《電機及拖動》第6章 單相異步電動機和同步電機

1、1第第6 6章章 單相異步電動機和同步電機單相異步電動機和同步電機 2本章要點本章要點n單相異步電動機的工作原理及其啟動和單相異步電動機的工作原理及其啟動和調(diào)速性能。調(diào)速性能。n同步電動機的工作原理及其特性。同步電動機的工作原理及其特性。n同步發(fā)電機的工作原理及其特性。同步發(fā)電機的工作原理及其特性。36.1 6.1 單相異步電動機、同步電機的結(jié)構(gòu)及單相異步電動機、同步電機的結(jié)構(gòu)及 起動運轉(zhuǎn)起動運轉(zhuǎn) 6.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 6.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)同步電機的結(jié)構(gòu) 6.4 6.4 同步電動機同步電動機 6.5 6.5 同步發(fā)電機同步發(fā)電機 6.6 6.6 同步調(diào)相機同步

2、調(diào)相機 本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容46.1 6.1 單相異步電動機、同步電機單相異步電動機、同步電機 的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)5任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)1 1、外形觀察與銘牌解讀、外形觀察與銘牌解讀 （1 1）觀察單相異步電動機的外觀）觀察單相異步電動機的外觀 電阻分相式、電容分相式電阻分相式、電容分相式單相異步電動機如圖單相異步電動機如圖6-16-1所示，所示，單相雙值電容啟動異步電動機單相雙值電容啟動

3、異步電動機如圖如圖6-26-2所示，洗衣機、抽油所示，洗衣機、抽油煙機的單相異步電動機如圖煙機的單相異步電動機如圖6-6-3 3所示。所示。6-1 6-1 電阻、電容分相式單相異步電動機電阻、電容分相式單相異步電動機a a）電阻分相式單相異步電動機）電阻分相式單相異步電動機 b b）電容分相式單相異步電動機）電容分相式單相異步電動機6任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)圖圖6-3 6-3 洗衣機、抽油煙機異步電動機洗衣機、抽油煙機異步電動機圖圖6-2 6-2 單相雙值電容起動單相雙值電容起動異步電動機異步電動機7任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)

4、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)（2 2）觀察單相異步電動機的銘牌）觀察單相異步電動機的銘牌 閱讀電機銘牌中各項參數(shù)，了解其銘牌內(nèi)容及含義，將銘牌數(shù)據(jù)閱讀電機銘牌中各項參數(shù)，了解其銘牌內(nèi)容及含義，將銘牌數(shù)據(jù)記錄在表記錄在表6-16-1中（可根據(jù)電機的實際銘牌內(nèi)容另加記錄項）。電機的中（可根據(jù)電機的實際銘牌內(nèi)容另加記錄項）。電機的銘牌所標(biāo)寫的各項參數(shù)是電機運行時必須滿足的運行條件，在銘牌參銘牌所標(biāo)寫的各項參數(shù)是電機運行時必須滿足的運行條件，在銘牌參數(shù)允許的范圍外運行電機將使電機不能正常工作或燒毀電機。數(shù)允許的范圍外運行電機將使電機不能正常工作或燒毀電機。表表6-1 6-1 單相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)

5、表單相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)表型號型號額定功率額定功率額定電壓額定電壓額定電流額定電流頻率頻率額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速啟動方式啟動方式工作方式工作方式絕緣等級絕緣等級產(chǎn)品編號產(chǎn)品編號重量重量防護形式防護形式8任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)2 2、觀察單相異步電動機的結(jié)構(gòu)、觀察單相異步電動機的結(jié)構(gòu) 將單相異步電動機按三相異步電動機的拆卸方法進行拆卸，仔細(xì)將單相異步電動機按三相異步電動機的拆卸方法進行拆卸，仔細(xì)觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點觀察其繞組結(jié)構(gòu)，并與三相異步電動機進行比觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點觀察其繞組結(jié)構(gòu)，并與三相異步電動機進行比較。將其組成結(jié)構(gòu)和繞組結(jié)構(gòu)記錄在表較

6、。將其組成結(jié)構(gòu)和繞組結(jié)構(gòu)記錄在表6-26-2中。中。表表6-2 6-2 單相異步電動機的結(jié)構(gòu)組成記錄表單相異步電動機的結(jié)構(gòu)組成記錄表單相異步電動單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)機的基本結(jié)構(gòu)單相異步電動單相異步電動機的繞組結(jié)構(gòu)機的繞組結(jié)構(gòu)三相異步電動三相異步電動機的繞組結(jié)構(gòu)機的繞組結(jié)構(gòu)9任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)3 3、電容分相式異步電動機的起動觀察、電容分相式異步電動機的起動觀察 按以下三種啟動方式起動單相異步電動機，觀察電動機能否正常按以下三種啟動方式起動單相異步電動機，觀察電動機能否正常運轉(zhuǎn)，將觀察結(jié)果填入表運轉(zhuǎn)，將觀察結(jié)果填入表6-36-3中。中。

7、（1 1）直接加電壓啟動電容分相式異步電動機）直接加電壓啟動電容分相式異步電動機 將單相異步電動機加上銘牌所示的額定電壓，觀察電動機能否運將單相異步電動機加上銘牌所示的額定電壓，觀察電動機能否運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。（2 2）加外力啟動異步電動機）加外力啟動異步電動機 加上額定電壓后，用外力旋轉(zhuǎn)單相異步電動機的軸承，觀察電動加上額定電壓后，用外力旋轉(zhuǎn)單相異步電動機的軸承，觀察電動機能否正常運行機能否正常運行10任務(wù)任務(wù)1 1單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)表表6-3 6-3 不同啟動方式下啟動電容分相式異步電動機不同啟動方式下啟動電容分相式異步電動機啟動方式啟動方式能否正常運轉(zhuǎn)能

8、否正常運轉(zhuǎn)直接加電壓啟動直接加電壓啟動施加外力啟動施加外力啟動電容分相啟動電容分相啟動（3 3）電容分相起動異步電動機）電容分相起動異步電動機 在啟動繞組中串聯(lián)電容再通過一個離心開關(guān)和主繞組并聯(lián)接到電在啟動繞組中串聯(lián)電容再通過一個離心開關(guān)和主繞組并聯(lián)接到電源上，觀察此時異步電動機是否在不需要外力情況下正常運轉(zhuǎn)。源上，觀察此時異步電動機是否在不需要外力情況下正常運轉(zhuǎn)。111 1、外形觀察與銘牌解讀、外形觀察與銘牌解讀 同步電機整機外觀圖如圖同步電機整機外觀圖如圖6-46-4所示，永磁式同步電機外觀圖如圖所示，永磁式同步電機外觀圖如圖6-56-5所示。所示。任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)同

9、步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)（1 1）觀察同步電機的外觀）觀察同步電機的外觀6-4 6-4 同步電機整機外觀圖同步電機整機外觀圖6-5 6-5 永磁式同步電機整機外觀圖永磁式同步電機整機外觀圖12任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)（2 2）觀察同步電機的銘牌）觀察同步電機的銘牌 閱讀電機銘牌中各項參數(shù)，了解其銘牌內(nèi)容及含義，將銘牌數(shù)據(jù)閱讀電機銘牌中各項參數(shù)，了解其銘牌內(nèi)容及含義，將銘牌數(shù)據(jù)記錄在表記錄在表6-46-4中。電機的銘牌所標(biāo)寫的各項參數(shù)是電機運行時必須滿中。電機的銘牌所標(biāo)寫的各項參數(shù)是電機運行時必須滿足的運行條件，在銘牌參數(shù)允許的范圍外運行電機將使電機不能正常足

10、的運行條件，在銘牌參數(shù)允許的范圍外運行電機將使電機不能正常工作或燒毀電機。工作或燒毀電機。型號型號額定功率額定功率額定電壓額定電壓額定電流額定電流頻率頻率額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速啟動方式啟動方式工作方式工作方式絕緣等級絕緣等級產(chǎn)品編號產(chǎn)品編號重量重量防護形式防護形式表表6-4 6-4 同步電機的銘牌數(shù)據(jù)表同步電機的銘牌數(shù)據(jù)表13任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)2 2、觀察同步電機的結(jié)構(gòu)、觀察同步電機的結(jié)構(gòu) 將同步電機按三相異步電動機的拆卸方法進行拆卸，仔細(xì)觀察其將同步電機按三相異步電動機的拆卸方法進行拆卸，仔細(xì)觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點觀察其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，注意區(qū)分隱極式與凸極式轉(zhuǎn)子

11、的差內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重點觀察其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，注意區(qū)分隱極式與凸極式轉(zhuǎn)子的差別。將其組成結(jié)構(gòu)記錄在表別。將其組成結(jié)構(gòu)記錄在表6-56-5中。中。表表6-5 6-5 同步電機的結(jié)構(gòu)組成記錄表同步電機的結(jié)構(gòu)組成記錄表隱極式隱極式同步電機同步電機的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)凸極式凸極式同步電機同步電機的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)14任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)同步電機的結(jié)構(gòu)及起動運轉(zhuǎn)3 3、同步電機的啟動觀察、同步電機的啟動觀察 按以下兩種啟動方式啟動同步電機，觀察電機能否正常運轉(zhuǎn)，將按以下兩種啟動方式啟動同步電機，觀察電機能否正常運轉(zhuǎn)，將觀察結(jié)果填入表觀察結(jié)果填入表6-66-6中。中。 采用異步電動機的動力機械將同

12、步電動機加速到接近同步轉(zhuǎn)速，采用異步電動機的動力機械將同步電動機加速到接近同步轉(zhuǎn)速，在脫開動力機械的同時，立即給轉(zhuǎn)子繞組加上電源，將同步電動機拉在脫開動力機械的同時，立即給轉(zhuǎn)子繞組加上電源，將同步電動機拉入同步，觀察同步電機能否正常啟動。入同步，觀察同步電機能否正常啟動。（1 1）直接加電壓啟動同步電機）直接加電壓啟動同步電機 將同步電機加上銘牌所示的額定電壓，觀察電動機能否運轉(zhuǎn)。將同步電機加上銘牌所示的額定電壓，觀察電動機能否運轉(zhuǎn)。（2 2）輔助啟動法啟動同步電機）輔助啟動法啟動同步電機15任務(wù)任務(wù)2 2同步電機的結(jié)構(gòu)及啟動運轉(zhuǎn)同步電機的結(jié)構(gòu)及啟動運轉(zhuǎn)表表6-6 6-6 不同啟動方式下啟動電

13、容分相式異步電動機不同啟動方式下啟動電容分相式異步電動機啟動方式啟動方式能否正常運轉(zhuǎn)能否正常運轉(zhuǎn)直接加電壓啟動直接加電壓啟動輔助啟動法輔助啟動法166.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理 1 1、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)、單相異步電動機的結(jié)構(gòu) 單相異步電動機由定子、轉(zhuǎn)子、端單相異步電動機由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承等幾部分組成，如圖蓋和軸承等幾部分組成，如圖6-66-6所示。所示。圖圖6-6 6-6 單相異步電動機的結(jié)構(gòu)單相異步電動機的結(jié)構(gòu) 單相異步電動機在定子鐵芯上裝有主單相異步電動機在定子鐵芯上裝有主繞組和啟動繞組。主繞組

14、用以產(chǎn)生主磁場繞組和啟動繞組。主繞組用以產(chǎn)生主磁場并從電源獲取電能；啟動繞組一般只在啟并從電源獲取電能；啟動繞組一般只在啟動時接通。動時接通。電容啟動電動機：當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的電容啟動電動機：當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的707080%80%時，啟動繞組斷開，時，啟動繞組斷開， 進入單相運行狀態(tài)。進入單相運行狀態(tài)。電容運行電動機：啟動完成后，啟動繞組支路并不切斷。電容運行電動機：啟動完成后，啟動繞組支路并不切斷。176.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機2 2、單相異步電動機的工作原理、單相異步電動機的工作原理 單相異步電動機定子上的主繞組通入單單相異步電動機定子上的主繞組通入單相正弦交流電流后

15、，在定子、轉(zhuǎn)子和氣隙中相正弦交流電流后，在定子、轉(zhuǎn)子和氣隙中會產(chǎn)生磁場，該磁場的空間位置固定不變，會產(chǎn)生磁場，該磁場的空間位置固定不變，大小隨時間按正弦規(guī)律變化，稱為脈動磁場大小隨時間按正弦規(guī)律變化，稱為脈動磁場（也稱為脈振磁場）。脈動磁場可以分解為（也稱為脈振磁場）。脈動磁場可以分解為兩個大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)兩個大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，每個旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度幅值等于磁場，每個旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度幅值等于脈動磁場的磁感應(yīng)強度幅值的一半，即電動脈動磁場的磁感應(yīng)強度幅值的一半，即電動機內(nèi)的合成磁場在任何瞬時均為兩個旋轉(zhuǎn)磁機內(nèi)的合成磁場在任何瞬時均為兩個旋轉(zhuǎn)磁場的疊加

16、，如圖場的疊加，如圖6-76-7所示。所示。圖圖6-7 6-7 脈動磁場分解成脈動磁場分解成兩個等效的旋轉(zhuǎn)磁場兩個等效的旋轉(zhuǎn)磁場18 當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時，分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)當(dāng)兩個旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體時，分別在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反向電磁轉(zhuǎn)電動勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反向電磁轉(zhuǎn)矩矩 、 。因此，可以認(rèn)為單相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是這兩。因此，可以認(rèn)為單相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是這兩個正、反向電磁轉(zhuǎn)矩的合成，即個正、反向電磁轉(zhuǎn)矩的合成，即 。由此可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子。由此可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止不動時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的合成感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電

17、流均為零，即靜止不動時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的合成感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流均為零，即合成轉(zhuǎn)矩為零，因此轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。合成轉(zhuǎn)矩為零，因此轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。6.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機TTTTT196.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機3 3、單相異步電動機的機械特性、單相異步電動機的機械特性 正向旋轉(zhuǎn)磁場正向旋轉(zhuǎn)磁場F F+ +在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的正向在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的正向電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T T+ +，如圖，如圖6-86-8中的曲線中的曲線“1”1”所示，所示，此時的轉(zhuǎn)差率為此時的轉(zhuǎn)差率為11nnns 反向旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)磁場F-F-在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反向電在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的反向電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩T-T-，如圖，

18、如圖6-86-8中的曲線中的曲線“2”2”所示，此所示，此時的轉(zhuǎn)差率為時的轉(zhuǎn)差率為snnnnnnns2)(2)(11111 由于正、反向電磁轉(zhuǎn)矩同時存在，因此單相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)由于正、反向電磁轉(zhuǎn)矩同時存在，因此單相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩應(yīng)為二者的合成轉(zhuǎn)矩，由此可得到單相異步電動機的機械性矩應(yīng)為二者的合成轉(zhuǎn)矩，由此可得到單相異步電動機的機械性T=f(s)T=f(s)，如圖如圖6-86-8中曲線中曲線“3”3”所示。所示。圖圖6-8 6-8 單相異步電動單相異步電動機的機械特性機的機械特性206.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 分析圖分析圖6-76-7可知，當(dāng)可知，當(dāng)T T+ +為拖動

19、轉(zhuǎn)矩，為拖動轉(zhuǎn)矩，T T- -為制動轉(zhuǎn)矩時，從機械特性為制動轉(zhuǎn)矩時，從機械特性可以看出單相異步電動機具有下列特點：可以看出單相異步電動機具有下列特點： （1 1）當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時，即）當(dāng)轉(zhuǎn)子不動時，即n=0n=0，s s+ +=s=s- -=1=1，這時，這時T T+ +=T=T- -，故啟動轉(zhuǎn)矩，故啟動轉(zhuǎn)矩T Tstst=T=T+ +-T-T- -=0=0，表明單相異步電動機無啟動轉(zhuǎn)矩，電機不能自行啟動。，表明單相異步電動機無啟動轉(zhuǎn)矩，電機不能自行啟動。 （2 2）如果由于其它原因使電動機啟動后，這時）如果由于其它原因使電動機啟動后，這時n0n0，s1s1，T0T0。若合成轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則將

20、加速并達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運。若合成轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則將加速并達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下運行，而旋轉(zhuǎn)的方向由電動機啟動時的方向來定。行，而旋轉(zhuǎn)的方向由電動機啟動時的方向來定。 （3 3）由于存在反向電磁轉(zhuǎn)矩）由于存在反向電磁轉(zhuǎn)矩T T- -起制動作用，使得電動機的總輸起制動作用，使得電動機的總輸出轉(zhuǎn)矩減小。所以，單相異步電動機的過載能力、效率、功率因數(shù)等出轉(zhuǎn)矩減小。所以，單相異步電動機的過載能力、效率、功率因數(shù)等均低于同容量的三相異步電動機。均低于同容量的三相異步電動機。216.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機二、單相異步電動機的啟動、反轉(zhuǎn)及調(diào)速二、單相異步電動機的啟動、反轉(zhuǎn)及調(diào)速 1 1、單

21、相異步電動機的啟動、單相異步電動機的啟動 由于單相異步電動機本身沒有啟動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不能自行啟動。通由于單相異步電動機本身沒有啟動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子不能自行啟動。通常的辦法是在其定子鐵芯內(nèi)放置兩個有空間角度差的繞組（主繞組和常的辦法是在其定子鐵芯內(nèi)放置兩個有空間角度差的繞組（主繞組和啟動繞組），并且使這兩個繞組中流過的電流不同相位（即分相），啟動繞組），并且使這兩個繞組中流過的電流不同相位（即分相），這樣就可以在電動機氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。在工程實踐中，單相這樣就可以在電動機氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。在工程實踐中，單相異步電動機常采用分相式和罩級式兩種啟動方法。異步電動機常采用分相式和罩級式兩種啟動方法

22、。 （1 1）單相分相式異步電動機）單相分相式異步電動機 單相分相式異步電動機是在電動機定子上安放空間相位上相差單相分相式異步電動機是在電動機定子上安放空間相位上相差9090電角度的兩相繞組。若兩相繞組的參數(shù)相同，則為兩相對稱繞組。電角度的兩相繞組。若兩相繞組的參數(shù)相同，則為兩相對稱繞組。226.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 通入兩相對稱電流時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如圖通入兩相對稱電流時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如圖6-96-9所示，圖中反映了兩所示，圖中反映了兩相對稱電流的波形和合成磁場的形成過程。相對稱電流的波形和合成磁場的形成過程。 從圖可看出，分相式異步電從圖可看出，分相式異步電動機啟動必須滿

23、足兩個條件：動機啟動必須滿足兩個條件：定子兩相繞組在空間相位相差定子兩相繞組在空間相位相差9090；兩相繞組通入兩相對稱、兩相繞組通入兩相對稱、相位相差相位相差9090的交流電。的交流電。圖圖6-9 6-9 兩相繞組通入兩相電流的旋轉(zhuǎn)磁場兩相繞組通入兩相電流的旋轉(zhuǎn)磁場 236.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 1 1）電阻分相啟動異步電動機）電阻分相啟動異步電動機 接線圖如圖接線圖如圖6-10a6-10a所示。兩個所示。兩個繞組接在同一個單相電源上，啟動繞組接在同一個單相電源上，啟動繞組采用比主繞組截面細(xì)、匝數(shù)少繞組采用比主繞組截面細(xì)、匝數(shù)少的漆包線繞成，并串聯(lián)一個合適的的漆包線繞成，

24、并串聯(lián)一個合適的電阻，使啟動繞組中的電流超前于電阻，使啟動繞組中的電流超前于主繞組的電流近主繞組的電流近9090電角度，達(dá)到電角度，達(dá)到啟動目的。啟動目的。 根據(jù)上面的啟動要求，單相分相式異步電動機按啟動方法可以分根據(jù)上面的啟動要求，單相分相式異步電動機按啟動方法可以分為電阻分相啟動異步電動機、電容分相啟動異步電動機、電容分相運為電阻分相啟動異步電動機、電容分相啟動異步電動機、電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機、電容啟動與運轉(zhuǎn)異步電動機。轉(zhuǎn)異步電動機、電容啟動與運轉(zhuǎn)異步電動機。 6-10 6-10 電阻分相啟動電動機電阻分相啟動電動機a a）接線圖）接線圖 b b）相量圖）相量圖246.2 6.2 單相異

25、步電動機單相異步電動機 2 2）電容分相啟動異步電動機）電容分相啟動異步電動機 電容分相啟動異步電動機是在啟動電容分相啟動異步電動機是在啟動繞組中串聯(lián)電容再通過一個離心開關(guān)和繞組中串聯(lián)電容再通過一個離心開關(guān)和主繞組并聯(lián)接到相同電源上，如圖主繞組并聯(lián)接到相同電源上，如圖6-11a6-11a所示。由于電容的作用啟動繞組回路的所示。由于電容的作用啟動繞組回路的阻抗呈容性，而主繞組回路的阻抗呈感阻抗呈容性，而主繞組回路的阻抗呈感性，從而導(dǎo)致兩相繞組中電流的相位差性，從而導(dǎo)致兩相繞組中電流的相位差較大。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速較大。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速757580% 80% 時，離心開關(guān)將啟動繞組從

26、電源上時，離心開關(guān)將啟動繞組從電源上自動斷開。自動斷開。 6-11 6-11 電容分相啟動電動機電容分相啟動電動機a a）接線圖）接線圖 b b）相量圖）相量圖256.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 3 3）電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機）電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機 電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機的啟動繞組不電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機的啟動繞組不僅在啟動時起作用，而且在電動機運轉(zhuǎn)時也僅在啟動時起作用，而且在電動機運轉(zhuǎn)時也起作用，長期處于工作狀態(tài)，如圖起作用，長期處于工作狀態(tài)，如圖6-126-12所示。所示。這種電動機實際上是一臺兩相異步電動機，這種電動機實際上是一臺兩相異步電動機，其定子繞組產(chǎn)生的氣隙磁場較

27、接近于圓形旋其定子繞組產(chǎn)生的氣隙磁場較接近于圓形旋轉(zhuǎn)磁場，因此其運行性能較好，功率因數(shù)、轉(zhuǎn)磁場，因此其運行性能較好，功率因數(shù)、過載能力比普通單相異步電動機好，但它的過載能力比普通單相異步電動機好，但它的啟動性能不如電容分相啟動異步電動機。啟動性能不如電容分相啟動異步電動機。圖圖6-12 6-12 電容分相運電容分相運轉(zhuǎn)異步電動機轉(zhuǎn)異步電動機266.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 4 4）電容啟動與運轉(zhuǎn)異步電動機）電容啟動與運轉(zhuǎn)異步電動機 為了使電動機在啟動和運轉(zhuǎn)時都能得為了使電動機在啟動和運轉(zhuǎn)時都能得到比較好的性能，在啟動繞組中采用兩個到比較好的性能，在啟動繞組中采用兩個電容的并聯(lián)，

28、如圖電容的并聯(lián)，如圖6-136-13所示。電容所示。電容C C1 1容量容量比較大，電容比較大，電容C C2 2是運行電容器，容量較小，是運行電容器，容量較小，S S為離心開關(guān)。啟動時串聯(lián)在啟動繞組回路為離心開關(guān)。啟動時串聯(lián)在啟動繞組回路中的總電容為中的總電容為C C1 1+C+C2 2比較大，所以有較大的比較大，所以有較大的啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速啟動轉(zhuǎn)矩。當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速時，離心開關(guān)時，離心開關(guān)S S斷開，將電容斷開，將電容C C1 1切除，只有切除，只有容量較小的容量較小的C C2 2參加運行，因此電動機有較參加運行，因此電動機有較好的運行性能。好的運行性能。圖圖6

29、-13 6-13 電容啟動與運轉(zhuǎn)電容啟動與運轉(zhuǎn)異步電動機異步電動機276.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 （2 2）單相罩極式異步電動機）單相罩極式異步電動機 單相罩極式異步電動機按單相罩極式異步電動機按照磁極形式的不同，分為凸極照磁極形式的不同，分為凸極式和隱極式，其中多制成凸極式和隱極式，其中多制成凸極式結(jié)構(gòu)，如圖式結(jié)構(gòu)，如圖6-146-14所示。這種所示。這種電動機由硅鋼片疊壓而成，每電動機由硅鋼片疊壓而成，每極上裝有集中的繞組，即主繞極上裝有集中的繞組，即主繞組。在每極的極靴的組。在每極的極靴的1/31/31/41/4處開有小槽，在小槽中嵌入短處開有小槽，在小槽中嵌入短路銅環(huán)

30、，將部分磁極罩起來，路銅環(huán)，將部分磁極罩起來，轉(zhuǎn)子采用鼠籠式結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子采用鼠籠式結(jié)構(gòu)。圖圖6-14 6-14 單相凸極式罩極異步電動機的原理圖單相凸極式罩極異步電動機的原理圖a a）結(jié)構(gòu)圖）結(jié)構(gòu)圖 b b）相量圖）相量圖1-1-凸極式鐵芯凸極式鐵芯 2-2-短路環(huán)短路環(huán) 3-3-定子繞組定子繞組 4-4-轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子286.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 1 1是勵磁電流產(chǎn)生的磁通，是勵磁電流產(chǎn)生的磁通，2 2是勵磁電流產(chǎn)生的一部分磁通是勵磁電流產(chǎn)生的一部分磁通（穿過短路銅環(huán)的磁通）和短路銅環(huán)中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通的合成（穿過短路銅環(huán)的磁通）和短路銅環(huán)中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁通的合成磁通。由

31、于短路銅環(huán)中感應(yīng)電流阻礙穿過短路環(huán)的磁通的變化，使磁通。由于短路銅環(huán)中感應(yīng)電流阻礙穿過短路環(huán)的磁通的變化，使1 1和和2 2之間產(chǎn)生相位差，之間產(chǎn)生相位差，2 2總是滯后于總是滯后于1 1。當(dāng)。當(dāng)1 1達(dá)到最大時，達(dá)到最大時，2 2尚尚小；而??；而1 1減小時，減小時，2 2才達(dá)到最大，這相當(dāng)于在電動機內(nèi)形成一個向才達(dá)到最大，這相當(dāng)于在電動機內(nèi)形成一個向被罩部分移動的磁場，它使籠型轉(zhuǎn)子產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩而啟動。被罩部分移動的磁場，它使籠型轉(zhuǎn)子產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩而啟動。 單相罩級式異步電動機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本單相罩級式異步電動機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、維護方便、工作可靠，但

32、啟動轉(zhuǎn)矩較小，功率因數(shù)低。主要用于低、維護方便、工作可靠，但啟動轉(zhuǎn)矩較小，功率因數(shù)低。主要用于小型風(fēng)扇、儀器儀表電動機、電唱機等。小型風(fēng)扇、儀器儀表電動機、電唱機等。296.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機2 2、單相異步電動機的反轉(zhuǎn)、單相異步電動機的反轉(zhuǎn) 要使單相異步電動機反轉(zhuǎn)，必須更改繞組使旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，其方要使單相異步電動機反轉(zhuǎn)，必須更改繞組使旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，其方法有兩種。法有兩種。 （1 1）把主繞組（或啟動繞組）的首端和末端對調(diào)后與電源相接。）把主繞組（或啟動繞組）的首端和末端對調(diào)后與電源相接。如果我們把其中的一個繞組反接，等于把這個繞組的磁場相位改變?nèi)绻覀儼哑渲械囊粋€繞組反

33、接，等于把這個繞組的磁場相位改變180180，所以旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向隨之改變。，所以旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向隨之改變。 （2 2）單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機是通過改變電容器的接法來改變）單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機是通過改變電容器的接法來改變電動機的轉(zhuǎn)向。把電容器從一組繞組中改接到另一組繞組中，旋轉(zhuǎn)磁電動機的轉(zhuǎn)向。把電容器從一組繞組中改接到另一組繞組中，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向也發(fā)生了改變。場的轉(zhuǎn)向也發(fā)生了改變。 以上反轉(zhuǎn)方法只用于電容或電阻式分相異步電動機，罩極電動機以上反轉(zhuǎn)方法只用于電容或電阻式分相異步電動機，罩極電動機只用于不需改變轉(zhuǎn)向的場合。只用于不需改變轉(zhuǎn)向的場合。306.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機3

34、3、單相異步電動機的調(diào)速、單相異步電動機的調(diào)速 單相異步電動機的調(diào)速方法有降壓調(diào)速、變頻調(diào)速和變極調(diào)速。單相異步電動機的調(diào)速方法有降壓調(diào)速、變頻調(diào)速和變極調(diào)速。 （1 1）降壓調(diào)速）降壓調(diào)速 1 1）串電抗器調(diào)速）串電抗器調(diào)速 將電抗器與電動機定子繞組串聯(lián)，通電時，利用在電抗器上產(chǎn)生將電抗器與電動機定子繞組串聯(lián)，通電時，利用在電抗器上產(chǎn)生的電壓降使加到電動機定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達(dá)到降的電壓降使加到電動機定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達(dá)到降低電動機轉(zhuǎn)速的目的。因此，用串電抗器調(diào)速時，電動機的轉(zhuǎn)速只能低電動機轉(zhuǎn)速的目的。因此，用串電抗器調(diào)速時，電動機的轉(zhuǎn)速只能由額定轉(zhuǎn)速往低調(diào)。圖

35、由額定轉(zhuǎn)速往低調(diào)。圖6-15a6-15a為罩極電動機串電抗調(diào)速電路圖，圖為罩極電動機串電抗調(diào)速電路圖，圖6-6-15b15b為電容運轉(zhuǎn)電動機串電抗調(diào)速電路圖。為電容運轉(zhuǎn)電動機串電抗調(diào)速電路圖。316.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機圖圖6-15 6-15 單相異步電動機串電抗器調(diào)速電路單相異步電動機串電抗器調(diào)速電路a a）罩極電動機）罩極電動機 b b）電容運轉(zhuǎn)電動機電路）電容運轉(zhuǎn)電動機電路 這種調(diào)速方法線路簡單、操作方便，缺點是電壓降低后電動機的這種調(diào)速方法線路簡單、操作方便，缺點是電壓降低后電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和功率明顯降低。因此只適用于轉(zhuǎn)矩及功率都允許隨轉(zhuǎn)速降輸出轉(zhuǎn)矩和功率明顯降低。

36、因此只適用于轉(zhuǎn)矩及功率都允許隨轉(zhuǎn)速降低而降低的場合，目前主要用于吊扇及臺扇上。低而降低的場合，目前主要用于吊扇及臺扇上。326.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 2 2）繞組抽頭調(diào)速）繞組抽頭調(diào)速 電容式電動機較多采用的是定電容式電動機較多采用的是定子繞組抽頭調(diào)速，此時電動機定子子繞組抽頭調(diào)速，此時電動機定子鐵芯槽中嵌放有主繞組鐵芯槽中嵌放有主繞組U U1 1U U2 2、啟動繞、啟動繞組組Z Z1 1Z Z2 2和中間繞組和中間繞組D D1 1D D2 2，通過調(diào)速開，通過調(diào)速開關(guān)改變中間繞組與啟動繞組及主繞關(guān)改變中間繞組與啟動繞組及主繞組的接線方法，從而達(dá)到改變電動組的接線方法，從

37、而達(dá)到改變電動機內(nèi)部氣隙磁場的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)機內(nèi)部氣隙磁場的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法電動機轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法通常有通常有L L型接法和型接法和T T型接法兩種，如型接法兩種，如圖圖6-166-16所示。所示。圖圖6-16 6-16 電容式電動機繞組電容式電動機繞組抽頭調(diào)速接線圖抽頭調(diào)速接線圖a a）L L型接法型接法 b b）T T型接法型接法336.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機 3 3）晶閘管調(diào)壓調(diào)速）晶閘管調(diào)壓調(diào)速 利用改變晶閘管的導(dǎo)通角，來實現(xiàn)利用改變晶閘管的導(dǎo)通角，來實現(xiàn)調(diào)節(jié)加在單相異步電動機上的交流有效調(diào)節(jié)加在單相異步電動機上的交流有效電壓的大小

38、，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速電壓的大小，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的，如圖的目的，如圖6-176-17所示。本調(diào)速方法可所示。本調(diào)速方法可以實現(xiàn)無級調(diào)速，節(jié)能效果好；但會產(chǎn)以實現(xiàn)無級調(diào)速，節(jié)能效果好；但會產(chǎn)生一些電磁干擾，目前常用于吊風(fēng)扇的生一些電磁干擾，目前常用于吊風(fēng)扇的調(diào)速上。調(diào)速上。圖圖6-17 6-17 晶閘管調(diào)壓晶閘管調(diào)壓調(diào)速線路圖調(diào)速線路圖346.2 6.2 單相異步電動機單相異步電動機（2 2）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 變頻調(diào)速適合各種類型的負(fù)載，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，變頻調(diào)速適合各種類型的負(fù)載，隨著交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)異的調(diào)速和啟動性能、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被公認(rèn)為是最具

39、其優(yōu)異的調(diào)速和啟動性能、高功率因數(shù)和節(jié)電效果，被公認(rèn)為是最具發(fā)展前途的調(diào)速手段。目前單相變頻調(diào)速已在家用電器上得到廣泛應(yīng)發(fā)展前途的調(diào)速手段。目前單相變頻調(diào)速已在家用電器上得到廣泛應(yīng)用，如變頻空調(diào)器、變頻電冰箱等。此外在汽車電子等領(lǐng)域也占據(jù)主用，如變頻空調(diào)器、變頻電冰箱等。此外在汽車電子等領(lǐng)域也占據(jù)主導(dǎo)地位。變頻調(diào)速是交流調(diào)速控制的發(fā)展方向。導(dǎo)地位。變頻調(diào)速是交流調(diào)速控制的發(fā)展方向。 單相異步電動機與三相異步電動機相比，其單位容量體積大，效單相異步電動機與三相異步電動機相比，其單位容量體積大，效率及功率因數(shù)均較低，過載能力也較差。因此，單相異步電動機只做率及功率因數(shù)均較低，過載能力也較差。因此，

40、單相異步電動機只做成微型的，功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。成微型的，功率一般在幾十瓦至幾百瓦之間。356.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)同步電機的結(jié)構(gòu) 同步電機是相對異步電機而言的，即同步電機是相對異步電機而言的，即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終與定子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同磁場的轉(zhuǎn)速相同。根據(jù)功能可分為。根據(jù)功能可分為同步發(fā)電機同步發(fā)電機、同步電動機同步電動機和和同步調(diào)同步調(diào)相機相機三種。三種。一、同步電機的的結(jié)構(gòu)一、同步電機的的結(jié)構(gòu) 同步電機的結(jié)構(gòu)也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子部分與三同步電機的結(jié)構(gòu)也是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子部分與三相異步電動機的定子結(jié)構(gòu)完全一樣，是同步電機的電樞

41、；轉(zhuǎn)子部分與相異步電動機的定子結(jié)構(gòu)完全一樣，是同步電機的電樞；轉(zhuǎn)子部分與直流電機類似，通過電刷與滑環(huán)通入直流電流勵磁，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生固定的直流電機類似，通過電刷與滑環(huán)通入直流電流勵磁，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生固定的磁極，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。直流電源可以由連接在同步電機上的直流磁極，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。直流電源可以由連接在同步電機上的直流發(fā)電機供給，也可以由可控硅整流裝置供給。發(fā)電機供給，也可以由可控硅整流裝置供給。 同步電機按結(jié)構(gòu)可分為同步電機按結(jié)構(gòu)可分為旋轉(zhuǎn)磁極式旋轉(zhuǎn)磁極式和和旋轉(zhuǎn)電樞式旋轉(zhuǎn)電樞式兩種。兩種。366.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)同步電機的結(jié)構(gòu)1 1、旋轉(zhuǎn)磁極式、旋轉(zhuǎn)磁極式 旋轉(zhuǎn)磁極式的勵磁繞組安裝在旋轉(zhuǎn)

42、磁極式的勵磁繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶動磁極旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動帶動磁極旋轉(zhuǎn)，其電樞繞組安裝在定子上。其轉(zhuǎn)子其電樞繞組安裝在定子上。其轉(zhuǎn)子又分為凸極式和隱極式兩種結(jié)構(gòu)，又分為凸極式和隱極式兩種結(jié)構(gòu)，如圖如圖6-186-18所示。所示。圖圖6-18 6-18 旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機結(jié)構(gòu)示意圖旋轉(zhuǎn)磁極式同步電機結(jié)構(gòu)示意圖a a）隱極式）隱極式 b b）凸極式）凸極式 （1 1）隱極式：轉(zhuǎn)子上沒有明顯凸出的磁極，其氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子呈圓）隱極式：轉(zhuǎn)子上沒有明顯凸出的磁極，其氣隙是均勻的，轉(zhuǎn)子呈圓柱形，常用整塊鋼板制成，圓周的三分之二部分有開槽，用以安裝分布式集柱形，常用整塊鋼板制成，圓周的三分之二部

43、分有開槽，用以安裝分布式集中繞組，沒有開槽部分為磁極的中心位置。中繞組，沒有開槽部分為磁極的中心位置。 （2 2）凸極式：轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的磁極，氣隙不均勻，極弧下氣隙較小，）凸極式：轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的磁極，氣隙不均勻，極弧下氣隙較小，極間部分氣隙較大，鐵芯常用普通薄鋼板沖壓后疊成，裝有成型的集中勵磁極間部分氣隙較大，鐵芯常用普通薄鋼板沖壓后疊成，裝有成型的集中勵磁繞組。繞組。376.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)同步電機的結(jié)構(gòu)2 2、旋轉(zhuǎn)電樞式、旋轉(zhuǎn)電樞式 勵磁繞組安裝在定子上，電樞繞組安裝在轉(zhuǎn)子上。從旋轉(zhuǎn)部分輸勵磁繞組安裝在定子上，電樞繞組安裝在轉(zhuǎn)子上。從旋轉(zhuǎn)部分輸入或輸出電能，就必須經(jīng)過滑動

44、裝置，即滑環(huán)，這樣對大容量的電機入或輸出電能，就必須經(jīng)過滑動裝置，即滑環(huán)，這樣對大容量的電機就很困難。所以這種型式一般只適用于幾錢瓦的小功率電機。就很困難。所以這種型式一般只適用于幾錢瓦的小功率電機。二、同步電機的銘牌二、同步電機的銘牌 1 1、額定電壓、額定電壓U UN N 電機正常運行時，定子繞組的線電壓，單位伏電機正常運行時，定子繞組的線電壓，單位伏(V)(V)或千伏或千伏(kV)(kV)。2 2、額定電流、額定電流I IN N 指在正常運行時，定子繞組的線電流，單位為安指在正常運行時，定子繞組的線電流，單位為安(A)(A)或千安或千安(kA)(kA)。386.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)

45、同步電機的結(jié)構(gòu)3 3、額定容量、額定容量S SN N 電機在額定條件下運行時，輸出或接收的電能的容量。發(fā)電機額電機在額定條件下運行時，輸出或接收的電能的容量。發(fā)電機額定容量是指輸出的視在功率，單位為伏安定容量是指輸出的視在功率，單位為伏安(VA)(VA)或千伏安或千伏安(kVA)(kVA)。4 4、額定功率、額定功率P PN N 在額定條件下輸出的功率，對發(fā)電機來說是指輸出的有功功率，在額定條件下輸出的功率，對發(fā)電機來說是指輸出的有功功率，對電動機來說是指轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位為瓦對電動機來說是指轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，單位為瓦(W)(W)或千瓦或千瓦(kW)(kW)；對調(diào)相機則是指出線端的

46、無功功率，單位為乏對調(diào)相機則是指出線端的無功功率，單位為乏(VAR)(VAR)或千乏或千乏(kVAR)(kVAR)。（1 1）三相同步發(fā)電機）三相同步發(fā)電機NNNNNIUSPcos3（2 2）三相同步電動機）三相同步電動機NNNNNIUPcos3396.3 6.3 同步電機的結(jié)構(gòu)同步電機的結(jié)構(gòu)5 5、額定功率因數(shù)、額定功率因數(shù)coscosN N 在額定運行條件下的功率因數(shù)。在額定運行條件下的功率因數(shù)。6 6、額定效率、額定效率N N 在額定運行條件下的效率。在額定運行條件下的效率。 除上述額定值外，同步電機銘牌上還有其他一些運行數(shù)據(jù)，如額除上述額定值外，同步電機銘牌上還有其他一些運行數(shù)據(jù)，如額

47、定負(fù)載時的溫升、絕緣等級、額定頻率、勵磁容量和勵磁電壓等。定負(fù)載時的溫升、絕緣等級、額定頻率、勵磁容量和勵磁電壓等。406.4 6.4 同步電動機同步電動機一、同步電動機的工作原理一、同步電動機的工作原理 同步電動機的工作原理如圖同步電動機的工作原理如圖6-196-19所示。當(dāng)三相交流電源加在三相同步電所示。當(dāng)三相交流電源加在三相同步電動機的定子繞組上時，便有三相對稱電流流過定子的三相對稱繞組，并會產(chǎn)動機的定子繞組上時，便有三相對稱電流流過定子的三相對稱繞組，并會產(chǎn)生一個以同步轉(zhuǎn)速生一個以同步轉(zhuǎn)速n n1 1=60f=60f1 1/p/p旋轉(zhuǎn)的磁場，旋轉(zhuǎn)方向由電源的相序決定。當(dāng)轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的磁場，旋

48、轉(zhuǎn)方向由電源的相序決定。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組中通入直流電流后，會形成一個恒定磁場，極數(shù)與定子繞組相同。當(dāng)子繞組中通入直流電流后，會形成一個恒定磁場，極數(shù)與定子繞組相同。當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁極與定子磁極轉(zhuǎn)子的磁極與定子磁極N N對齊時，產(chǎn)生吸引力，使得轉(zhuǎn)子跟著定子磁極對齊時，產(chǎn)生吸引力，使得轉(zhuǎn)子跟著定子磁極S S旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了電能到機械能的轉(zhuǎn)變。由于旋轉(zhuǎn)的速度與定子磁場轉(zhuǎn)速相同，故稱同實現(xiàn)了電能到機械能的轉(zhuǎn)變。由于旋轉(zhuǎn)的速度與定子磁場轉(zhuǎn)速相同，故稱同步電動機，圖步電動機，圖6-19a6-19a所示為理想空載情況。由于電動機實際空載運轉(zhuǎn)時總存在所示為理想空載情況。由于電動機實際空載運轉(zhuǎn)時總存在阻力，因此磁極的軸線

49、總要滯后旋轉(zhuǎn)磁場軸線一個很小的角度阻力，因此磁極的軸線總要滯后旋轉(zhuǎn)磁場軸線一個很小的角度，以增大電，以增大電磁轉(zhuǎn)矩，圖磁轉(zhuǎn)矩，圖6-19b6-19b所示為實際空載情況。負(fù)載時，則所示為實際空載情況。負(fù)載時，則角隨之增大，電動機的角隨之增大，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增大，使電動機轉(zhuǎn)速仍保持同步狀態(tài)，如圖電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增大，使電動機轉(zhuǎn)速仍保持同步狀態(tài)，如圖6-19c6-19c所示。顯然，所示。顯然，當(dāng)負(fù)載力矩超過同步轉(zhuǎn)矩時，旋轉(zhuǎn)磁場就無法拖著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象當(dāng)負(fù)載力矩超過同步轉(zhuǎn)矩時，旋轉(zhuǎn)磁場就無法拖著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為失步，電動機不能正常工作。稱為失步，電動機不能正常工作。416.4

50、6.4 同步電動機同步電動機6-19 6-19 同步電動機的工作原理同步電動機的工作原理a a）理想空載時）理想空載時 b b）實際空載時）實際空載時 c c）負(fù)載時）負(fù)載時426.4 6.4 步電動機步電動機二、同步電動機的工作特性和二、同步電動機的工作特性和“ ”“ ”形曲線形曲線 V1 1、同步電動機的電樞反應(yīng)、同步電動機的電樞反應(yīng) 當(dāng)同步電動機的電樞繞組通入三相對稱交流電后，就會產(chǎn)生以同當(dāng)同步電動機的電樞繞組通入三相對稱交流電后，就會產(chǎn)生以同步轉(zhuǎn)速步轉(zhuǎn)速n n1 1旋轉(zhuǎn)的三相合成基波電樞磁通勢旋轉(zhuǎn)的三相合成基波電樞磁通勢F Fa a。當(dāng)同步電動機穩(wěn)定運行。當(dāng)同步電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)子也

51、以同步轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子也以同步轉(zhuǎn)速n n1 1旋轉(zhuǎn)，在勵磁繞組中通入直流勵磁電流旋轉(zhuǎn)，在勵磁繞組中通入直流勵磁電流I If f，產(chǎn)生勵磁磁通勢產(chǎn)生勵磁磁通勢F Ff f。勵磁磁通勢。勵磁磁通勢F Ff f與電樞磁通勢與電樞磁通勢F Fa a同速、同方向旋轉(zhuǎn)，同速、同方向旋轉(zhuǎn)，彼此在空間是相對靜止的，這樣，在電機的氣隙中有兩個磁通勢，它彼此在空間是相對靜止的，這樣，在電機的氣隙中有兩個磁通勢，它們相互疊加，形成了氣隙合成磁場。其中電樞磁場對勵磁磁場的影響們相互疊加，形成了氣隙合成磁場。其中電樞磁場對勵磁磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。稱為電樞反應(yīng)。436.4 6.4 同步電動機同步電動機2 2、同步電動機的

52、電動勢平衡方程式、同步電動機的電動勢平衡方程式 當(dāng)不考慮磁路飽和影響時，由兩個磁場共同作用（即氣隙合成磁當(dāng)不考慮磁路飽和影響時，由兩個磁場共同作用（即氣隙合成磁場）產(chǎn)生的每相繞組的合成電動勢可看成是各個磁場產(chǎn)生的電動勢之場）產(chǎn)生的每相繞組的合成電動勢可看成是各個磁場產(chǎn)生的電動勢之和。隱極式同步電動機的等效電路如圖和。隱極式同步電動機的等效電路如圖6-206-20所示。所示。圖圖6-20 6-20 隱極式同步電隱極式同步電動機等效電路動機等效電路 三相同步電動機一相定子回路的電動勢三相同步電動機一相定子回路的電動勢平衡方程為平衡方程為aar IEEEU0整理即有整理即有taaaXI jr IEX

53、XI jr IEU00)(446.4 6.4 同步電動機同步電動機3 3、同步電動機的特性、同步電動機的特性 （1 1）功角特性）功角特性 1 1）同步電動機的功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式）同步電動機的功率及轉(zhuǎn)矩平衡方程式 電網(wǎng)向同步電動機輸出的電功率為電網(wǎng)向同步電動機輸出的電功率為P P1 1，即，即111FeCuMppPP 電磁功率電磁功率P PM M與電動機軸上的機械輸出功率與電動機軸上的機械輸出功率P P2 2的關(guān)系，即的關(guān)系，即 02222)(pPppppPPadFeCumecM 相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式為 02TTT 同步電動機隨著負(fù)載的變化，必然引起電磁轉(zhuǎn)矩的變化，但轉(zhuǎn)

54、速是不會同步電動機隨著負(fù)載的變化，必然引起電磁轉(zhuǎn)矩的變化，但轉(zhuǎn)速是不會變化的，因此要用功角特性來描述電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載變化的規(guī)律。變化的，因此要用功角特性來描述電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載變化的規(guī)律。456.4 6.4 同步電動機同步電動機 2 2）同步電動機的功角特性）同步電動機的功角特性 同步電動機的功角特性是指電同步電動機的功角特性是指電磁功率（電磁轉(zhuǎn)矩）隨功率角磁功率（電磁轉(zhuǎn)矩）隨功率角變變化的關(guān)系，即化的關(guān)系，即P PM M=f(=f() )或或T=f(T=f() )對應(yīng)對應(yīng)的關(guān)系特性曲線，稱為功角特性曲的關(guān)系特性曲線，稱為功角特性曲線。凸極式同步電動機的功角特性線。凸極式同步電動

55、機的功角特性如圖如圖6-216-21曲線曲線1 1所示；隱極式同步電所示；隱極式同步電動機的功角特性如圖動機的功角特性如圖6-216-21曲線曲線2 2所示。所示。圖圖6-21 6-21 同步電動機的功角特性曲線同步電動機的功角特性曲線1-1-凸極式同步電動機的功角特性凸極式同步電動機的功角特性 2-2-隱極式同步電動機的功角特性隱極式同步電動機的功角特性466.4 6.4 同步電動機同步電動機 下面以隱極式為例來分析同步電動機的穩(wěn)定運行特性。下面以隱極式為例來分析同步電動機的穩(wěn)定運行特性。 同步電動機的工作點在同步電動機的工作點在0-900-90之間。當(dāng)負(fù)載比較小時，轉(zhuǎn)速會上升，之間。當(dāng)負(fù)載

56、比較小時，轉(zhuǎn)速會上升，功率角功率角減小，電磁轉(zhuǎn)矩減小，電磁轉(zhuǎn)矩T T減小，在減小，在T T下降到與下降到與TLTL相等時，電動機在新的平衡相等時，電動機在新的平衡點穩(wěn)定運行；當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速會下降，功率角點穩(wěn)定運行；當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速會下降，功率角增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，電磁轉(zhuǎn)矩T T增大，增大，在在T T增大到與增大到與TLTL相等時，又在新的平衡點穩(wěn)定運行。相等時，又在新的平衡點穩(wěn)定運行。 同步電動機的工作點在同步電動機的工作點在90-18090-180之間。當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速會上升，之間。當(dāng)負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速會上升，功率角功率角增大，電磁轉(zhuǎn)矩減小，直至電動機停止。增大，電磁轉(zhuǎn)矩減小，直至電動

57、機停止。 為了使同步電動機有足夠的過載能力，額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)矩，額定為了使同步電動機有足夠的過載能力，額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)矩，額定功率角常在功率角常在20-3020-30之間，這時電動機的過載能力為之間，這時電動機的過載能力為 對于凸極式同步電動機，從圖中可知，最大轉(zhuǎn)矩通常出現(xiàn)在對于凸極式同步電動機，從圖中可知，最大轉(zhuǎn)矩通常出現(xiàn)在45-9045-90之間。之間。由于附加轉(zhuǎn)矩的存在，其過載能力增強，穩(wěn)定性就較高，因此同步電動機多由于附加轉(zhuǎn)矩的存在，其過載能力增強，穩(wěn)定性就較高，因此同步電動機多制成凸極式。制成凸極式。 5 . 32)3020(sin90sinmaxNTT476.4 6.4 同

58、步電動機同步電動機（2 2）工作特性）工作特性 同步電動機的工作特性是指在同步電動機的工作特性是指在外加電壓外加電壓U U、勵磁電流、勵磁電流I I均為常數(shù)時，均為常數(shù)時，電樞電流電樞電流I If f、電磁轉(zhuǎn)矩、電磁轉(zhuǎn)矩T T、功率因數(shù)、功率因數(shù)coscos和效率和效率與輸出功率與輸出功率P P2 2之間的之間的關(guān)系，其工作特性曲線如圖關(guān)系，其工作特性曲線如圖6-226-22所所示。示。圖圖6-22 6-22 同步電動機同步電動機的工作特性的工作特性486.4 6.4 同步電動機同步電動機 圖圖6-236-23為同步電動機在不同勵磁下的為同步電動機在不同勵磁下的功率因數(shù)特性。曲線功率因數(shù)特性。

59、曲線1 1對應(yīng)較小勵磁電流，對應(yīng)較小勵磁電流，只有在空載時才會使只有在空載時才會使cos=1cos=1，當(dāng)負(fù)載增，當(dāng)負(fù)載增大時，功率因數(shù)會降低且滯后；曲線大時，功率因數(shù)會降低且滯后；曲線2 2對對應(yīng)較大的勵磁電流，當(dāng)負(fù)載小于半載時，應(yīng)較大的勵磁電流，當(dāng)負(fù)載小于半載時，功率因數(shù)為超前（過勵狀態(tài)），大于半載功率因數(shù)為超前（過勵狀態(tài)），大于半載時，為滯后（欠勵狀態(tài)）；曲線時，為滯后（欠勵狀態(tài)）；曲線3 3對應(yīng)更對應(yīng)更大的勵磁電流，當(dāng)電動機滿載時，功率因大的勵磁電流，當(dāng)電動機滿載時，功率因數(shù)為數(shù)為1 1。因此，可以調(diào)節(jié)同步電動機的勵。因此，可以調(diào)節(jié)同步電動機的勵磁電流來達(dá)到在任意負(fù)載下，使功率因數(shù)磁電

60、流來達(dá)到在任意負(fù)載下，使功率因數(shù)為為1 1的目的，且可以在超前和滯后之間變的目的，且可以在超前和滯后之間變化，這是同步電動機的優(yōu)點之一?；?，這是同步電動機的優(yōu)點之一。圖圖6-23 6-23 不同勵磁下的特性不同勵磁下的特性496.4 6.4 同步電動機同步電動機（3 3）同步電動機的）同步電動機的“V”V”形曲線形曲線 同步電動機的同步電動機的“V”V”形曲線是指形曲線是指電源的電壓電源的電壓U U、頻率、頻率f f、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩T TL L保持不變時，電樞電流保持不變時，電樞電流I If f和勵磁電和勵磁電流流I I之間的關(guān)系曲線之間的關(guān)系曲線I=f(II=f(If f) )。圖。圖6