电机及电力拖动（第五版） 课件 第07章－其它种类的感应电动机及感应电机新技术

第七章其它种类感应电动机及感应电动机新技术

7.1单相感应电动机

7.2电磁调速感应电动机

7.3交流换向器式电机和直线电动机

7.4感应电动机新技术7.1单相感应电动机7.1.1单相感应电动机的工作原理一个脉振磁动势表达式:脉振磁动势可以分解为两个幅值相等（各等于脉振磁动势振幅的一半），转速相等（都是同步转速），但转向相反的两个旋转磁动势，其中转向与电动机转向相同的称为正转磁动势相应的空间矢量表示为；另一个与电动机转向相反的称为逆转磁动势，相应的空间矢量表示为。把一个单相绕组用两套结构完全相同，但相序相反的三相绕组串联来等效。如图所示。

1）单相感应电动机无起动转矩，如不采取其它措施，电动机不能起动。2）合成转矩曲线对称于s+=s-=1点。单相感应电动机虽无起动转矩，但一经起动，便可达到某一稳定转速工作，而旋转方向则由起动时电动机的转向而定。3）单相感应电动机的过载能力较三相感应电动机小，而在负载转矩相同的，转差率则较大。单相感应电动机的主要特点：

一个单相脉振磁动势可以分解为一个正转磁动势和一个反转磁动势，它们幅值相等。但在转子转动后，由于转子绕组的磁动势对反转磁动势的去磁作用较强，使反转磁通远远小于正转磁通，右图可说明这一现象。转子磁动势的作用电动机产生的有效转矩：正转磁动势产生的转矩T+与逆转磁动势所产生的转矩T-的方向是相反的，它们相互抵消后剩下的部分。正转磁动势转差率：逆转磁动势转差率：即当s+=0时，相当于s-=2当s-=0时，相当于s+=2单相感应电动机的T-S曲线：02TT-T+02S-=2-S+S+11T正常运行，对正转磁场而言，转子绕组的电抗X2+=s+Xσ2=sXσ2

对反转磁场而言，转子绕组的电抗X2-=s-Xσ2=（2-s）Xσ2

F+与F-的合成磁动势不再是一个脉振磁动势，而是一个空间作正弦分布、幅值变动，非恒速旋转的旋转磁动势，合成磁动势矢量端点描绘的轨迹为一个椭圆，称为椭圆形旋转磁场。因此单相感应电动机一经转动后，就能够产生电磁转矩，使电动机继续运转。7.1.2单相感应电动机的主要类型和起动方法根据获得旋转磁场的方式不同不同（也就是起动方法），单相感应电动机可分成下列几种主要类型：一、分相电动机分相电动机设计原理的依据：空间不同相的绕组中通以时间不同相的电流，其合成磁动势就是一个旋转磁动势。1）电阻分相电动机电动机定子上嵌有两个单相绕组，一个称为主绕组（或称为工作绕组），一个称为辅助绕组（或称为起动绕组）。两个绕组在空间相差90°电角度，它们接在同一单相电源上。特点：产生的起动转矩较小，起动电流较大。二、电容电动机2）电容分相电动机在结构上，它和电阻分相电动机相似，只是在辅助绕组中串入一个恰当的电容，则可在电动机中建立起一个椭圆度较小的旋转磁场，从而获得较大的起动转矩。在结构上与电容分相电动机一样，只是辅助绕组和电容器都设计成能长期工作的，实质上这时成了一台两相电动机，运行性能较好。三、罩极电动机1）凸极式罩极电动机形状类似直流电动机的定子，如图，但做成有凸出的磁极，每个极上装有集中绕组，称为主绕组，每个极的极靴上开一个小槽，槽中嵌入短路铜环，一般罩住极靴面积的1/3左右。特点：在电动机内产生一个类似于旋转磁场的“扫动磁场”，实质上是一种椭圆度很大的旋转磁场，使电动机获得一定的起动转矩。特点：罩极电动机结构简单，但起动转矩小，只能在很轻的负载下起动，多用于风扇中。正弦绕组就是定子绕组的各槽导体数并不相等，而是按一定规律分布，使气隙磁动势分布尽可能为一正弦波。7.1.3正弦绕组2）隐极式罩极电动机隐式罩极电动机定子分布绕组展开图隐极式罩极电动机的定子铁心和一般三相感应电动机的定子铁心一样，但是在定子槽中嵌有两套绕组，即主绕组1和罩极绕组2，为了尽可能减少定子谐波磁动势，改善电动机性能，单相感应电动机可以采用“正弦绕组”。7.2电磁调速感应电动机电磁调速感应电动机亦称滑差电动机，从原理上看，它实际上就是一台带有电磁滑差离合器的普通笼型感应电动机，其原理如图所示。电磁离合器原理如图1-电枢2-磁极电磁滑差离合器的工作原理和感应电动机的相同，电磁力矩的大小决定于磁极磁场的强弱和电枢与磁极之间的转差。当负载转矩一定时，若改变励磁电流的大小，则为使电磁转矩不变，磁极的转速必将发生变化，这就达到了调速的目的。优点：调速范围广（可达10:1），而且调速平滑，可以实现无级调速且结构简单，操作方便，最适用于恒转矩负。缺点：损耗较大，效率较低，尤其在低速时尤为严重，不宜在低速下长期工作。7.3单相串励电动机和直线电动机简介7.3.1单相串励电动机单相串励电动机的工作原理与直流串励电动机相同，从原理上看，串励电动机是可以交、直流两用的。在构造上，单相串励电动机特点：①主极铁心和定子磁轭必须用硅铁片叠成，而不能用整块钢制成。②应尽量减少励磁绕组匝数以减小电抗；应尽量减小磁路磁阻，并采用较小的气隙。单相串励电动机的机械特性较软，适用于电动工具，目前应用较多的是所谓“换向器式电动机”,可交直流两用。单相串励电动机原理图7.3.2直线电动机直线电动机：电能转换成直线运动的机械能，其工作原理与笼型感应电动机相同。设想用一轴向平面沿半径方向将笼型感应电动机剖开，并把它拉直，便成为一台直线异步电动机。对应于笼型感应电动机的定、转子部分，在直线电动机中称为初级、次级。行波磁场：在直线电动机初级的三相绕组中通以三相对称的交流电流后，三相合成磁动势产生气隙磁场，它是按U、V、W相序沿直线移动的一种磁场，称为行波磁场。行波磁场在空间作正弦分布。笼型感应电动机把电动机剖开拉直线直线异步电动机直线异步电动机1-初级2-次级3-行波磁场直线感应电动机的转差率s次级移动速度称为同步速，单位为米/秒直线电动机有三种结构形式：1）扁平型2）管型3）圆盘型直线电动机是一种新型电动机，在交通运输和传送装置中得到广泛的应用。管型直线电动机圆盘型直线电动机7.4感应电动机新技术一、双馈无刷电动机与单馈异步电机相比，双馈电机有下列优点：1）容易对转矩和速度进行控制；2）能工作为恒频变速状态；3）变换器的总额定功率可以降低，从而减小其尺寸。

传统的双馈电动机存在滑环，从而降低了系统可靠性，进而限制了它们的应用。新型的双馈无刷电动机（DFBM）将两套绕组均放在定子上，而不再在转子上安放绕组。DFBM保持了传统双馈电动机的优点，同时又取消了滑环，从而大大提高了系统可靠性。进一步推广之，如果该DFBM采用鼠笼转子，则称为双馈无刷异步电动机（DFBM）；如果采用磁阻凸极转子结构，则称之为双馈无刷磁阻电动机（DFBRM）。二、感应电动机的驱动与控制1）感应电动机的VVVF控制2）感应电动机的矢量控制3）感应电动机的直接转矩控制4）交流调速控制系统的数字化5）感应电动机的智能控制

由于交流调速系统的种种突出优点，随着电力电子技术、微电子技术和数字信号处理器芯片的飞速发展和广泛应用，交流调速技术不断成熟，交流调速系统将在几乎所有工业应用领域中取代直流调速系统。

三、感应电机的电力电子控制系统集成化

感应电动机与电力电子控制集成系统，可用一个“集成技术三角形”说明它的基本特征，如图所示。沉浸、交互和自控是异步电机与电力电子控制集成系