第七章其他种类的电动机

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第七章其他种类的电动机单相异步电动机

同步电动机

控制电动机


单相异步电动机单相异步电动机的脉动磁势单相异步电动机的机械特性两相异步电动机单相异步电动机的起动方法三相异步电动机的单相运行

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单相异步电动机的脉动磁势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势。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。

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单相异步电动机的机械特性转子在脉振磁势的作用下所受的电磁转矩 T 也就等于两个旋转磁势分别

作用下所受电磁转矩 T+ 与 T- 的合成。其机械特性，即为两个方向向反的、与三相异步电动机的情况一样的圆形旋转磁势电动机机械特性的叠加，如图所示。

单相异步电动机机械特性的特点

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单相异步电动机机械特性的特点当转速 n=0 时，电磁转矩 T=0 ，即电动机无起动转矩，

不能自行起动。当 n>0 ， T>0 ，机械特性在第Ⅰ象限，属拖动性质转

矩。换句话说，若由于某种原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运行。

当 n<0 ， T<0 ，机械特性在第Ⅲ象限， T 仍为拖动性质的转矩。同样，若电动机已经反转了，则仍能继续反转。

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

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两相异步电动机概念在单相异步电动机的定子铁心上装有两个绕组，一个是主绕

组 A ，也称运行绕组；另一个是副绕组 B ，也称起动绕组。两个绕组在定子中嵌放的空间位置相差 900 电角度。

旋转磁势的特点当主副绕组通入时间上的相位差为 900 的电流，应用三相异步

电动机的分析方法，可知气隙中产生的也为一个圆形旋转磁势，形成圆形的旋转磁场，电机就能够转起来。

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。

机械特性

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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 。

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机械特性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 合≠

0 ，说明该电机有自行起动能力。

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单相异步电动机的起动方法单相异步电动机的起动的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的方法电容分相电阻分相罩极式单相异步电动机

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电容分相单相异步电动机电容分相起动的单相异

步电动机的示意图

电容分相起动原理起动串接电容 C 和离心开关 K ，电容 C

的接入使两相电流分相。起动时， K 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 K 由于机械离心作用而断开，使电动机进入单相运行。

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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，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端交换接入电源即可。

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罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机罩极式单相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。

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起动转矩不大，只适用于负载不大的场所。

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三相异步电动机的单相运行单相运行的种类

起动前有一相断路成单相运行通过单相电流，在电机中产生脉振磁场，无起动转矩，电动机就不能起动，

电流很大，时间一长会烧坏电机。运行过程中有一相断路成单相运行

由于负载不变，假定功率因数和效率不变，则输入功率也基本不变。可知单相时电流较三相工作时大。负载较轻，单相时可运行；若负载较重，单相时电流大，时间一长就会使电机过热烧坏。

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

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同步电动机同步电机的基本工作原理和结构

同步发电机的并联运行

同步电动机

同步电动机功率因数的调节

同步调相机

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同步电机的基本工作原理和结构同步电机的基本工作原理

同步电机的结构

同步电机按结构的分类旋转磁极式

o 凸极式o 隐极式

旋转电枢式

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同步电机的基本工作原理同步电机结构原理图同步电机基本工作原理

电动机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。

发电机励磁绕组中通以直流电，建立一恒定磁

场，用原动机拖动转子以同步速旋转，则在三相绕组中感应产生交变的电势。

同步电机的特点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。

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同步电机的结构

(a)凸极式 (b)隐极式

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同步发电机的并联运行并联运行的优点

可以根据负荷的变化来调节投入运行的机组数，提高机组的运行效率。另外也便于轮流检修，提高供电的可靠性，减少电机检修和事故的备用容量。并联运行还可起到合理调度电能，充分利用水能，降低发电成本的目的。负载变化对电压和频率的影响就会很小，从而提高供电的质量。

并联运行的条件同步发电机与电网并联合闸时，为了避免产生巨大的冲击电流，防止电机

受到损坏，需要满足下列条件：三相发电机的相序要与电网的相序一致发电机的电压与电网电压应具有相同的幅值和相位发电机的频率要与电网的频率相等并联投入的方法

准整步法把发电机调整到完全合乎并联条件后投入电网。自整步法用原动机把同步发电机拖动到接近同步转速，在励磁绕组经电阻短接的情况

下把发电机投入电网，然后再立即加上励磁，这时依靠磁场间形成的整步转矩把转子牵入同步。

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同步电动机特点

功率因数可调不能自行起动

起动的方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。

起动的过程异步起动牵入同步

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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 cosφ=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。

同步电动机功率因数的调节方法改变它的励磁电流

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同步调相机同步电动机如果不带负载，只工作在过励状态，专门用来调节电网的无功功率，改善电网的功率因数，起着电容器的作用，这时称同步电动机为同步补偿机，也称为同步调相机。

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控制电机伺服电动机

测速发电机

步进电动机

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伺服电动机交流伺服电动机

交流伺服电动机的结构交流伺服电动机的工作原理交流伺服电动机的控制方法

直流伺服电动机直流伺服电动机的结构直流伺服电动机的控制方式直流伺服电动机电枢控制的运行特性

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交流伺服电动机的结构线路图交流伺服电动机结构与两相异步电动机相同。

它的定子铁心上放置着空间位置相差 900 电角度的两相分布绕组，一相称为励磁绕组 L，另一相则为控制绕组 K，如图所示。两相绕组通电时，必须保持频率相同。

转子的特点转子采用鼠笼式转子。为了达到快速响应的特点，可以作成细长型或非磁性薄壁杯形。

薄壁杯形转子电动机结构

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交流伺服电动机的工作原理交流伺服电动机的工作原理与两相异步电动机工作

原理相同。但交流伺服电动机会出现“自转现象”。自转的概念本来旋转着的交流伺服电动机，当控制讯号电压 Uk 为零时，要求伺服

电动机的转速相应为零。但是实际上当控制电压为零时，因励磁绕组依然接通交变励磁电压，此时，电机处于单相运行状态。根据单相异步电动机的运行原理可知，电动机仍能继续运转。

自转的影响严重影响交流伺服电动机工作的精确度消除自转的方法大大增加转子回路的电阻值

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交流伺服电动机的控制方法幅值控制通过调节控制电压的大小来调节电动机的转速，而控制电压与励磁电压的相位保持 900 电角度不变。当控制电压Uk=0 时，电机停转，即 n=0 。

相位控制通过调节控制电压的相位（即调节控制电压与励磁电压之间的相位角β）来改变电机的转速，而控制电压的幅值始终保持不变。当 β=0 时，电机停转， n=0 。

幅相控制（电容移相控制）将励磁绕组串电容 C后接到励磁电源 Ul上，通过电容 C来改变控制电压

和励磁电压间的相位角 β，同时又通过改变控制电压的大小来共同达到调速的目的。

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直流伺服电动机的结构实际上就是一台微型他励直流电动机，其结构和原

理均与他励直流电动机相同。

按磁极的分类永磁式磁极是永久性磁铁电磁式磁极是电磁铁，磁极外面套着他励励磁绕组

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直流伺服电动机的控制方式直流伺服电动机是利用电压信号来控制转速的大小和转向的。控制方式

电枢控制改变电枢绕组电压 Ua的大小和方向

磁场控制改变励磁绕组电压U l的大小和方向电枢控制的优点

当没有控制讯号时，电枢电流 Ia等于零，电枢中没有损耗，只有不大的励磁损耗

机械特性和调节特性都是线性的控制电路的电感小，电磁过程快，响应迅速

磁场控制的优点控制功率小

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直流伺服电动机电枢控制的运行特性机械特性

调节特性

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机械特性概念机械特性是指励磁电压Ul恒定，

电枢的控制电压Ua为某一个定值时，电动机的转速 n 和电磁转矩 T之间

的关系，即 n=f(T)。方程

曲线

TCC

R

C

Un

Te

a

e

a2

1(Ua1)

2(Ua2)

3(Ua3)0

n

T

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调节特性概念指在一定的转矩下，转速 n与电枢控

制电压 Ua之间的关系，即 n=f(Ua) 。曲线特点当 T 一定时，控制电压Ua高时，转速

n 也高，控制电压与转速之间成正比关系。

当 n=0 时，不同的转矩 T 所需要的控制电压也不同。

T 不同，始动电压也不同， T 大，始动电压也大。

T=0 时，即电动机为理想空载状态时，始动电压也为零，这说明此时只要有控制电压Ua，电动机就能转动。

Ua2Ua1

321

0

n

Ua

T=0 T1 T2

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测速发电机用途

测速发电机在自动控制系统中用作检测元件，它的基本任务是将机械转速转换为电气信号。

作为计算装置中的微分或积分元件，或在控制系统中作为获得加速和减速信号的元件。

分类直流测速发电机交流测速发电机

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步进电动机概念将电脉冲信号转换成角位移和线位移的执行元件。每输入一个电脉冲，

电动机就移动一步。种类

反应式永磁式感应式

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反应式步进电动机的结构和原理结构

定子为硅钢片叠成的凸极式，极身上套有控制绕组。定子相数m可以是 2、3、 4、 5、 6相，每相有一对磁极，分别位于内圆直径的两端。

转子为软磁材料的叠片叠成。转子外圆为凸出的齿状，均匀分布在转子外圆四周，转子中并无绕组。

原理工作时，步进电动机的控制绕组不直接接到单相或三相正弦交流电源

上，也不能简单的和直流电源接通。它受电脉冲信号控制，靠一种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大后使控制绕组按规定顺序轮流接通直流电源。

通电方式 “拍”，指通电方式每改变一次。 “单”，指每次只有一相通。 “双”，指每次有两相通电。

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