。该电流与旋转磁场相互作用产生正向和反向电磁转矩和。企图使转子正转；企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。 不论是还是，它们的大小与转差率的关系和三相异步电动机的情况是一样的。若电动机的转
3、速为，则对正转磁场而言，转差率为 (7-1) 而对反转磁场而言，转差率为 (7-2) 即当时，相当于；当时，相当于。与的关系与三相异步电动机的特性相似，单相异步电动机的曲线是由与两条特性曲线叠加而成的，如图7-2所示。可见单相异步电动机有以下几个主要特点。图7-2 单相异步电动机的 曲线 (1) 当转子静止时，正、反向旋转磁场均以 速度和相反方向切割转子绕组，在转子绕组中感应出大小相等而相序相反的电动势和电流，并分别产生大小相等而方向相反的两个电磁转矩，使其合成的电磁转矩为零。即启动瞬间，说明单相异步电动机无启动转矩，如不采取其他措施，电动机不能启动。由此可知，、三相异步电动机发生一相断路时(
4、相当于一台单相异步电动机)也不能启动。 图7-2 单相异步电动机的曲线 (2) 当时，且无固定方向(取决于的正负)。若用外力使电动机转动起来，或不为1时，合成转矩不为零，这时若合成转矩大于负载转矩，则即使去掉外力，电动机也可以旋转起来。因此单相异步电动机虽无启动转矩，但一经启动，便可达到某一稳定转速，而旋转方向则取决于启动瞬间外力矩作用于转子的方向。(3) 由于反向转矩的作用，使合成转矩减小，最大转矩也随之减小，故单相异步电动机的过载能力较低。 二、主要类型 为了使单相异步电动机能够产生启动转矩，关键是启动时如何在电动机内部形成一个旋转磁场。根据产生旋转磁场的方式，单相异步电动机可分为分相启动
5、电动机和罩极电动机两大类型。 1、分相启动电动机 在分析交流绕组磁动势时已知，只要在空间不同相的绕组中通人时间上不同相的电流，就能产生一个旋转磁场，分相启动电动机就是根据这一原理设计的。 分相启动电动机包括电容启动电动机，电容电动机和电阻启动电动机。 (1) 电容启动电动机(a) 电路图 (b) 相量图图7-3单相电容启动电动机电容启动电动机电路原理图如图7-3所示。定子上有两个绕组，一个绕组称为主绕组(或称为工作绕组)，如图 7-3 (a) 中绕组1，另一个绕组称为辅助绕组(亦称启动绕组)，如图 7-3 (a)中绕组2。两绕组在空间相差。在启动绕组串接启动电容，作电流分相用，并通过离心开关S
6、或继电器触点S与工作绕组并联在同一单相电源上。因工作绕组呈感性，滞后于。若适当选择电容，使流过启动绕组的电流超前，如图7-3 (b)所示。这相当于在空间相差的两相绕组中通人在时间上互差的两相电流，因此将在气隙中产生旋转磁场，并在该磁场的作用下产生电磁转矩使电动机转动。图7-4 单相电容电动机 这种电动机的启动绕组是按短时工作制设计的，所以当电动机转速达7085同步转速时，启动绕组和启动电容就在离心开关的作用下自动退出工作，这时电动机就在工作绕组单独作用下运行。 (2) 电容电动机 如前所述，在启动绕组中串入电容后，不仅能产生较大的启动转矩，而且运行时还能改善电动机的功率因数和提高过载能力。为了
7、改善单相异步电动机的运行性能，电动机启动后，可不切除串有电容器的启动绕组，这种电动机称为电容电动机，如图7-4所示。 电容电动机实质上是一台两相异步电动机，因此启动绕组应按长期工作制设计电动机。 必须指出，由于电动机工作时所需电容较小，所以在电动机启动后，必须利用离心开关把启动电容切除。工作电容便与工作绕组及启动绕组一起运行。 (3) 电阻启动电动机 电阻启动电动机在启动绕组上用串联电阻的方法给电流分相(串联电容改为串联电阻)。但由于此时与之间的相位差较小，因此其启动转矩较小，只适用于空载或轻载启动的场合。 2、罩极电动机 罩极电动机的定子一般都采用凸极式的，工作绕组集中绕制，套在定子磁极上。
8、在极靴表面的处开有一个小槽，并用短路铜环把这部分磁极罩起来，故称罩极电动机。短路铜环起了启动绕组的作用，称为启动绕组。罩极电动机的转子仍做成笼型，如图7-5 (a)所示。(a) 绕组接线图 (b) 相量图图7-5 单相罩极电动机当工作绕组通入单相交流电流后，将产生脉振磁动势，所形成的磁通分为两部分，其中一部分磁通不穿过短路铜环，另一部分磁通则穿过短路铜环。和都是由工作绕组中的电流产生的，相位相同且。由于脉振的结果，在短路环中感应电动势，滞后于，在闭合的短路铜环中就有滞后于角的电流产生，它又产生与同相的磁通穿过短路通环，因此罩极部分穿过的总磁通为，如图7-5 (b)所示。由此可见，未罩极部分磁通
9、与被罩极部分磁通不仅在空间，而且在时间上均有相位差，因此它们的合成磁场将是一个由未罩极部分转向罩极部分，所产生的电磁转矩，其方向也为由未罩极部分转向罩极部分。三、单相异步电动机的应用单相异步电动机与三相异步电动机相比，其体积大，效率及功率因数均较低，过载能力也较差。因此，单相异步电动机只作成微型的，功率一般在几瓦至几百瓦之间。单相异步电动机由单相电源供电，因此广泛用于家用电器、医疗器械及轻工设备中。电阻启动电动机和电容电动机启动转矩比较大，容量可做到几十到几百瓦，常用于吊风扇、空气压缩机、电冰箱和空调设备中。罩机电动机结构简单、制造方便，但启动转矩小，多用于小型风扇、电动机模型和电唱机中，容量
10、一般在3040W以下。第二节 其他电动机一、 测速发电机 在自动控制系统中，测速发电机常作为检测元件、解算元件、角加速度信号元件等。例如：在速度控制系统中，测速发电机常作为速度敏感元件，从它输出电信号的变化来反映系统速度的微小变化，达到检测或通过反馈信号自动调节电动机的转速，以提高系统的跟随稳定性和精度。测速发电机还可代替测速计，直接测量运动机械的转速。但无论哪种原理的测速发电机，它们都具有一个共同的特点，那就是将它们自身运动部分的运动速度(直线运动或旋转运动)转换成电信号(电压幅值或者频率)输出。而且输出电信号和机械运动的速度成线性关系。 根据测速发电机的工作任务，对它的要求是：输出电压幅值
11、与转速应为线性关系，以提高精确度；输出曲线的斜率要大，以满足灵敏度的要求；用作计算元件时应着重考虑线性误差要小。测速发电机按其工作原理可以分为直流测速发电机和交流测速发电机两大类。（一）、直流测速发电机 直流测速发电机按照其励磁磁场建立的方式，分为电磁式和永磁式两类，如图7-6和图7-7所示。他励式直流测速发电机的励磁磁场是由流过励磁绕组的直流电流来建立的，称为电磁式直流测速发电机；而永磁式直流测速发电机的励磁磁场则是由永久磁铁建立的。 直流测速发电机的原理和结构与一般小型直流发电机相同，所不同的是直流测速发电机通常不对外输出功率或者对外输出很小的功率。 发电机的电动势为 当磁通=常数时 式中
12、 ，称为电动势系数。直流测速发电机空载是的输出电压与其输出电动势相等，即由上式可知，测速发电机的输出电压与电机的转速成正比，即测速发电机的输出电压反映了转速的大小。因此，直流测速发电机可以用来测速。图7-8表示为理想状态下测速发电机输出特性曲线。图7-6电磁式直流测速发电机 图7-7永磁式直流测速发电机 图7-8测速发电机理想输出特性若负载电阻为，则输出电压为 (7-3)图7-9 不同负载电阻时的理想输出特性 图7-10 直流测速发电机的输出特性即输出电压与转速成正比。在理想状态下，忽略电枢反映的影响，并认为电枢回路的总电阻为常数时，输出特性为一通过原点的直线。改为负载电阻的大小，仅影响输出特
13、性曲线的斜率，如图7-9所示。实际上，当提高转速使输出电压较高或减小负载电阻，都将使电枢回路电流增大，电枢反应产生的去磁作用使磁通减小，输出电压相应要降低，使输出特性变成向下弯曲的曲线如图7-10所示。为了减小电枢反应对输出特性的影响，根据直流测速发电机所给出的技术指标，在使用时，转速不能超过最大线性工作转速，所接负载电阻不得小于最小负载电阻，以保证系统所允许的线性误差。还可以在定子上安装补偿绕组。直流测速发电机为线性关系的另一个条件是电枢回路总电阻为恒值。实际上，中包含电枢绕组的电阻和电刷与换相器的接触电阻，由于电刷与换相器的接触电阻不是一个常数而电刷与换相器的接触电压降为一常数，式(7-3
14、)可改写为 (7-4)考虑电刷接触压降后直流测速发电机的输出特性如图7-9所示。 由图7-11可见，的存在，使直流测速发电机在转速较低时，输出特性上出现一段斜率显著下降的区域。此区域内，测速机输出电压很小，对转速的反应很不灵敏，所以此区域叫不灵敏区或叫“无信号区”。为了降低电刷的接触电压降，在直流测速发电机中，常采用接触压降较小的黄铜一石墨电刷或银一石墨电刷，这样可使不灵敏区大大缩小。图7-11 考虑电刷接触压降后的输出特性 图7-12 励磁回路中的热敏电阻并联网络直流测速发电机在工作时，由于环境温度的变化和电机自身发热都会影响测速发电机的输出特性。例如：当温度升高时，电机的励磁绕组电阻增大，如果励磁电压不变，则励磁电流减小，磁通也相应减小，使输出电压降低。反之，当温度下降时，电压则升高。对永磁式测速发电机来说，普通合金磁铁，温度每增加10时，磁通将减小0.20.3，使输出电压降低。为了减小这种影响，常应用其磁化曲线的饱和部
