第6章單相異步電動(dòng)機(jī)

1、 Yd1 Yd5 第第6章章 其他交流電動(dòng)機(jī)其他交流電動(dòng)機(jī)6.1 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)6.2 三相同步電動(dòng)機(jī)三相同步電動(dòng)機(jī) *6.3 單相（微型）同步電動(dòng)機(jī)單相（微型）同步電動(dòng)機(jī)*6.4 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)思考與練習(xí)題思考與練習(xí)題6. 1 單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī) 單相異步電動(dòng)機(jī)采用單相電源供電, 功率比較小,從幾瓦到幾百瓦,它廣泛應(yīng)用于家用電器（如電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、吸塵器等）、醫(yī)療器械和小型機(jī)械中。生活中的單相異步生活中的單相異步電動(dòng)機(jī)圖片電動(dòng)機(jī)圖片單相定子繞組通入單相交流電單相定子繞組通入單相交流電 產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)SNSN脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大

2、小一樣、轉(zhuǎn)速相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F+、F-。順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F+對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩；逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F-對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。在啟動(dòng)時(shí)刻這兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是說(shuō)單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。 T T T T 1 0 0 2 2 s s 單單相相異異步步電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)的的機(jī)機(jī)械械特特性性 1、s=1（n=0）時(shí)，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零，無(wú)法直接啟動(dòng)。）時(shí)，合成電磁轉(zhuǎn)矩為零，無(wú)法直接啟動(dòng)。2、一旦單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、一旦單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F+和逆時(shí)和

3、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)針旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)F-產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個(gè)合成電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個(gè)合成電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，即使沒(méi)有其它外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來(lái)的作用下，即使沒(méi)有其它外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。(需要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題需要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題)3、單相異步電動(dòng)機(jī)總有一個(gè)反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在，所以額定轉(zhuǎn)速、單相異步電動(dòng)機(jī)總有一個(gè)反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在，所以額定轉(zhuǎn)速略低，其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動(dòng)機(jī)。略低，其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動(dòng)機(jī)。 只要在空間不同相的繞組中通入時(shí)間上不同相的電流，就只

4、要在空間不同相的繞組中通入時(shí)間上不同相的電流，就能產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，分相啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)能產(chǎn)生一旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，分相啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的。的。（1 1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定子繞組由定子繞組由輔助繞組及工作繞組輔助繞組及工作繞組兩部分組成兩部分組成（啟動(dòng)繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線(xiàn)細(xì)；工作繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線(xiàn)粗。啟動(dòng)繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線(xiàn)細(xì)；工作繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線(xiàn)粗。由于結(jié)構(gòu)的不同，流經(jīng)這兩套繞組的電流存在著一定的由于結(jié)構(gòu)的不同，流經(jīng)這兩套繞組的電流存在著一定的相位差）相位差）啟動(dòng)結(jié)束后，輔助繞組被自動(dòng)切除啟動(dòng)結(jié)束后，輔助繞組被自動(dòng)切除 （2 2）優(yōu)缺點(diǎn)）優(yōu)缺點(diǎn)價(jià)格較低價(jià)格較低啟動(dòng)電流較大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不

5、大啟動(dòng)電流較大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大 （3 3）應(yīng)用范圍）應(yīng)用范圍輕載或空載輕載或空載定子的兩個(gè)繞組：定子的兩個(gè)繞組：1）主繞組，）主繞組，2）啟動(dòng)繞組。兩繞組在空間相差）啟動(dòng)繞組。兩繞組在空間相差90。在啟動(dòng)繞組回路中串接啟動(dòng)電容在啟動(dòng)繞組回路中串接啟動(dòng)電容C，作電流分相用，并通過(guò)開(kāi)關(guān)，作電流分相用，并通過(guò)開(kāi)關(guān)Q與工作繞組與工作繞組并聯(lián)在同一單相電源上。并聯(lián)在同一單相電源上。工作繞組呈感性，工作繞組呈感性，I1滯后于滯后于U。若適當(dāng)選擇電容。若適當(dāng)選擇電容C，使流過(guò)啟動(dòng)繞組的電流，使流過(guò)啟動(dòng)繞組的電流I2超前超前I1 90，就相當(dāng)于在相位上互差，就相當(dāng)于在相位上互差90的兩相電流流入在空間相差的兩相

6、電流流入在空間相差90的的兩相繞組中，就在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在該磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩兩相繞組中，就在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在該磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩, 使使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 )90sin()sin(12tIitIimm21mIiit1200；SNW1W2S1S2 X21mmIiIit707. 0707. 04512；SNW1W2S1S2 X X12mmIiIit09012；SNW1W2S1S2 X12mmIiIit707. 0707. 013512；SNW1W2S1S2 X X21mmIiIit120180；SNW1W2S1S2 X21mmIiIit707. 0707. 0225

7、12；SNW1W2S1S2 XX 21mmIiIit027012；SNW1W2S1S2 X21mmIiIit707. 0707. 031512；SNW1W2S1S2 X X21mmIiIit120360；SNW1W2S1S2 X21單相電容啟動(dòng)式異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生單相電容啟動(dòng)式異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)性能好，適用于滿(mǎn)載啟動(dòng)的場(chǎng)合。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)性能好，適用于滿(mǎn)載啟動(dòng)的場(chǎng)合。罩極電動(dòng)機(jī)的定子一般采用凸極罩極電動(dòng)機(jī)的定子一般采用凸極式，工作繞組集中繞制，套在定式，工作繞組集中繞制，套在定子磁極上。子磁極上。在極靴表面的在極靴表面的1/31

8、/31/41/4處開(kāi)處開(kāi)有一個(gè)小槽，有一個(gè)小槽，并用短路銅環(huán)并用短路銅環(huán)把這部分磁極把這部分磁極罩起來(lái)，短路罩起來(lái)，短路銅環(huán)起了啟動(dòng)銅環(huán)起了啟動(dòng)繞組的作用，繞組的作用，稱(chēng)為啟動(dòng)繞組。稱(chēng)為啟動(dòng)繞組。罩極電動(dòng)機(jī)罩極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子做成的轉(zhuǎn)子做成籠型籠型（a） 單相交流電流單相交流電流 （b）罩極電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)）罩極電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, ,制造方便；制造方便；缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)向只能由未罩部分向被罩部分旋轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)向只能由未罩部分向被罩部分旋轉(zhuǎn)，不能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。常用于小型電風(fēng)扇上。常用于小型電風(fēng)扇上。 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和原理上與電容分電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)

9、構(gòu)和原理上與電容分相式電動(dòng)機(jī)完全一樣相式電動(dòng)機(jī)完全一樣, , 只是啟動(dòng)繞組和電容器都設(shè)計(jì)只是啟動(dòng)繞組和電容器都設(shè)計(jì)為長(zhǎng)期工作狀態(tài)為長(zhǎng)期工作狀態(tài), , 工作繞組與啟動(dòng)繞組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都起工作繞組與啟動(dòng)繞組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都起作用。電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是兩相電動(dòng)作用。電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是兩相電動(dòng)機(jī)機(jī), , 它的運(yùn)行特性較好它的運(yùn)行特性較好, , 功率因數(shù)、效率和過(guò)載能力功率因數(shù)、效率和過(guò)載能力都比電容分相啟動(dòng)和電阻分相啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)要好。都比電容分相啟動(dòng)和電阻分相啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)要好。 1、將工作繞組或啟動(dòng)繞組的首末端對(duì)調(diào)、將工作繞組或啟動(dòng)繞組的首末端對(duì)調(diào)1I2、將電容器從一個(gè)繞組改接

10、到另一個(gè)繞組、將電容器從一個(gè)繞組改接到另一個(gè)繞組洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 注意：兩相繞組完全對(duì)稱(chēng)，即匝數(shù)相等，空間相位差注意：兩相繞組完全對(duì)稱(chēng)，即匝數(shù)相等，空間相位差9090o o電角電角度；串聯(lián)電容器的繞組中的電流超前于電壓，不串聯(lián)電容器的度；串聯(lián)電容器的繞組中的電流超前于電壓，不串聯(lián)電容器的那相繞組中的電流落后于電壓。那相繞組中的電流落后于電壓。1、 串電抗器調(diào)速法串電抗器調(diào)速法將電抗器與電動(dòng)機(jī)定子繞組串聯(lián)，將電抗器與電動(dòng)機(jī)定子繞組串聯(lián)，加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓低于加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓低于電源電壓，達(dá)到降壓調(diào)速的目的。電源電壓，達(dá)到降壓調(diào)速的目的。由額定轉(zhuǎn)速向低調(diào)速

11、。由額定轉(zhuǎn)速向低調(diào)速。線(xiàn)路簡(jiǎn)單、操作方便。線(xiàn)路簡(jiǎn)單、操作方便。 應(yīng)用：吊扇。應(yīng)用：吊扇。電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí)，電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí)，普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。定子普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。定子槽中嵌有工作繞組槽中嵌有工作繞組W W1 1W W2 2、啟動(dòng)繞組、啟動(dòng)繞組S S1 1S S2 2和調(diào)速繞組和調(diào)速繞組D D1 1D D2 2。通過(guò)改變調(diào)速繞組與工作繞組、啟通過(guò)改變調(diào)速繞組與工作繞組、啟動(dòng)繞組的連接方式，調(diào)節(jié)相位差來(lái)動(dòng)繞組的連接方式，調(diào)節(jié)相位差來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。2、 電動(dòng)機(jī)繞組變抽頭調(diào)速電動(dòng)機(jī)繞組變抽頭調(diào)速應(yīng)用：臺(tái)扇、落地扇。應(yīng)用：臺(tái)扇、落地扇。M典

12、型線(xiàn)路圖分析：經(jīng)檢驗(yàn)合格的家用電器產(chǎn)品在出廠(chǎng)時(shí)都附有電氣原理圖或電氣接線(xiàn)圖。電氣原理圖是根據(jù)電氣動(dòng)作原理而繪制，臺(tái)扇的電氣原理圖多粘貼在底座的蓋板上，落地扇多粘貼在開(kāi)關(guān)箱的后蓋板上，有些生產(chǎn)廠(chǎng)同時(shí)在使用說(shuō)明書(shū)中給出電氣原理圖，這對(duì)電風(fēng)扇的安裝使用、維修分析提供了方便。有些電氣原理圖簡(jiǎn)單明了，很容易看懂其原理、調(diào)速方式和接線(xiàn)方式，而有些電氣原理圖則過(guò)于復(fù)雜，從電氣原理圖不易分清其調(diào)速方式和接線(xiàn)方式，給維修帶來(lái)困難。下面結(jié)合電風(fēng)扇的典型接線(xiàn)圖進(jìn)行分析介紹，以使對(duì)電動(dòng)機(jī)的典型接線(xiàn)方式有所了解。 圖 6 - 7 臺(tái)風(fēng)扇調(diào)速電路 任何物質(zhì)在液化后都要放出熱量，在氣化時(shí)都要吸收熱量，這是最普遍的物理現(xiàn)象。

13、空調(diào)冰箱就是利用了這個(gè)道理，將制冷劑液化放出熱量，然后再讓他蒸發(fā)吸收熱量。液化放出熱量的位置和蒸發(fā)吸收熱量的位置不能在一處，否則沒(méi)有任何效果。因此空調(diào)就有了室外機(jī)，目的是散熱和其它主要功能。 電冰箱電路主要由壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)器、溫控器、熱保護(hù)器等組成。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)一般均采用電阻啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)（少量也有采用電容啟動(dòng)的）, 因此它的啟動(dòng)繞組只在啟動(dòng)時(shí)接通電源,啟動(dòng)后必須立即從電源上切除, 這通常由啟動(dòng)器來(lái)完成。圖 6 - 8是普通單門(mén)電冰箱電路。當(dāng)溫控器觸點(diǎn)接通時(shí), 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng),啟動(dòng)后啟動(dòng)器的線(xiàn)圈通電才能將銜鐵吸下, 啟動(dòng)器觸點(diǎn)斷開(kāi), 切斷啟動(dòng)繞組電路, 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后,

14、 溫控器觸點(diǎn)斷開(kāi), 電動(dòng)機(jī)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)。熱保護(hù)器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。燈開(kāi)關(guān)由冰箱門(mén)進(jìn)行控制, 當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí), 燈開(kāi)關(guān)閉合接通照明燈電路。圖 6 8 電冰箱調(diào)速電路 洗衣機(jī)電路主要由電動(dòng)機(jī)和定時(shí)控制器兩大部分組成, 電動(dòng)機(jī)均為電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于需要正反轉(zhuǎn)的洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī), 工作繞組和啟動(dòng)繞組完全一樣, 只要改變電容器與兩繞組的串接順序, 電動(dòng)機(jī)就能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。圖6 - 9是單缸洗衣機(jī)控制電路。K1、K2、K3 是發(fā)條式定時(shí)器的觸點(diǎn), 由它們來(lái)控制洗滌時(shí)間和正反轉(zhuǎn)。S1 是選擇弱強(qiáng)洗的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān), 借助于定時(shí)器 K2或K3 通斷時(shí)間長(zhǎng)短的不同, 可控制強(qiáng)洗或弱洗。有關(guān)強(qiáng)洗、中洗和弱洗的工作情

15、況如下： 強(qiáng)洗：波輪單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，洗滌時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流沖刷衣物。波輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由定時(shí)器控制，最長(zhǎng)不超過(guò)15分鐘。適用于洗滌較臟的工作服、床單及粗厚衣物。 中洗：波輪以自動(dòng)間歇正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生中等渦流沖刷衣物進(jìn)行洗滌。正或反轉(zhuǎn)2530秒，間歇35秒。適用于洗滌棉麻織物、化纖混紡衣物。 弱洗：波輪以自動(dòng)間歇正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生柔和渦流沖刷衣物進(jìn)行洗滌。正或反轉(zhuǎn)35秒，間停57秒。適用于洗滌絲綢、毛紡等柔質(zhì)衣物。從以上可知，洗衣機(jī)的洗滌強(qiáng)度，既強(qiáng)洗、中洗和弱洗，與電風(fēng)扇送風(fēng)強(qiáng)度是有本質(zhì)區(qū)別的。電風(fēng)扇是以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)獲得不同的風(fēng)量，而洗衣電風(fēng)扇是以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)獲得不同的風(fēng)量，而洗衣機(jī)的強(qiáng)、

16、中、弱洗并非通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變來(lái)獲得，它是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的機(jī)的強(qiáng)、中、弱洗并非通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速改變來(lái)獲得，它是通過(guò)控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)的運(yùn)轉(zhuǎn)與停止的時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖 6 - 9 洗衣機(jī)調(diào)速電路6. 2 三相同步電動(dòng)機(jī)三相同步電動(dòng)機(jī) 交流電機(jī)分為異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類(lèi)。在前面我們已講述了交流異步電機(jī), 本節(jié)簡(jiǎn)要介紹同步電機(jī)。同步電機(jī)又可分為同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī)（調(diào)相機(jī)）三種。發(fā)電廠(chǎng)用的發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)。三相同步電動(dòng)機(jī)主要用于功率較大, 轉(zhuǎn)速不需要調(diào)節(jié)的生產(chǎn)機(jī)械中,如空氣壓縮機(jī)、大型水泵等。同步電動(dòng)機(jī)由于具有啟動(dòng)比較困難, 不易調(diào)速等缺點(diǎn), 限制了它的應(yīng)用,

17、 但可通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)改善電網(wǎng)的功率因數(shù), 因此也得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái) , 由于交流變頻技術(shù)的發(fā)展, 解決了電源變頻的問(wèn)題,從而使同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和調(diào)速問(wèn)題得到了解決, 同步電動(dòng)機(jī)得到了更為廣泛的應(yīng)用。同步電機(jī)還可作同步補(bǔ)償機(jī)用 ，專(zhuān)門(mén)用來(lái)改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步電機(jī)無(wú)論作何種用途, 有一個(gè)共同的特點(diǎn)是它的轉(zhuǎn)速總等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速, 即pfnn1160因此, 這種電機(jī)稱(chēng)為同步電機(jī)。( 6 - 1)6. 2. 1 三相同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 同步發(fā)電機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)和同步補(bǔ)償機(jī), 它們的結(jié)構(gòu)相同, 均是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成的。 1 定子定子 同步電機(jī)的定子與異步

18、電機(jī)的定子的結(jié)構(gòu)基本相同,是由定子鐵心、定子繞組（電樞繞組）、機(jī)座和端蓋等組成的。鐵心是由硅鋼片疊成的, 大型同步電機(jī)由于尺寸較大, 硅鋼片沖制成扇形(如圖6 -10所示) , 然后拼疊成圓形。電樞繞組是三相對(duì)稱(chēng)繞組, 有些大型高壓電機(jī)的絕緣要求較高。機(jī)座和端蓋與三相異步電動(dòng)機(jī)的相同。圖 6 -10 定子扇形硅鋼片沖片 2 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子不同, 它由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組（勵(lì)磁繞組）和滑環(huán)組成。通過(guò)電刷和滑環(huán)給轉(zhuǎn)子上的勵(lì)磁繞組通入直流勵(lì)磁電流, 就可使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生固定極性的磁極。同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式有兩種, 即凸極式和隱極式。 凸極式轉(zhuǎn)子如圖6 -11(a)所示, 磁極鐵心

19、用硅鋼片沖壓疊成 , 磁極上裝有直流勵(lì)磁繞組, 繞組的連接應(yīng)使轉(zhuǎn)子的磁極極性 N 和 S 在電機(jī)圓周上交替排列, 勵(lì)磁電流通過(guò)電刷和滑環(huán)通入勵(lì)磁繞組。凸極式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是 , 轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙不均勻 , 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 , 制造方便 , 但機(jī)械強(qiáng)度較差 , 適用于低速同步電機(jī) , 如水輪發(fā)電機(jī)和低速的同步電動(dòng)機(jī)等。圖 6 -11 同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu) (a) 凸極式； (b) 隱極式 隱極式轉(zhuǎn)子如圖6 -11(b)所示 , 轉(zhuǎn)子呈圓柱形, 無(wú)明顯的磁極, 轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸是由整塊的鋼加工成統(tǒng)一體。在圓周上約有2/3的部分銑有齒和槽, 槽內(nèi)嵌放同心式直流勵(lì)磁繞組, 沒(méi)有開(kāi)槽的 1/3 部分稱(chēng)為大齒, 是磁極

20、的中心區(qū)域。勵(lì)磁繞組也是通過(guò)電刷和滑環(huán)與直流電源相連接。隱極式轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是, 轉(zhuǎn)子與定子之間的氣隙均勻,制造工藝比較復(fù)雜, 機(jī)械強(qiáng)度較好, 適用于極少數(shù)高速的同步電機(jī), 如汽輪發(fā)電機(jī)。 另外, 在同步電機(jī)轉(zhuǎn)子的表面,都裝有類(lèi)似籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的短路繞組, 在同步發(fā)電機(jī)中稱(chēng)為阻尼繞阻, 在正常運(yùn)行中起穩(wěn)定作用。在同步電動(dòng)機(jī)中稱(chēng)之為啟動(dòng)繞組。在異步啟動(dòng)時(shí)起啟動(dòng)作用, 啟動(dòng)后同步運(yùn)行時(shí)起穩(wěn)定作用。 6. 2. 2 三相同步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相同步電動(dòng)機(jī)的工作原理 當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)的定子三相繞組接到三相對(duì)稱(chēng)電源上時(shí), 三相繞組中流入三相對(duì)稱(chēng)電流, 由磁場(chǎng)理論知道, 它將產(chǎn)生一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 如果轉(zhuǎn)子已

21、經(jīng)通入直流勵(lì)磁電流產(chǎn)生了固定的磁極極性, 且轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速, 根據(jù)同名磁極相斥、異名磁極相吸的原理, 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極對(duì)轉(zhuǎn)子磁極產(chǎn)生的磁拉力則牽引著轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn), 即n = n1 , 如圖6 -12所示, 這就是同步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理。由于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速相同, 故稱(chēng)為同步電動(dòng)機(jī)。圖 6 -12 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理6. 2. 3 三相同步電動(dòng)機(jī)的相量圖與電磁功率三相同步電動(dòng)機(jī)的相量圖與電磁功率 凸極式同步電動(dòng)機(jī)與隱極式同步電動(dòng)機(jī)的不同之處是凸極式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有明顯的磁極, 氣隙不均勻, 電樞磁動(dòng)勢(shì)處于氣隙圓周的不同位置時(shí)遇到的磁阻不同。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)重合時(shí)（

22、 0）, 轉(zhuǎn)子處于直軸軸線(xiàn)位置, 這時(shí)磁路的氣隙最小, 磁阻也最小, 對(duì)應(yīng)的電抗值最大, 稱(chēng)之為直軸同步電抗, 以Xq表示。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)相差 90電角度時(shí), 轉(zhuǎn)子處于交軸軸線(xiàn)位置,這時(shí)的磁路氣隙最大, 磁阻也最大, 相應(yīng)的電抗值最小, 稱(chēng)之為交軸同步電抗, 以 Xq表示。當(dāng)定、轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)相差的角度處于上述兩位置之間時(shí), 相應(yīng)的磁阻及電抗也處于兩者之間， 隨位置的不同而變化。 若不計(jì)定子繞組電阻壓降, 凸極式同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為（在此不作分析推導(dǎo)）qqdd01jjXIXIEU( 6 2 )式中: 定子相電壓； 定子感應(yīng)的相電動(dòng)勢(shì)； 定子相電流的直軸分量； 定子相電流的交軸分量；

23、 Xd 直軸同步電抗； Xq 交軸同步電抗。1U0EdIqI圖 6 -13 凸極式同步電動(dòng)機(jī)的相量圖 根據(jù)式（6 -2）可畫(huà)出凸極式同步電動(dòng)機(jī)的相量圖 , 如圖6 -13所示。圖中 是功率因數(shù)角, 是內(nèi)功率因數(shù)角, 是功率角, 三者之間的關(guān)系為 。 經(jīng)過(guò)推導(dǎo), 凸極式同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率與功率角的關(guān)系為2sin1123sin3dq21d01emXXUXEUP( 6 3 ) 對(duì)于隱極式同步電動(dòng)機(jī), 轉(zhuǎn)子無(wú)明顯的磁極, 直軸同步電抗與交軸同步電抗相等, 即 Xd = Xq = Xt , Xt 稱(chēng)為隱極式同步電動(dòng)機(jī)的同步電抗。 由式（6-2）可得隱極式同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式為t10tqtd01

24、jjjXIEXIXIEU( 6 4 )由式（6-3）可得隱極式同步電動(dòng)機(jī)的電磁功率公式為 sin3t01emXEUP( 6 -5 )6. 2. 4 同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)的V形曲線(xiàn)及功率因數(shù)調(diào)節(jié)形曲線(xiàn)及功率因數(shù)調(diào)節(jié) 在同步電動(dòng)機(jī)定子繞組所加電壓、頻率和電動(dòng)機(jī)輸出的功率恒定不變的情況下, 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流, 定子繞組電流的大小和相位也隨之發(fā)生變化, 因此可改變電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)上的性質(zhì), 從而提高和改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線(xiàn)是指電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓、頻率和輸出功率恒定不變, 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流時(shí), 定子電樞電流與勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線(xiàn) I = f ( If ) , 其形狀如同“ V ” 字,

25、故稱(chēng)為 V 形曲線(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的負(fù)載功率不同 , V 形曲線(xiàn)的相應(yīng)位置也不同。下面以隱極式同步電動(dòng)機(jī)為例, 利用相量圖分析 V 形曲線(xiàn)的變化規(guī)律, 分析結(jié)論同樣適用于凸極式同步電動(dòng)機(jī)。 當(dāng)隱極式同步電動(dòng)機(jī)輸出功率恒定不變時(shí), 忽略定子繞組的電阻, 不計(jì)定子鐵損耗和各種雜散損耗的微弱變化, 則電動(dòng)機(jī)的電磁功率和輸入功率相等, 且保持不變, 即sin3t01emXEUP( 6 5 )圖6 -14 恒功率、調(diào)勵(lì)磁時(shí)隱極式電動(dòng)機(jī)的相量圖 由于電網(wǎng)電壓 U1 和同步電抗 Xt 均為常數(shù), 因此 E0 和 也為常數(shù)。根據(jù)隱極式同步電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式作其相量圖, 如圖 6 -14所示。當(dāng)調(diào)節(jié)直流勵(lì)磁電流時(shí)

26、, 因 不變, 表示 相量的端點(diǎn)軌跡將在 AB 垂直線(xiàn)上移動(dòng)。因 不變, 表示 相量的端點(diǎn)軌跡將在 CD 水平線(xiàn)上移動(dòng)。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流為正常勵(lì)磁時(shí), 電動(dòng)勢(shì)為 , 電動(dòng)機(jī)的 , 電樞電流全部為有功電流,電流值最小。當(dāng)勵(lì)磁電流大于正常勵(lì)磁電流時(shí)（即過(guò)勵(lì)）, 將增大至 , 定子電流為sincos1I0Esin0Ecos1I1I0E1cos 0E0E , 在相位上超前電壓 一個(gè)角度 ,它除了含有原來(lái)的有功電流外, 還從電網(wǎng)吸取超前的無(wú)功電流, 因此電樞電流增加, 1（超前）, 電動(dòng)機(jī)為容性負(fù)載。當(dāng)勵(lì)磁電流小于正常勵(lì)磁電流時(shí)（即欠勵(lì)）, 將減小至 , 定子電流為 , 在相位上滯后 一個(gè)角度 , 它除了含

27、有原來(lái)的有功電流外, 還從電網(wǎng)吸取滯后的無(wú)功電流, 電樞電流也增加, 1（滯后）,電動(dòng)機(jī)為感性負(fù)載。1I1I1U1cos0E 0E I 1I1U2cos圖 6 -15 同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線(xiàn) 由以上分析可知, 在輸出功率一定時(shí), 定子電流 I1隨勵(lì)磁電流 If 的變化關(guān)系曲線(xiàn)是 V 字形, 故稱(chēng)為同步電動(dòng)機(jī)的 V 形曲線(xiàn), 如圖6 -15所示。由圖可知, 正常勵(lì)磁時(shí), =1，電樞電流最??；欠勵(lì)磁時(shí), 功率因數(shù)是滯后性的；過(guò)勵(lì)磁時(shí), 功率因數(shù)是超前性的。當(dāng)輸出功率一定時(shí), E0 =常數(shù)。當(dāng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流 If 小到一定程度時(shí), E0 也隨之減小到一定程度, 功率角增至90。如果 If 再減小,

28、隱極式同步電動(dòng)機(jī)就不能穩(wěn)定運(yùn)行, 如圖 6 -15所示中表示出的電動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定區(qū)的界線(xiàn)。 cossin 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流不但可以調(diào)節(jié)無(wú)功電流和無(wú)功功率的大小, 還可調(diào)節(jié)無(wú)功電流和無(wú)功功率的性質(zhì)（功率因數(shù)）, 這是同步電動(dòng)機(jī)的重要特點(diǎn)。一般電網(wǎng)的負(fù)載大多數(shù)為感性負(fù)載, 它們從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率。在一般情況下, 使用同步電動(dòng)機(jī)時(shí), 讓它運(yùn)行在過(guò)勵(lì)狀態(tài), 從電網(wǎng)中吸取容性無(wú)功功率, 使電網(wǎng)的功率因數(shù)得到改善。6. 2. 5 同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 同步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)之間相互作用而產(chǎn)生的。只有兩者相對(duì)靜止時(shí), 才能產(chǎn)生穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子加上直流勵(lì)磁,

29、 定子加上交流電壓?jiǎn)?dòng)時(shí), 定子產(chǎn)生的高速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)掃過(guò)不動(dòng)的轉(zhuǎn)子磁極, 平均電磁轉(zhuǎn)矩為零。因?yàn)檗D(zhuǎn)子機(jī)械慣量很大, 不可能像定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)那樣, 一瞬間加速到定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度, 因而定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極只能迅速掃過(guò)轉(zhuǎn)子交叉布置的各個(gè)不同極性(N、S)的磁極, 產(chǎn)生吸引力和推斥力, 吸引力和推斥力相互作用, 使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩平均值為零。所以, 同步電動(dòng)機(jī)無(wú)自啟動(dòng)能力, 不能自行啟動(dòng),要啟動(dòng)同步電動(dòng)機(jī), 必須采取一定的啟動(dòng)措施。 同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法有輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法、變頻啟動(dòng)法和異步啟動(dòng)法三種。 1 輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法 輔助電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)法是用一臺(tái)輔助電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)同步電動(dòng)機(jī), 將同步電

30、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子拖動(dòng)至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí), 然后將同步電動(dòng)機(jī)并入電網(wǎng), 撤出輔助電動(dòng)機(jī), 最后再加上機(jī)械負(fù)載。這一方法適合于空載啟動(dòng)。 2 變頻啟動(dòng)法變頻啟動(dòng)法 變頻啟動(dòng)法是利用大功率可調(diào)頻率的電源進(jìn)行啟動(dòng)的。啟動(dòng)時(shí), 首先給轉(zhuǎn)子加上直流勵(lì)磁, 然后給定子加上較低頻率的電壓, 低頻電源產(chǎn)生較低轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就可以拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái), 其次逐漸提高電源頻率, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也逐步提高, 直至電動(dòng)機(jī)要求的轉(zhuǎn)速。 3 異步啟動(dòng)法異步啟動(dòng)法 異步啟動(dòng)法是在凸極式同步電動(dòng)機(jī)磁極的極靴上開(kāi)有若干個(gè)槽 , 槽中裝有銅導(dǎo)條,在轉(zhuǎn)子的兩個(gè)端面上各用一個(gè)短路的銅環(huán)將銅導(dǎo)條連接起來(lái), 構(gòu)成一個(gè)完整的籠型繞組, 稱(chēng)為啟動(dòng)繞組（兼作阻尼

31、繞組）。啟動(dòng)時(shí),通過(guò)這個(gè)啟動(dòng)繞組, 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的原理可獲得啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng), 當(dāng)轉(zhuǎn)速升至接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)再加上直流勵(lì)磁, 產(chǎn)生同步轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步運(yùn)行。 同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)法的原理線(xiàn)路圖如圖 6 -16 所示。其啟動(dòng)過(guò)程分為以下三個(gè)步驟： 圖 6 -16 同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng)法的原理線(xiàn)路圖 （1）首先將勵(lì)磁繞組與一個(gè)是勵(lì)磁繞組電阻10倍的大電阻（10Rf）串接成閉合回路, 即將圖 6 -16中 S2合向左邊。這是因?yàn)閯?lì)磁繞組匝數(shù)較多,若啟動(dòng)時(shí)將它開(kāi)路, 在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下, 勵(lì)磁繞組中產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓, 導(dǎo)致勵(lì)磁繞組的絕緣擊穿和危及人身安全。如果將勵(lì)磁繞組直接短路, 則產(chǎn)生一個(gè)較大

32、的感應(yīng)電流, 它與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用, 產(chǎn)生一個(gè)較大的附加轉(zhuǎn)矩, 影響電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。 （2）同步電動(dòng)機(jī)定子繞組接通三相交流電壓, 定子繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子啟動(dòng)繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電流相互作用, 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩（這與異步電動(dòng)機(jī)的工作原理相同）, 同步電動(dòng)機(jī)便開(kāi)始異步啟動(dòng)。 （3）當(dāng)同步電動(dòng)機(jī)異步啟動(dòng), 轉(zhuǎn)速升至同步轉(zhuǎn)速的 95左右時(shí), 將開(kāi)關(guān) S2 合向右邊, 轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入勵(lì)磁電流, 產(chǎn)生轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng), 同時(shí)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁磁場(chǎng)的速度非常接近, 依靠?jī)纱艌?chǎng)間的相互吸引力把轉(zhuǎn)子拉住, 從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩, 使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn), 即牽入同步運(yùn)行。 同步電動(dòng)機(jī)在異步啟動(dòng)時(shí),

33、和異步電動(dòng)機(jī)一樣需要限制啟動(dòng)電流, 可采用定子串電抗或自耦變壓器等啟動(dòng)方法。 同步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程較為復(fù)雜, 且準(zhǔn)確度要求高, 現(xiàn)普遍采用晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng), 可以使同步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 *6. 3 單相（微型）同步電動(dòng)機(jī)單相（微型）同步電動(dòng)機(jī) 單相(微型)同步電動(dòng)機(jī)與普通同步電動(dòng)機(jī)一樣, 具有轉(zhuǎn)速恒定的特點(diǎn), 在轉(zhuǎn)速恒定的傳動(dòng)裝置中得到廣泛的應(yīng)用。單相(微型)同步電動(dòng)機(jī)也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成的。定子的結(jié)構(gòu)與單相或三相異步電動(dòng)機(jī)的相同, 定子繞組通入電流, 建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式和所采用的材料不同, 單相(微型)同步電動(dòng)機(jī)可分為永磁式、磁阻式（反應(yīng)式）和磁滯式等類(lèi)型。下面分

34、別介紹這些類(lèi)型的同步電動(dòng)機(jī)。 6. 3. 1 永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)永磁式微型同步電動(dòng)機(jī) 永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)的定子與異步電動(dòng)機(jī)相同,轉(zhuǎn)子是由永久磁鐵制成的, 結(jié)構(gòu)形式有凸極式和穩(wěn)極式,磁極N、S沿圓周交替排列, 如圖 6 -17 所示。當(dāng)定子繞組接通電源時(shí), 定子就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng), 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同。在運(yùn)行時(shí) , 當(dāng)轉(zhuǎn)子上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時(shí), 定子磁場(chǎng)磁極軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子磁極軸線(xiàn)之間的夾角相應(yīng)增大 ; 當(dāng)轉(zhuǎn)子上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩減小時(shí), 夾角 相應(yīng)減小 , 則轉(zhuǎn)速始終恒定不變。 1-永久磁鐵 ; 2-籠型繞組圖 6 -17 永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)也不能自行啟動(dòng)

35、 , 為了能夠自行啟動(dòng) , 轉(zhuǎn)子上也裝設(shè)籠型繞組, 如圖 6 -17所示,定子接通電源, 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩異步啟動(dòng), 待轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí), 轉(zhuǎn)子自動(dòng)被牽入同步, 此時(shí)籠型繞組也就不起作用了。 永磁式微型同步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗電少、轉(zhuǎn)速較低, 在自動(dòng)儀表中被廣泛應(yīng)用。6. 3. 2 磁阻式（反應(yīng)式）同步電動(dòng)機(jī)磁阻式（反應(yīng)式）同步電動(dòng)機(jī) 磁阻式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由鐵磁材料制成, 無(wú)磁性,但是有直軸和交軸之分, 直軸（縱軸）方向的磁阻小, 交軸（橫軸）方向的磁阻大。如圖6 -18所示為磁阻式轉(zhuǎn)子的幾種不同形式。圖6 -18 (a)為凸極結(jié)構(gòu), 直軸和交軸氣隙大小不同, 因此磁阻不同, 稱(chēng)

36、為外反應(yīng)式。圖6 -18(b)為圓形結(jié)構(gòu), 雖氣隙均勻, 但內(nèi)部開(kāi)有反應(yīng)槽, 使交軸磁阻遠(yuǎn)大于直軸磁阻, 稱(chēng)為內(nèi)反應(yīng)式。圖6 -18 (c)為凸極結(jié)構(gòu), 但又在內(nèi)部開(kāi)有反應(yīng)槽 , 使直軸和交軸磁阻差別更大 , 稱(chēng)為內(nèi)外反應(yīng)式。另外 , 在轉(zhuǎn)子上都裝有籠型的啟動(dòng)繞組。 1-鐵心; 2-反應(yīng)槽; 3-籠型導(dǎo)條孔 圖 6 -18 磁阻式同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子沖片(a) 外反應(yīng)式； (b) 內(nèi)反應(yīng)式； (c) 內(nèi)外反應(yīng)式 反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接通電源后, 氣隙中建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下, 產(chǎn)生電磁拉力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩（亦稱(chēng)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩）, 拖動(dòng)轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。磁阻轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生解釋如下： 如圖6 -1

37、9(a)所示, 如果轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的軸線(xiàn)重合, 這時(shí)轉(zhuǎn)子雖也被磁化, 但氣隙磁場(chǎng)不被扭曲, 在這種情況下, 轉(zhuǎn)子只有徑向磁拉力, 而沒(méi)有切向磁拉力, 轉(zhuǎn)子無(wú)電磁轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度, 如圖6 -19 (b)所示, 由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通總是通過(guò)磁阻最小的路徑, 因此氣隙磁場(chǎng)被扭曲, 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁極與轉(zhuǎn)子間除產(chǎn)生徑向磁拉力外, 還出現(xiàn)切向的磁拉力, 這種切向的磁拉力形成一種電磁轉(zhuǎn)矩, 這就是同步電動(dòng)機(jī)的凸極效應(yīng),即因直軸與交軸上的磁阻不相等而產(chǎn)生的一種電磁轉(zhuǎn)矩, 故稱(chēng)為磁阻轉(zhuǎn)矩。隱極式同步電動(dòng)機(jī)不會(huì)產(chǎn)生這種轉(zhuǎn)矩, 如圖6 -19 (c)所示。圖 6 -19 磁阻轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的解釋 反應(yīng)式同步

38、電動(dòng)機(jī)也有啟動(dòng)問(wèn)題, 即不能自行啟動(dòng), 所以轉(zhuǎn)子裝有籠型繞組, 采用異步啟動(dòng)法啟動(dòng)。 反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單, 成本低廉, 運(yùn)行可靠, 在自動(dòng)控制、遙控裝置、錄音機(jī)、錄像機(jī)和傳真機(jī)中被廣泛應(yīng)用。 6. 3. 3 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)磁滯式同步電動(dòng)機(jī) 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心由硬磁材料制成, 形狀為圓柱體或圓環(huán), 裝配在非磁性材料制成的套筒上, 如圖6 20 所示。功率較小的磁滯式同步電動(dòng)機(jī), 定子采用罩極式結(jié)構(gòu), 轉(zhuǎn)子由硬磁材料薄片組成。薄片的形狀設(shè)計(jì)成直軸與交軸, 有不同的磁阻。硬磁材料在交變磁場(chǎng)作用下磁化時(shí), 表現(xiàn)為磁感應(yīng)強(qiáng)度滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化, 即磁滯現(xiàn)象。把硬磁材料做成的轉(zhuǎn)子放

39、入旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之中, 就會(huì)有一個(gè)較大的磁滯轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。如圖 6 21 所示, 定子為一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)定子磁場(chǎng)固定不動(dòng)時(shí), 轉(zhuǎn)子處于恒定的磁化狀態(tài)。轉(zhuǎn)子硬磁材料被磁化后, 磁分子排列與定子磁場(chǎng)方向一致, 如圖6 -21(a)所示, 定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁分子之間只有徑向吸引力, 而無(wú)切向吸引力, 轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。如果定子磁場(chǎng)以同步轉(zhuǎn)速逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度, 轉(zhuǎn)子中的磁分子間因有很大的摩擦力, 不能即時(shí)跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò) 角, 而始終在空間上落后旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一個(gè)角度, 這個(gè) 角稱(chēng)為磁滯角。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子磁分子軸線(xiàn)間出現(xiàn) 角后 (如圖6 -21(b)所示) , 轉(zhuǎn)子所受的磁拉力（吸引力）除徑向分量外, 還有切

40、向分量, 這個(gè)切向分量便形成轉(zhuǎn)矩, 稱(chēng)為磁滯轉(zhuǎn)矩 Tc , 在磁滯轉(zhuǎn)矩的作用下, 轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。產(chǎn)生磁滯轉(zhuǎn)矩的條件是轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速, 電動(dòng)機(jī)處于異步運(yùn)行狀態(tài)。磁滯轉(zhuǎn)矩和磁滯角的大小, 取決于硬磁材料的性質(zhì), 而與轉(zhuǎn)子異步運(yùn)行的速度無(wú)關(guān),轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁化下, 磁滯角是不變的, 磁滯轉(zhuǎn)矩始終保持為常數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升至同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí), 轉(zhuǎn)子不再被旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁化, 而是恒定磁化, 不再出現(xiàn)磁滯現(xiàn)象。因?yàn)檗D(zhuǎn)子是硬磁材料制成的, 具有永磁特性,這時(shí)磁滯式同步電動(dòng)機(jī)就成為永磁式同步電動(dòng)機(jī)。同步運(yùn)行以后, 轉(zhuǎn)速恒定不變, 夾角由負(fù)載的大小決定。圖6 2

41、0磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 6 -21 硬磁材料轉(zhuǎn)子的磁化 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速時(shí), 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng), 轉(zhuǎn)子中還會(huì)出現(xiàn)渦流, 渦流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用產(chǎn)生渦流轉(zhuǎn)矩, 渦流轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比, 所以在啟動(dòng)時(shí), 不僅有磁滯轉(zhuǎn)矩, 而且還有渦流轉(zhuǎn)矩, 故磁滯式同步電動(dòng)機(jī)能自行啟動(dòng), 而且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)不僅能在同步狀態(tài)下運(yùn)行, 也可在異步狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于磁滯轉(zhuǎn)矩時(shí), 電動(dòng)機(jī)在異步狀態(tài)下運(yùn)行；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于磁滯轉(zhuǎn)矩時(shí), 電動(dòng)機(jī)在同步狀態(tài)下運(yùn)行。一般情況都在同步狀態(tài)下運(yùn)行。 磁滯式同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 運(yùn)行可靠, 啟動(dòng)性能好, 工作穩(wěn)定, 在電鐘、錄音

42、機(jī)、傳真機(jī)、自動(dòng)記錄裝置中被廣泛應(yīng)用。 *6. 4 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)通常都是作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 把電能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能,在實(shí)際中, 除絕大多數(shù)機(jī)械作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)外,還有作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械, 當(dāng)需要帶動(dòng)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械時(shí), 必須通過(guò)蝸輪蝸桿或齒條傳動(dòng)機(jī)械將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€(xiàn)運(yùn)動(dòng)。直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)可以把電能轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能, 對(duì)于作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械, 可以省去將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)分為交流和直流, 目前應(yīng)用最多的是交流直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī), 因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 使用方便,運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn), 在很多場(chǎng)合被應(yīng)用。本節(jié)就該類(lèi)電動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式作簡(jiǎn)要介紹。 6.

43、4. 1 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的工作原理與籠型電動(dòng)機(jī)的工作原理基本相同。我們?cè)O(shè)想將一臺(tái)旋轉(zhuǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)在沿軸向的半徑上切開(kāi),并把它拉直, 就成為一臺(tái)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī), 如圖6 - 22(a)、(b) 所示。對(duì)應(yīng)于籠型電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子, 在直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)中稱(chēng)為初級(jí)（一次）和次級(jí)（二次）。當(dāng)直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的初級(jí)繞組通入三相對(duì)稱(chēng)交流電后, 三相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)不 圖 6 -22 鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)演變?yōu)橹本€(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)(a) 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)； (b) 剖開(kāi)拉直的直線(xiàn)異步電動(dòng)機(jī) 再是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 而是按 UVW 的相序沿直線(xiàn)移動(dòng)的一種磁場(chǎng), 稱(chēng)為行波磁場(chǎng), 如圖 6-23 所示。行波磁場(chǎng)的移動(dòng)線(xiàn)速度與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的線(xiàn)速度是相同的, 即11