其它用途的电动机.ppt

第7章 其他用途的电动机,单相异步电动机三相同步电动机,单相异步电动机,单相异步电动机的脉振(动)磁场单相异步电动机的机械特性单相异步电动机的类型单相异步电动机的起动方法三相异步电动机的单相运行,单相异步电动机的脉动磁场,单相异步电动机只有一相绕组，转子为鼠笼式。当定子绕组通入单相交流电后，在气隙中将产生一随时间作正弦变化的脉振磁场。,单相异步电动机的脉动磁场,脉振磁场：磁场振幅位置在空间固定不变，大小随时间做正弦规律变化。可将这一脉振磁势分解为两个旋转方向相反的圆形旋转磁势。它们的大小均为脉振磁势最大幅值的一半，转速的大小均为同步转速。,图7-1 单相绕组通电时的脉振磁场,单相异步电动机的机械特性,单相单绕组异步电动机通电后产生的脉振磁场，可以分解为正、反向的旋转磁场。因此，电动机的电磁转矩是由两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。当电动机旋转后，正、反向旋转磁场产生电磁转矩T+、T-。其机械特性变化与三相异步电动机相同，如图所示。,单相异步电动机的机械特性,当T+为拖动转矩，T-为制动转矩时，机械特性具有下列特点：当转子不动时，n=0，T+=-T-，T=T+T-=0，表明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，不能自行起动。旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方向，并一经起动，就会继续旋转。(1)当n0，T0时，机械特性在第象限，属拖动转矩。电机正转运行。(2)当n0，T0时，机械特性在第象限，T仍为拖动转矩，电机反转运行。由机械特性可知：单相异步电动机的主要缺点是不能自行起动。,单相异步电动机的类型,单相异步电动机不能自行起动，如果在定子上安放具有空间相位差900的两套绕组，一相称主绕组（工作绕组），另一相为副绕组（起动绕组），然后通入相位相差900的正旋交流电，那么就能产生一个像三相异步电动机那样的圆形旋转磁场，实现自行起动。根据自行启动的方法，单相异步电动的类型可分为：(1)单相分相式异步电动机(2)单相罩极式（磁通分相式）异步电动机,椭圆形旋转磁场,如果对称条件破坏，例如出现两相绕组不垂直、两相电流幅值不相等或两相电流相位差不是900，则气隙中的磁场将变为椭圆形旋转磁势，形成一椭圆形旋转磁场。椭圆形旋转磁势可以分解为两个放置方向相反、幅值不同的圆形旋转磁势，转速的大小均为同步速n1。,椭圆形磁动势机械特性,机械特性仍为两个圆形旋转磁势电动机机械特性的叠加。不过，由于两个圆形旋转磁势幅值不等，因此，正、反转的特性曲线并不对称。从图中可以看出，两相异步电动机 s=1（即n=0）时，T=T+T-0，说明该电机有自行起动能力。,T+,T-,T,单相异步电动机的起动方法,单相异步电动机的起动原理 实际使用的单相异步电动机有两套绕组，且两套绕组接同一个电源。为使流入两套绕组中的电流相位不同，需要人为地使它们的阻抗不同，这种方法称为分相。分相的结果使电机气隙中出现了椭圆形旋转磁场，从而使电机具有一定的自行起动能力。单相异步电动机的起动方法电阻分相电容分相 单相罩极式异步电动机,电阻分相单相异步电动机,电阻分相的起动原理 电动机的起动绕组采用较细的导线绕制或在起动绕组中串入适当电阻，则它与工作绕组的电阻值不相等，两套绕组的阻抗值也就不等，流过这两套绕组的电流也就存在着一定的相位差，从而达到分相起动的目的。电阻分相单相异步电动机的反转 只要将任意一套绕组的两个接线线端交换接入电源即可。(被调换绕组的空间位置保持不变),主绕组,副绕组,电容分相单相异步电动机,电容分相起动原理 起动时，串接电容C和离心开关S，电容C的接入使两相电流分相。起动时，S处于闭合状态，电动机两相起动。当转速达到一定数值时，离心开关S由于机械离心作用而断开，使电动机进入单相运行。,主绕组,副绕组,单相罩极式异步电动机（磁通分相）,单相罩极式异步电动机 单相罩极式异步电动机的定子为硅钢片叠成的凸极式，工作绕组套在凸极的极身上。每个极的极靴上开有一个槽，槽内放置有短路铜环，铜环罩住整个极面的三分之一左右，如图所示。转子均采用笼形结构。,图7-6 罩极异步电动机示意图,短路环,单相罩极式异步电动机（磁通分相）,罩极式单相异步电动机的起动方法 当工作绕组接入单相交流电源后，磁极内即产生一脉振磁场。脉振磁场的交变，使短路环产生感应电势和感应电流，根据楞次定律可知，环内将出现一个阻碍原来磁场变化的新磁场，从而使短路环内的合磁场变化总是在相位上落后于环外脉振磁场的变化。可以把环内、环外的磁场设想为两相有相位差的电流所形成，这样分相的结果，使气隙中出现椭圆形旋转磁场。罩极式单相异步电动机的特点(1)结构简单、成本低、维护方便(2)起动转矩不大，只适用于负载不大的场所,三相异步电动机的单相运行,一相断线运行情况（缺相）(1)星形联接 若三相异步电动机为星形联接，一相断线后，另两相绕组串联成单一电路接入线电压。(1)若原来静止，则无起动转矩，不能起动(起动瞬间n=0，相当于短路，时间一长电机烧坏）；(2)若在旋转中缺相，仍可旋转，但电机定子电流剧增，转速降低，损耗增加，很易过热，如不及时排除，将使电机绝缘因温升过高而损坏。,三相异步电动机的单相运行,(2)三角形联接。缺相后，电机绕组有两相串联成单一电路与另外一相绕组并联而接入电源电压。(1)当绕组参数完全对称时，两条电路的电流相位相同，但幅值不等，其合成磁势仍是单相脉动磁势，无起动转矩。(2)当三相绕组不完全对称时，将使两条支路电流的相位不同，电机中形成正、反向幅值不相等的旋转磁场。虽然两个磁场幅值上的差异不大，但产生的起动转矩仍可使空载时的电机自行起动。,三相异步电动机的单相运行,由以上分析可知，三相异步电动机应该在二相以上电流中设有过电流保护。三相异步电动机单相运行的方法 将三相电机中任意两相绕组反向串起来作为工作绕组，另一相串以适当电容作为起动绕组，接在单相电源上就成为一台分相电动机了。三相异步电动机单相运行的性能 输出功率约等于三相额定功率的70%运行性能较差,三相同步电动机,同步电机概念的引入同步电机的结构和基本工作原理同步电动机的特点同步电动机的起动方法同步电动机功率因数的调节,同步电机概念的引入,同步电机的特点是在稳定运行时，其转速n与定子电流的频率f1有着严格不变的关系:n=n1=60f1/p异步电机在稳定运行时，其转速n与定子电流的频率f1的关系是：同步电机与异步电机这种机理上的差异是由两者转子中的电流性质不同所导致的。,同步电机概念的引入,异步电机稳态运行时，其转子转速为n，转子电流的频率为f2=sf1，转差率为s=(n1-n)/n1。如果n=n1，转子的转速与定子旋转磁场的转速相等，则s=0，转子电流频率f2=0，这意味着转子绕组内的电流是直流电流。若改变异步电机转子结构，使它成为用直流电流励磁，且可以转动的电磁铁，这样的交流电机便是同步电机。,同步电动机的结构和基本工作原理,同步电机的结构 与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。,图7-7 同步电动机结构示意图,同步电动机的结构和基本工作原理,(1)定子 同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。,同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。如右图。,同步电动机的结构和基本工作原理,(2)转子 同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。1）凸极式：由下图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。区别：对于高速旋转的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。,同步电动机的结构和基本工作原理,(a)凸极式(b)隐极式,同步电动机的结构和基本工作原理,同步电机基本工作原理 定子绕组中施以三相交流电。三相对称绕组流过三相对称电流产生一旋转磁场；同时转子绕组中通以直流电励磁，产生一恒定磁场。根据磁极间异性相吸的原理，转子便被定子拉着同向、同速旋转。,图7-8 同步电动机工作原理示意图,同步电动机的特点,特点：转速恒定。同步电机无论作为发电机运行，还是作为电动机运行，其转速与频率之间都保持严格不变的关系:n=n1=60f1/p不能自行起动。功率因数可调。电网变化时，过载能力小。,同步电动机的起动方法,不能自行起动的原因：转子绕组加入直流励磁以后，在气隙中产生静止的转子磁场。当在定子绕组中通入三相交流电以后，在气隙中则产生旋转磁场。定、转子磁场之间存在有相对运动，但由于旋转磁场以同步速旋转，而转子本身存在惯性，不可能一下子达到同步速，这样旋转磁场已经转过180度，但转子刚刚转过一点，转矩方向又相反了，一个同期内，转子上的平均转矩为零，所以同步电动机不能自行起动。见下页图。,同步电动机的起动方法,图7-9 同步电动机的起动,同步电动机的起动方法,同步电动机起动方法：辅助起动法、变频起动法、异步起动法。异步起动法 在同步电动机转子极靴上安装起动绕组（阻尼绕组），当同步电动机定子绕组接通电源后，通过起动绕组产生转矩，使转子旋转，此过程和异步电动机完全相同。当转子达到一定转速后，接通励磁回路，转子便很快被拖入同步速度旋转，进入稳定运行。起动过程可以分为两个阶段：（1）首先按感应电机方式起动，使转子转速接近同步速；（2）加直流励磁，使转子拉入同步。,同步电动机功率因数的调节,同步电动机功率因数同步电动机在正常状态下，定子电流和电源电压同相，此时cos=1，同步电动机只从电网吸收有功功率，不吸收无功功率，相当于电阻性负载。当励磁电流小于正常励磁电流时，即在欠励状态下，同步电动机除吸收有功功率外，还吸收感性的无功功率，或者说向电网送出容性无功功率，相当于感性负载。当励磁电流大于正常励磁电流时，即在过励状态下，同步电动机从电网吸收有功功率和容性的无功功率，或者说向电网送出感性无功功率，相当于容性负载。由于电网上的负载多为感性负载，如果同步电动机工作在过励状态下，则可提高功率因数，这也是同步电动机的最大优点。,同步电动机功率因数的调节,同步电动机功率因数的调节方法 改变其励磁电流。,