单相异步电动机的基本结构和工作原理_工学_高等教育_教育专区。机电传动控制课件

　　5．7 单相异步电动机的基本结构和工作原理 特点： 1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦； .. 2. 由单相交流电源供电的旋转电机； 3. 具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。 所以单相异步电动机被广泛用于电风扇、洗衣机、电唱机、吸 尘器、医疗器械及自动控制装置中。 一、 单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个如图所 示的脉动磁场。 由上可见： 此磁场在空间并不旋转， 只是磁通或磁感应强度的大小 随时间作正弦变化， 即 B ? Bm sin ?t 在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称脉动 磁场，其磁场曲线如图(a)所示 可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁 场（用磁感应强度 B表示），可以分解成两个转速相等而方向相反 的旋转磁场 B m1 和 B m 2 ，如图（b）所示，磁感应强度的大小为： Bm 1 ? Bm 2 ? Bm / 2 60 f 两个旋转磁场的同步转速为：n0 ? p 如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来是静止的，通电 后转子仍将静止不动。 两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转 矩，如图所示。 若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动起来，后达到 稳定运行状态。 单相 异步电动机没有启动能力，但一经推动后，它却能转动起 来。 由此可得出结论： （ 1 ）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启 动转矩为零； （2）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态， 其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。 因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的 启动转矩问题。 二、单相异步电动机的启动方法 单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就可以建立 启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步电动机。 电容分相式异步电动机 如图所示为电容分相式 异步电动机的接线原理图。 当选择参数使 BY绕组中的电流在相位上超前 AX绕组中的电流 900 时，通电后能在定、转子气隙内产生一个旋转磁场，如图所示： 在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。 若在启动绕组BY支路中，接入 一离心开关QC，如图所示。电动机 启动后，当转速达到额定值附近时， 借离心力的作用，将QC打开，此后 电动机就成为单相运行了，此种结 构型式的电动机，称为电容分相式 电动机。也可不用离心开关，即在 运行时并不切断电容支路。 值得指出，欲使电动机反 转，不能像三相异步电动机那 样掉换两根电源线来实现，必 须以掉换电容器 C 的串联位置 来实现，如图所示，即改变QB 的接通位置，就可改变旋转磁 场的方向，从而实现电动机的 反转。洗衣机中的电动机，就 是靠定时器中的自动转换开关 来实现这种切换的。 4．8 同步电动机的基本结构和工作原理 一、同步电动机的基本结构 定子：由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常是三相对称绕 组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成 转子：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置 的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。 同步电动机按 转子主磁极的形状 分为隐极式和凸极 式两种，它们的结 构如图所示。 二、同步电动机的工作原理和运行特性 1．工作原理 同步电动机的基本工作原理可用下图来说明。 电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一电枢旋转 磁场，其旋转速度为同步转速 60 f n0 ? p 在转子励磁绕组中通以直流电流后， 同一空气隙中，又出现一个大小和极性固 定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励 磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子 被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转， 即“同步”电动机也由此而得名。 2．机械特性 在电源频率f 与电动机转子极对数p为一定的情况下，转子的转 速为一常数，n=n0，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运 转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性如图所示。 三、同步电动机的启动 同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有像异步电 动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而 且它的启动困难。如图所示 ： 为了启动同步电动机，采用了异步启动法，即在转子磁极的极 掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕组，如图所示。 启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以 产生旋转磁场。 等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流， 产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下， 便可把转子拉入同步。 同步电动机异 步启动法原理接线 图如图所示。 启动步骤如下： 1 ）励磁电路的转换开关 QB投合到 1 的位置，使励磁绕组与直 流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受 旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险； 2 ）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕 组加上额定电压，时转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用 降压启动； 3 ）将励磁电路转换开关 QB投合到 2 的位置，励磁绕组与直流 电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步； 4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到 要求数值。 四、同步电动机的特点 1. 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂； 2. 由于需要直流电源、启动以及控制设，故它的一次性投入 要比异步电动机高得多； 3. 同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高 等特点。 因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉 的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸 浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同 步电动机来传动的。
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