第九章其他交流电动机 单相异步电动机 同步电动机一、单相异步电动机的简单工作原理1 单相异步电动机 起动转矩单相异步电动机是指使用单相交流电源的异步电动机。单相交流电源通入单相绕组，产生脉振磁场。脉振磁场不能产生起动转矩。 脉振磁场与旋转磁场的关系一个脉振磁场可以分解成两个大小相等，方向相反，以相同速度旋转的旋转磁场。反之，两个大小相等，方向相反，以相同速度旋转的旋转磁场可以合成一个脉振磁场。. 单相电动机的特点以及它与三相电动机的关系和联系 单相电动机的结构 单相电动机的起动转矩为零，自己无法起动。但在外力作用下，就可以正常工作了。工作点或在正向点，或在反向点， 应视起动时的方向而定。 同步转速点不等，单相电动机的略小一些。 最大转矩不等，单相电动机的小一些。 三相电动机（Y接）在正常工作时断了一相，仍能继续运行，但转速变小了，且处于不平衡工作状态。 三相电动机若断了一相，无法再次自行起动。因此，对于三相电动机必须加断相保护装置。定子：外接单相交流电，但内部为两相正交的绕组。转子：鼠笼型转子。.二、椭圆旋转磁场多相对称绕组通入多相对称电流产生圆形旋转磁场。椭圆旋转磁场是由两个振幅不等，旋转方向相反，但转速相等的旋转磁场组成的。若电流不对称，则产生椭圆旋转磁场。.三、单相异步电动机的起动 分相法两个绕组在空间相差 90；两个绕组中的电流要相差 90或接近于 90。两相绕组通入两相电流就能产生旋转磁场。脉振磁场无起动转矩，只有旋转磁场才能产生起动转矩。起动方法分相法罩极法电阻分相法电容分相法定子绕组主绕组（工作绕组、运行绕组）辅助绕组（起动绕组）. 电阻分相法使辅助绕组的电阻较大，则其电抗就比主绕组的小，可使辅助绕组的电流超前于主绕组。 电容分相法选择适当的电容器，可使辅助绕组的电流超前于主绕组。根据分相法起动的单相电动机的种类有： 单相电阻分相起动异步电动机 单相电容分相起动异步电动机起动时，两个绕组同时工作，当转速达到 一定值时，辅助绕组自动断开。起动方式同单相电阻分相起动异步电动机。该电动机所选用的电容值较大，因此，起动电 流小，起动转矩大。适合于重载起动设备。. 罩极法 罩极式单相异步电动机 单相电容运转异步电动机 单相电容起动与运转异步电动机起动和运转是相同的电路。 它的结构简单、成本低；功率因数、效率和 过载能力都比分相起动电动机好。 但它所选用的电容值较小，因此，起动电 流大，起动转矩较小。它的电容支路由两个电容并联组成。 其中一个电容仅在起动时使用。 该电动机综合了上述两种电动机的优点， 适合于须较大起动转矩的设备。当主绕组和短路铜环的位置一定时，电动机的转向就确定。在电动机定子的每个极靴的一边套上一个短路铜环，使磁通 分成两部分 和 ，它俩不同相，这样就能产生椭圆旋转磁场，使电动机旋转起来。 .2 同步电动机一、同步电动机的基本结构和额定参数同步 转子的转速与电源频率有严格的关系，即 定子：是由机座、定子铁心和电枢绕组三个部分组成。电枢绕组是三相对称绕组，通入三相对称交流电流， 从而产生旋转磁场。是由励磁绕组和铁心组成。励磁绕组通入直流电流。隐极式同步电动机的直径小，铁心长度长，磁极数较少； 转子：铁心有两种结构形式：隐极式 和凸极式。凸极式同步电动机的直径大，铁心长度短，磁极数较多。. 同步电动机的特点 适用于拖动功率大，而本身又没有调速要求的生产机械。 机械特性绝对硬。 通过改变励磁电流，调节其功率因数，并使电网的功率因数提高。 同步电动机的额定参数 额定功率 PN ： 额定电压 UN ： 额定电流 IN ： 额定功率因数 cosN ： 额定转速 nN ： 额定效率 N ： 额定频率 fN ： 额定励磁电压 UfN ： 额定励磁电流 IfN ：轴上输出的有功功率（kW） 定子绕组的线电压（kV） 定子绕组的线电流（A）. . .二、同步电动机的基本运行原理气隙中的磁势当电磁转矩和静负载转矩相等时，两个磁势的夹角 不再变化，两个磁势同步前进。同步转矩只有在两个磁势完全同步时，才能发挥作用。同步电动机磁势关系电枢反应磁势直流磁势由定子三相绕组通入三相交流电流产生，是一个旋转磁势。由转子单相绕组通入直流电流产生，是一个恒定磁势，但与转子同步旋转。.三、同步电动机的电势平衡方程式及相矢图 隐极式同步电动机 转子磁势与转子同步旋转 转子绕组中没有感应电势由合成磁势产生定子绕组中的反电势 E1.若不计主磁路的饱和作用对于隐极机，气隙基本上是均匀的。则可以采用迭加原理磁路的磁阻（或磁导）与磁势作用点无关。定义电枢反应电抗 xa由故.xC：同步电抗一般情况下，同步电抗 xc 是一个常数。由于同步电动机的容量较大，可以忽略定子电阻的作用。故隐极机常用的方程式为三个向量的关系：. 凸极式同步电动机凸极机的气隙不均匀，电枢反应磁势的位置不同，产生的结果也不同。分析方法：采用双反应原理。即将电枢反应磁势分解成正交的两个向量。.引入电枢反应电抗 xad 和 xaq直轴方向的 电枢反应电抗交轴方向的 电枢反应电抗.凸极机一相电路的电势平衡方程式为若忽略 r1 ，则交轴方向的气隙 大直轴同步电抗交轴同步电抗.四、同步电动机的功角特性 功角特性忽略定子损耗功角特性就是电磁功率与功角之间的关系。. 功角的物理意义当 U、E0、p、f、xd 均为常数时，电磁功率与功角有关。即一定的负载要求一定的功角。 矩角特性及其稳定工作区矩角特性就是电磁转矩与功角之间的关系，即.五、同步电动机的功率因数调节和 V 形曲线 同步电动机的功率因数调节由隐极机的电势平衡方程式由于负载不变，电磁转矩和电磁功率均不能变 负载不变，改变励磁电流 If ，即改变 Ib设输入电压 U 恒定，忽略定子铜耗即定子电流 I 的轨迹为一条水平直线。当励磁电流 If 很大时，Ib= Ib1，产生超前电流，称为过励状态；当励磁电流 If 较大时，Ib= Ib2，产生超前电流，称为过励状态；当励磁电流 If 适中时，Ib= Ib3，与电压同相位，称为正常励磁；当励磁电流 If 较小时，Ib= Ib4，产生滞后电流，称为欠励状态。当励磁电流 If 由小到大变化时，定子电流 I 从大 小大。滞后超前即调节励磁电流，就可以改变电网的功率因数。 V 形曲线以励磁电流和定子电流作为坐标轴，绘制出的曲线， 称为 V 形曲线。改变负载，可以得到一簇 V 形曲线。. 励磁电流不变，负载在变化励磁电流不变，也就是 Ib 不变， Ib 的轨迹为一个圆弧。随着负载的增加，定子电流 I 由超前变成滞后。.六、同步电动机的起动 起动转矩同步电动机只有在同步运行时，才具有同步转矩在不同步运行时，转矩的平均值为零。因此，同步电动机不能自行起动。 起动方法常用的起动方法是异步起动法。在起动过程中，转子绕组不加任何电源，而是将其串入一个 RC=10Rf 的电阻，且构成回路。否则，无法正常起动，甚至产生高压损坏设备，危及人身安全。End.