电工技术第六章 电动机

第六章电动机6.2三相异步电动机的电磁转矩与机械特性6.1三相异步电动机的结构和工作原理6.3三相异步电动机的使用6.4单相异步电动机6.5同步电动机简介6.6直流电动机简介本章要求：了解三相异步电动机的转动原理掌握三相异步电动机的启动与制动方法掌握三相异步电动机的机械特性交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、并励、串励、复励电动机的分类第一节

三相异步电动机的结构和工作原理YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座线绕式鼠笼式鼠笼转子一、基本结构1.定子定子是由定子铁心、定子绕组和机座组成。2.转子由转子铁心、转子绕组和转轴三局部组成。

异步电动机定子与转子之间的空气间隙称为气隙，异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多。在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2

～1.5mm左右。3.气隙异步电动机的励磁电流是由电网供给的，气隙的变化通常会使励磁电流变化，从而影响电动机的功率因数。异步电动机的气隙是均匀的，大小为机械条件所能允许到达的最小值。鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。磁铁闭合线圈e方向用右手定那么确定f方向用左手定那么确定〔一〕转动原理二、工作原理磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长度磁感应强度切割速度〔右手定那么〕闭合导线产生电流

i（左手定则）通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致

结论：2.线圈比磁场转得慢异步

3.转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能到达与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差异。异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s电动机额定运行时，其转差率(称额定转差率)很小，一般中小型电动机的=2%～6%；而在启动瞬间，，则。

AYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出(

)电流入X1.旋转磁场的产生〔二〕三相异步电动机的旋转磁场AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：旋转方向：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。2.旋转磁场的旋转方向

一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。电流频率为fHz，那么磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：n1称为同步转速3.旋转磁场的转速极对数〔P〕的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZ极对数〔P〕的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'将每相绕组分成两段，按右以下图放入定子槽内。形成的磁场那么是两对磁极。AXBYCZ极对数C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数和转速的关系三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果

例一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为4.旋转磁场的大小式中中的和对某固定电动机是个定值，只要和一定，旋转磁场的每极磁通几乎不变。因此，在三相电源的频率和每相电压恒定不变的条件下，异步电动机的旋转磁场是个稳定的磁场。

1.转子电路的根本公式旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为其有效值为式中，f2为转子电动势e2或转子电流i2相对于旋转磁场的频率.因为旋转磁场和转子间的相对转速为n0-n一、电磁转矩第二节

三相异步电动机的电磁转矩和机械特性和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。因此，对于转子每相电路，有如用复数表示，那么为式中，R2和X2——转子每相绕组的电阻和漏磁感抗在n=0，即S=1时，转子电动势为为转子最大电动势可见转子电动势E2与转差率S有关。转子每相电路的电流为

可见转子电流I2也与转差率S有关。当S增大，即转速n降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。在n=0，即S=1时，转子感抗为为转子最大感抗可见转子感抗E2与转差率S有关。电磁转矩

T=KT

I2cos

2

电磁转矩是由旋转磁场

和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数2.电磁转矩公式OTS1电磁转矩公式3.转矩特性由公式可知电磁转矩公式1)T与定子每相绕组电压成正比。U1

T

2)当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3)R2

的大小对

T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。OTS＞＞OTS＜＜T与的关系对的影响

OTS根据转矩公式得特性曲线：OT1二、机械特性电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TNOT额定转矩(N•m)如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,那么额定转矩为2.最大转矩Tmax转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax，否那么将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OTTmax将scr代入转矩公式，可得当U1

一定时，Tmax为定值过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使T2<Tmax，否那么电机将停转。电机严重过热而烧坏。(2)scr与R2有关，R2

scr

n。绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。

3.启动转矩Tst电动机启动时的转矩。启动时n=0时，s=1(2)Tst与R2有关，适当使

R2

Tst

。对绕线式电机改变转子附加电阻

R´2,可使Tst=Tmax

。Tst表达了电动机带载启动的能力。假设Tst>TL电机能启动，否那么不能启动。OTTst启动能力[例]某台三相异步电动机的额定数据为：PN＝4.5kW，nN＝950r／min，效率N＝84.5％，UN＝380V，cosN＝0.84，接成星形〔Y〕，f1＝50Hz，过载系数＝2，启动能力Kst＝1.7。求：〔1〕磁极对数P；〔2〕额定转差率sN；〔3〕额定转矩TN；〔4〕额定输入功率P1N；〔5〕定子的额定电流IN；〔6〕最大转矩Tmax；〔7〕启动转矩Tst。[解]〔1〕根据nN＝950r／min，可以得出n0＝1000r／min

磁极对数〔2〕额定转差率为〔3〕额定转矩为=45.24N

m〔4〕额定输入功率〔5〕根据额定电流

〔7〕最大启动转矩Tst＝KstTN＝1.745.24=76.91Nm〔6〕最大转矩Tmax＝TN＝245.24=90.48Nm4.机械特性分析n0n0TabcTstTmnNTNd机械特性是异步电动机在额定频率及额定电压下工作，并按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不接电阻或电抗时所得到的曲线，如下图。n0n0TabcTstTmnNTN启动过程：d当Tst>T2时,电机启动在cb段n↑→s↓T↑→ba段在ab段n↑→s↓T↓→T=T2T2=TN(在d点)ab段为稳定运行区域，bc段为不稳定运行区域→

s↑直到T=

T2'

电机稳定运行在新的转速下,工作于d'点那么:n↓———n

=(1–

s)n0→

T↑n0n0TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2N

d转矩平衡方程式T=T2+T0

=负载转矩+空载转矩.转速平衡过程：

电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳定运行(工作于d点),若负载转矩突然增大为

T2',

T'2>TN

，1)U1变化对机械特性的影响U

Tm

Tst

TLTO人为机械特性2)R2变化对机械特性的影响TOR2

Tst

n

硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但启动转矩大，启动特性好。

一、铭牌第三节

三相异步电动机的使用电动机铭牌上的数据是正确使用电动机的依据。因此，了解各数据的意义是正确使用电动机的前提。三相异步机铭牌1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以说明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.功率

电动机在额定状态下运行时，其轴上输出的机械功率，单位为W或KW。3.电压

电动机额定状态下运行时定子绕组上应加的线电压，单位为V或KV。例如：380/220V、Y/

是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。4.电流

电动机在额定状态下运行时，定子绕组的线电流，单位为A或KA。例如：

Y/

6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。5.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常D2D6D1D3D4D5D4D1D6D2D5D3D1D2D3D6D4D5D6D4D5D2D3D1Y联结D3D1D2D6D4D5联结6.转速电动机在额定状态下〔UN、IN、PN〕运行时电动机转子的转速，单位为r／min。如：n

N=1440转/分

sN=0.04注意：额定负载时，功率因数最高。

PNP2cos

O7.功率因数铭牌上的功率因数是指电动机在额定运行下定子电路的功率因数。三相异步电动机的功率因数较低，额定负载时约为0.7～0.9，而在轻载和空载时更低，空载时只有0.2～0.3。因此，必须正确选择电动机的容量，以防止“大马拉小车〞，并力求缩短空载运行时间。8.温升

铭牌上的温升是指环境温度为40℃时，电动机在运行中定子绕组发热而升高的温度。电动机发热，影响绝缘材料，而各种材料的耐热性能不同，所以电机的容许温升与绝缘等级有关，见下表。

绝缘等级AEBFH允许最热点温度（℃）105120130155180最高允许温升（℃）（环境温度为40℃）6075801001259.绝缘等级

指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。二、三相异步电动机的启动1.启动中的问题启动初始瞬间，n=0，s=1〔1〕启动电流IST大，5~7IN。频繁启动会使电动机过热。

过大的启动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。〔2〕启动转矩TST不大，虽然刚启动时转子电流较大，但转子感抗大，使转子的功率因数很低,不能带动较大负载启动。〔1〕直接启动〔全压启动〕直接启动就是在电机启动时直接给电动机的三相定子绕组加额定电压的启动方法。特点：启动转矩小；启动电流大，比额定值大4~7倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。优点：简单、方便、经济、启动过程快，适用于中小型笼型异步电动机。2.启动方法直接启动条件：是否可采用直接启动，要看电动机与变压器容量之间的比例而定。对于不经常启动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的30%；对于频繁启动的异步电动机，其容量应小于变压器容量的20%。〔2〕降压启动

启动时降低电动机的电源电压，以限制启动电流，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。启动转矩与外加电压平方成正比，降压的同时也大大的降低了启动转矩，因此这种方法使用于轻载或空载启动。1〕星形—三角形〔Y-〕转换降压启动FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组只适用于正常运行时为

接法的电动机。

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组

Q2Y

启动电流和启动转矩都降低到直接启动时的三分之一。

型Y型IlY/Il

=1/3TstY/Tst

=UPY2/UP

2

=(Ul/3)2

(Ul)2=1/3IlY=IPY=UPY/|Z|=Ul/(3|Z|)Il

=3IP

=

3UP

/

|Z|=3Ul/|Z|~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M3

~2〕自耦变压器降压启动~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M3

~Ist=(0.55)2

Ist"自耦变压器抽头有0.55,0.64,0.73等Ist=

(0.55)

Ist'IstIst"Ist'如:变压器变比那么变压器副方电流为—=0.551n而变压器原方电流电动机起动转矩Tst=(0.55)2

Tst"结论:

电动机启动电流Ist和启动转矩Tst均为直接启动的1/n2。

绕线式电动机启动时，在转子绕组中串电阻，减小启动电流。3〕绕线转子异步电动机的启动2

R2+XS2E2I2=————2

启动时先将启动变阻器的阻值置于最大位置，随着转速的上升，逐渐减小启动电阻，直到电动机转速接近额定值时，再全部切除启动电阻，使电动机进入正常运行状态。转子串电阻启动，不但减小了启动电流而且增大了cos

2，提高了启动转矩。启动电阻Q定子绕组转子绕组滑环电刷~~假设R2选的适当，转子电路串电阻启动既可以降低启动电流，又可以增加启动转矩。常用于要求启动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst

­TO转子电路串电阻启动的特点现有一台异步电动机铭牌数据如下：PN=10kW，nN=1460r/min，UN=380/220V，星-三角联结，ηN=0.868，cosφ1N=0.88，Ist/IN=6.5，Tst/TN=1.5，[例]试求：〔1〕额定电流和额定转矩；〔2〕电源电压为380V时，电动机的接法及直接启动的启动电流和启动转矩；〔3〕电源电压为220V时，电动机的接法及直接启动的启动电流和启动转矩；〔4〕要求采用星—三角启动，其启动电流和启动转矩。此时能否带60%和25%PN负载转矩。解〔1〕IN=星形联结时，UN=380V,故相应额定电流：三角形联结时，UN=220V，那么相应额定电流：TN=9550PN/nN=9550×10/1460N·m两种连接方式下：〔2〕电源电压为380V时，电动机正常运行应为星形联结，直接启动时：IstY=6.5INY=6.5×19.9A=129.35ATstY=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m〔3〕电源电压为220V时，电动机正常运行应为三角形联结，直接启动时：IstD=6.5IND=6.5×34.4A=224ATND=1.5TN=1.5×65.4N·m=98.1N·m（4）星—三角启动只适用于正常运行为三角形的电动机，故正常运行应在三角形，相应电源电压为220V。启动时为星形联结，定子绕组相电压等于其额定相电压的1/，即127V。所以:IstY=1/3×IstD=1/3×224A=74.6ATstY=×TstD=1/3×98.1N·m=32.7N·m60%TN负载下启动时的对抗转矩:T2st=0.6TN=0.6×65.4N·m=39.2N·mT2st>Tst，故不能启动。25%TN负载下启动时的对抗转矩T2st<Tst，故能启动。T2st=0.25TN=0.25×65.4N·m=16.4N·m例:

1)解:

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩

TN、最大转矩Tmax和启动转矩TN

。2〕由nN=1480r/min，可知p=2〔四极电动机〕3〕解：在上例中(1)如果负载转矩为510.2N•m,试问在U=UN和U´=0.9UN两种情况下电动机能否启动？〔2〕采用Y-换接启动时，求启动电流和启动转矩。又当负载转矩为启动转矩的80%和50%时，电动机能否启动？

(1)在U=UN时

Tst=551.8N•m>510.2N.m不能启动

(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A

在U´=0.9UN时能启动例:在80%额定负载时不能启动在50%额定负载时可以启动(3)

方法：任意调换电源的两根进线，电动机即可实现反转。电动机正转电动机反转三、三相异步电动机的反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~所谓电动机的制动状态是指其电磁转矩Tem与转子转动的方向相反的运行状态。电动机运行于制动状态时，吸收机械能并转换为电能，该电能消耗在电机内部或反响回电网。常见的制动方法有能耗制动、反接制动和发电反响制动三种。四、三相异步电动机的制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反响制动1.能耗制动~~Q运转制动Rr

+–M3~SNnff制动时定子接入直流电源产生固定磁场,i2受到阻转矩；当n→0,

i2→0,T→0

制动:将动能→电能→热能优点：能耗小，制动准确、平稳，不会反转缺点：需要另外加直流电源e2(i2)•2.反接制动Q正转制动将三相中的任意两相对调，产生制动转矩，使M停机。优点：方法简单，制动效果好。缺点：能量消耗大。旋转磁场与转子的相对转速为(n1+n)→

I2

→

I1

必须在笼型电动机的定子或绕线式电动机的转子中串入电阻R，以防止烧坏绕组。~~M3

~R3.发电反响制动

n0nFn>n0当转子的转速n超过旋转磁场的转速n1时，这时的转矩是制动转矩。F五、三相异步电动机的调速

调速是指同一负载下用人为的方法调节电动机的转速，以满足生产过程的需要。根据异步电动机转速的公式可知，异步电动机调速的方法有改变定子极对数p、改变电源频率f1和改变转差率s三种。

改变定子绕组所形成的磁极对数与改变电源频率的调速方法适用于笼型异步电动机，它们是改变旋转磁场转速n0的调速方法。

改变电动机转差率的方法只适用于绕线式异步电动机，它不改变旋转磁场的转速n0，而是在转子绕组电路中串联电阻，改变转差率，实现对电动机的调速。—有级调速

变极调速是通过改变异步电动机定子旋转磁场磁极对数来改变旋转磁场转速n0，从而实现调速。当极对数增加一倍时，旋转磁场的转速n0就降低一半，转子转速也将降低一半，显然这种调速方法是有级调速。1.变极调速一般情况下，通过改变电动机定子绕组的连接方式，即可改变旋转磁场的磁极对数。但由于磁极是成对变化的，所以这种调速是有级的，不能连续调节。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1··A2X1X2SNn1=1500

3000r/m

采用改变电源频率的方法进行调速称作变频调速。当连续调节电源频率时，可获得平滑的调速，即无级调速。异步电动机的变频调速机械特性如下图。调速时，随频率的变化机械特性曲线平行地上下移动，特别在低速区，特性硬度好，调速范围大，调速的相对稳定性和平滑性较好，适用于恒转矩负载。2.变频调速Tn0f1f

1f

1n

nNn

TN=TLf

1

>f1

>f1

p=

(1–s)

——60

f1n

=(1–s)

n0调速方法绕线式电动机在转子绕组中串入电阻R2,可改变转差率s和转速n。a.小范围无级调速特点:b.R2大→

特性变软3.改变转差率调速OTS＜＜六、三相异步电动机的选择1.类型的选择一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场合才选用绕线式电动机。2.结构型式的选择根据工作环境的条件选择不同的结构型式，如开启式、防护式、封闭式电动机。电动机的转速愈低那么体积愈大，价格也愈高，功率因数和效率也就低，因此电动机的转速要根据机械的要求和传动装置的具体情况加以选定。异步电动机的转速有3000r/min；1500r/min；1000r/min；750r/min；600r/min等几种，这是由于电动机的磁极对数的不同而定的。电动机转子转速由于存在着转差率，一般比同步转速约低2%~5%。一般情况下，可选用同步转速为1500r/min的电动机，因为这个转速下的电动机适应性较强，而且功率因数和效率也高。假设电动机的转速与该机械的转速不一致，可选取转速稍高的电动机通过机械变速装置使其一致。3.转速的选择4.容量的选择容量选的过大不经济，选的过小电动机容易因过载而损坏。〔1〕对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。〔2〕对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。第四节

单相异步电动机单相异步电动机由单相交流电源供电。这种电动机在小型工业装置和家用电器中得到十分广泛的应用。壁扇电机

台扇电机

全自动洗衣机电机

一、结构特点和根本原理单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，也包括定子和转子两局部，其中定子由绕组和铁心组成。铁心一般由0.5mm的硅钢片叠压而成。绕组分为主绕组和副绕组，主绕组又称工作绕组，副绕组又称起动绕组或辅助绕组。单相异步电动机的转子也由铁心和绕组组成。其中铁心也由0.5mm的硅钢片叠压而成，绕组常为铸铝笼型。定子转子定子绕组〔一〕结构特点〔二〕根本原理定子放单相绕组〔其中通单相交流电〕；转子一般用鼠笼式。定子转子

定子绕组定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。单相异步电动机的特点：〔1〕自身没有起动转矩

....F转子导条及电流当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定那么和左手定那么，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。〔2〕转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。其原理分析如下：

定子绕组产生的脉动磁场（

），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：

+

-=

+

-=

mt

m

脉动磁场的分解④⑥⑧⑧

③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+

-

①

-

+

+

-

②③④⑤

正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩(正向)起动转矩为零(反向)正转转反单相异步电动机的力矩特点：为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。〔一〕电容分相式单相异步电动机

电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组A–A'，另一个是起动绕组B–B',两个绕组在空间相隔90º。起动时，B–B'绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90º，即可获得所需的旋转磁场。二、实用成品单相异步电动机电容分相式异步电动机iAS••ABB'•••A

~iB设两相电流为两相电流正弦波形如下图。工作绕组iBiAO起动绕组ABB'A'ABB'A'ABB'A'两相旋转磁场450900iBiAO实现正反转的电路改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反转。将开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流iB较iA超前近90

；当将S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA

较iB

超前近90

。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的反转。电动机转子转动起来后，利用离心力将开关S断开(S是离心开关)，使起动绕组B–B´断电。S•••ABB'•••iAiBA

12~M~〔二〕罩极式单相异步电动机~~i

1

2定子绕组鼠笼式转子短路环极掌(极靴)当电流i流过定子绕组时，产生了一局部磁通1，同时产生的另一局部磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。

罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。三、单相异步电动机的反转和调速1.单相异步电动机的反转分相式电动机的反转改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向。就可以改变单相异步电动机的转向，电路原理如下图。单相罩极式电动机和带有离心开关的电动机，一般不能改变转向。2.单相异步电动机的调速

通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转速的过程，称为调速。常用的调速方法有两种：第一是外电路降压法；第二种是通过改变定子绕组的匝数调速。〔1〕串联电抗器调速

将电动机主、副绕组并联后再与电抗器串联。调速开关接高速档，电机绕组直接接电源，转速最高；调速开关接中、低速档，电机绕组串联不同的电抗器，总电抗增大，转速降低。用此方法调速比较灵活，电路结构简单，维修方便，但需要专用电抗器，本钱高，耗能大，低速起动性能差。〔2〕串联调速绕组调速串联调速绕组调速，实际上是把电抗器调速法的电抗嵌入定子槽中，通过改变中间绕组与主、副绕组的连接方式，来调整磁场的大小和椭圆度，从而调节电动机的转速。采用这种方法调速，节省了电抗器，本钱低、功耗小、性能好，但工艺较复杂。实际应用中有L型和T型绕组抽头调速两种方法。1〕L型绕组的抽头调速2〕T型绕组的抽头调速〔3〕利用晶闸管调速晶闸管调压调速是通过改变晶闸管的导通角来改变电动机的电压波形，从而改变电压的有效值已到达调速的目的。图示为吊扇使用的双向晶闸管调压调速电路。三相异步电动机在运行过程中，假设其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。假设此时还带动额定负载，那么势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易觉察，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，那么不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。☆

三相异步电动机的单相运行第五节

同步电动机简介与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大局部所组成，定子上有三相交流绕组；转子上那么有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。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。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。三相交流同步电动机的结构示意图如下图。同步电动机的定子与异步电动机的定子相同，定子三相绕组接入三相电源后，产生转速的旋转磁场。但同步电动机的转子不同，它的转子上装有磁极，励磁绕组通入直流电流，产生磁场。

同步电动机在定子三相绕组接入三相电源，转子绕组内通入直流电流后，转子的磁极在定子旋转磁场的带动下以旋转磁场的转速转动，在一定的负载转矩下，转子的转速始终能够保持与同步转速相同。

同步电动机的另一个特点是功率因数可以改变，调节励磁电流可以将功率因数调整到1或调节成电流领先，即成为容性。由于这些特点，一些大功率恒转速的设备，如大型鼓风机、压缩机等，多采用同步电动机拖动。

同步电动机在使用时存在着不能自行启动的问题，因为同步电动机启动时，由于惯性的原因，转子来不及跟随旋转磁场转动。为了使电动机能自行启动，通常在同步电动机的转子上还装有笼型绕组，称为启动绕组，使同步电动机异步启动。当转子转动起来，转速接近同步转速时再将转子的励磁绕组通入直流电，产生转子磁极使电机转子转入同步运行。

第六节

直流电机简介直流电机是机械能和直流电能互相转换的旋转机械装置。直流电机分直流电动机和直流发电机两大类。将直流电能转化为机械能的称为直流电动机，将机械能转化为直流电能的称为直流发电机。直流电机的特点直流电动机

●调速范围宽，易于平滑调节●过载、起动、制动转矩大●易于控制●调速时能量损失较小直流发电机给直流电动机、电解、电镀、冶炼、充电、交流发电机励磁等作为直流电源。主要缺点换向困难，使容量受到限制。有换向器，费工费料、造价昂贵，需要经常维护，寿命较短。可靠性差。对环境要求高。直流电机的用途直流电动机应用于对起动和调速性能要求较高的生产机械，例如电力机车、轧钢机、大型机床、矿井卷扬机、船舶机械、造纸和纺织机械等都广泛采用直流电动机作为原动机。(a〕地铁列车

(b)城市电车

(c〕电动自行车

(d)造纸机

直流电动机的应用直流发电机主要用作各种直流电源，如直流电动机电源、化学工业中所需的低电压大电流的直流电源，直流电焊机电源等，如下图。(a〕电解铝车间

(b)电镀车间

直流发电机的用途

一、直流电机的构造旋转部分:静止部分:定子转子中间有气隙1.定子定子由机座、磁路〔称为磁轭〕、主磁极和换向磁极以及电刷装置等组成。机座是电机的机械支撑，磁轭为磁极间提供磁阻较小的磁通路。主磁极用来产生磁场，它由铁芯和绕组两局部组成。磁极的铁芯由硅钢片叠成，固定在机座上。绕组由漆包铜线绕制而成，绕组绕在铁芯上。换向极是装在两个主磁极间的小磁极，其作用是改善换向性能。小功率直流电机一般不装换向极。在小型直流电机中，也有用永久磁铁作为磁极的。2.转子转子又称电枢，是电机的旋转局部。它由电枢铁芯和绕组两局部组成。铁芯由0.5mm厚的硅钢片叠成，外表冲有槽，槽中放有绕组。绕组由圆形或矩形漆包铜线绕制而成。3.换向器

换向器又称整流子，它的作用是把绕组内部的交流电动势用机械换接的方法，转换为直流电动势。换向器是由很多彼此绝缘的换向片构成的。

在换向器外表用弹簧压着固定的电刷，使转动的电枢绕组得以同外电路连接起来。换向器(a)普通型(b)塑料换向器右图为直流发电机的物理模型，N、S为定子磁极，abcd是固定在可旋转导磁圆柱体上的线圈，线圈连同导磁圆柱体称为电机的转子或电枢。线圈的首末端a、d连接到两个相互绝缘并可随线圈一同旋转的换向片上。转子线圈与外电路的连接是通过放置在换向片上固定不动的电刷进行的。

二、直流电机的工作原理直流电动机的根本工作原理载流导体ab、cd在磁场中产生电磁力f形成电磁转矩带动转子旋转直流电动机工作原理模型产生磁场：〔N、S极〕基于电磁力定律：左手定那么

1.直流发电机此时，导体ab在N极下，a点高电位，b点低电位〔右手定那么〕；导体cd在S极下，c点高电位，d点低电位；电刷A极性为正，电刷B极性为负。原动机带动逆时针旋转

因此电刷A的极性总是正的，电刷B的极性总是负的，在电刷A、B两端可获得直流电动势。

当原动机驱动电机转子逆时针旋转1800

后，如右图。导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d