《电机及拖动》第6章 单相异步电动机和同步电机

1、1第第6 6章章 单相异步电动机和同步电机单相异步电动机和同步电机 2本章要点本章要点n单相异步电动机的工作原理及其启动和单相异步电动机的工作原理及其启动和调速性能。调速性能。n同步电动机的工作原理及其特性。同步电动机的工作原理及其特性。n同步发电机的工作原理及其特性。同步发电机的工作原理及其特性。36.1 6.1 单相异步电动机、同步电机的结构及单相异步电动机、同步电机的结构及 起动运转起动运转 6.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 6.3 6.3 同步电机的结构同步电机的结构 6.4 6.4 同步电动机同步电动机 6.5 6.5 同步发电机同步发电机 6.6 6.6 同步调相机同步

2、调相机 本章主要内容本章主要内容46.1 6.1 单相异步电动机、同步电机单相异步电动机、同步电机 的结构及起动运转的结构及起动运转任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转任务任务2 2同步电机的结构及起动运转同步电机的结构及起动运转5任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转1 1、外形观察与铭牌解读、外形观察与铭牌解读 （1 1）观察单相异步电动机的外观）观察单相异步电动机的外观 电阻分相式、电容分相式电阻分相式、电容分相式单相异步电动机如图单相异步电动机如图6-16-1所示，所示，单相双值电容启动异步电动机单相双值电容启动

3、异步电动机如图如图6-26-2所示，洗衣机、抽油所示，洗衣机、抽油烟机的单相异步电动机如图烟机的单相异步电动机如图6-6-3 3所示。所示。6-1 6-1 电阻、电容分相式单相异步电动机电阻、电容分相式单相异步电动机a a）电阻分相式单相异步电动机）电阻分相式单相异步电动机 b b）电容分相式单相异步电动机）电容分相式单相异步电动机6任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转图图6-3 6-3 洗衣机、抽油烟机异步电动机洗衣机、抽油烟机异步电动机图图6-2 6-2 单相双值电容起动单相双值电容起动异步电动机异步电动机7任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转

4、单相异步电动机的结构及起动运转（2 2）观察单相异步电动机的铭牌）观察单相异步电动机的铭牌 阅读电机铭牌中各项参数，了解其铭牌内容及含义，将铭牌数据阅读电机铭牌中各项参数，了解其铭牌内容及含义，将铭牌数据记录在表记录在表6-16-1中（可根据电机的实际铭牌内容另加记录项）。电机的中（可根据电机的实际铭牌内容另加记录项）。电机的铭牌所标写的各项参数是电机运行时必须满足的运行条件，在铭牌参铭牌所标写的各项参数是电机运行时必须满足的运行条件，在铭牌参数允许的范围外运行电机将使电机不能正常工作或烧毁电机。数允许的范围外运行电机将使电机不能正常工作或烧毁电机。表表6-1 6-1 单相异步电动机的铭牌数据

5、表单相异步电动机的铭牌数据表型号型号额定功率额定功率额定电压额定电压额定电流额定电流频率频率额定转速额定转速启动方式启动方式工作方式工作方式绝缘等级绝缘等级产品编号产品编号重量重量防护形式防护形式8任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转2 2、观察单相异步电动机的结构、观察单相异步电动机的结构 将单相异步电动机按三相异步电动机的拆卸方法进行拆卸，仔细将单相异步电动机按三相异步电动机的拆卸方法进行拆卸，仔细观察其内部结构，重点观察其绕组结构，并与三相异步电动机进行比观察其内部结构，重点观察其绕组结构，并与三相异步电动机进行比较。将其组成结构和绕组结构记录在表较

6、。将其组成结构和绕组结构记录在表6-26-2中。中。表表6-2 6-2 单相异步电动机的结构组成记录表单相异步电动机的结构组成记录表单相异步电动单相异步电动机的基本结构机的基本结构单相异步电动单相异步电动机的绕组结构机的绕组结构三相异步电动三相异步电动机的绕组结构机的绕组结构9任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转3 3、电容分相式异步电动机的起动观察、电容分相式异步电动机的起动观察 按以下三种启动方式起动单相异步电动机，观察电动机能否正常按以下三种启动方式起动单相异步电动机，观察电动机能否正常运转，将观察结果填入表运转，将观察结果填入表6-36-3中。中。

7、（1 1）直接加电压启动电容分相式异步电动机）直接加电压启动电容分相式异步电动机 将单相异步电动机加上铭牌所示的额定电压，观察电动机能否运将单相异步电动机加上铭牌所示的额定电压，观察电动机能否运转。转。（2 2）加外力启动异步电动机）加外力启动异步电动机 加上额定电压后，用外力旋转单相异步电动机的轴承，观察电动加上额定电压后，用外力旋转单相异步电动机的轴承，观察电动机能否正常运行机能否正常运行10任务任务1 1单相异步电动机的结构及起动运转单相异步电动机的结构及起动运转表表6-3 6-3 不同启动方式下启动电容分相式异步电动机不同启动方式下启动电容分相式异步电动机启动方式启动方式能否正常运转能

8、否正常运转直接加电压启动直接加电压启动施加外力启动施加外力启动电容分相启动电容分相启动（3 3）电容分相起动异步电动机）电容分相起动异步电动机 在启动绕组中串联电容再通过一个离心开关和主绕组并联接到电在启动绕组中串联电容再通过一个离心开关和主绕组并联接到电源上，观察此时异步电动机是否在不需要外力情况下正常运转。源上，观察此时异步电动机是否在不需要外力情况下正常运转。111 1、外形观察与铭牌解读、外形观察与铭牌解读 同步电机整机外观图如图同步电机整机外观图如图6-46-4所示，永磁式同步电机外观图如图所示，永磁式同步电机外观图如图6-56-5所示。所示。任务任务2 2同步电机的结构及起动运转同

9、步电机的结构及起动运转（1 1）观察同步电机的外观）观察同步电机的外观6-4 6-4 同步电机整机外观图同步电机整机外观图6-5 6-5 永磁式同步电机整机外观图永磁式同步电机整机外观图12任务任务2 2同步电机的结构及起动运转同步电机的结构及起动运转（2 2）观察同步电机的铭牌）观察同步电机的铭牌 阅读电机铭牌中各项参数，了解其铭牌内容及含义，将铭牌数据阅读电机铭牌中各项参数，了解其铭牌内容及含义，将铭牌数据记录在表记录在表6-46-4中。电机的铭牌所标写的各项参数是电机运行时必须满中。电机的铭牌所标写的各项参数是电机运行时必须满足的运行条件，在铭牌参数允许的范围外运行电机将使电机不能正常足

10、的运行条件，在铭牌参数允许的范围外运行电机将使电机不能正常工作或烧毁电机。工作或烧毁电机。型号型号额定功率额定功率额定电压额定电压额定电流额定电流频率频率额定转速额定转速启动方式启动方式工作方式工作方式绝缘等级绝缘等级产品编号产品编号重量重量防护形式防护形式表表6-4 6-4 同步电机的铭牌数据表同步电机的铭牌数据表13任务任务2 2同步电机的结构及起动运转同步电机的结构及起动运转2 2、观察同步电机的结构、观察同步电机的结构 将同步电机按三相异步电动机的拆卸方法进行拆卸，仔细观察其将同步电机按三相异步电动机的拆卸方法进行拆卸，仔细观察其内部结构，重点观察其转子结构，注意区分隐极式与凸极式转子

11、的差内部结构，重点观察其转子结构，注意区分隐极式与凸极式转子的差别。将其组成结构记录在表别。将其组成结构记录在表6-56-5中。中。表表6-5 6-5 同步电机的结构组成记录表同步电机的结构组成记录表隐极式隐极式同步电机同步电机的基本结构的基本结构凸极式凸极式同步电机同步电机的基本结构的基本结构14任务任务2 2同步电机的结构及起动运转同步电机的结构及起动运转3 3、同步电机的启动观察、同步电机的启动观察 按以下两种启动方式启动同步电机，观察电机能否正常运转，将按以下两种启动方式启动同步电机，观察电机能否正常运转，将观察结果填入表观察结果填入表6-66-6中。中。 采用异步电动机的动力机械将同

12、步电动机加速到接近同步转速，采用异步电动机的动力机械将同步电动机加速到接近同步转速，在脱开动力机械的同时，立即给转子绕组加上电源，将同步电动机拉在脱开动力机械的同时，立即给转子绕组加上电源，将同步电动机拉入同步，观察同步电机能否正常启动。入同步，观察同步电机能否正常启动。（1 1）直接加电压启动同步电机）直接加电压启动同步电机 将同步电机加上铭牌所示的额定电压，观察电动机能否运转。将同步电机加上铭牌所示的额定电压，观察电动机能否运转。（2 2）辅助启动法启动同步电机）辅助启动法启动同步电机15任务任务2 2同步电机的结构及启动运转同步电机的结构及启动运转表表6-6 6-6 不同启动方式下启动电

13、容分相式异步电动机不同启动方式下启动电容分相式异步电动机启动方式启动方式能否正常运转能否正常运转直接加电压启动直接加电压启动辅助启动法辅助启动法166.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 一、单相异步电动机的结构和工作原理一、单相异步电动机的结构和工作原理 1 1、单相异步电动机的结构、单相异步电动机的结构 单相异步电动机由定子、转子、端单相异步电动机由定子、转子、端盖和轴承等几部分组成，如图盖和轴承等几部分组成，如图6-66-6所示。所示。图图6-6 6-6 单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构 单相异步电动机在定子铁芯上装有主单相异步电动机在定子铁芯上装有主绕组和启动绕组。主绕组

14、用以产生主磁场绕组和启动绕组。主绕组用以产生主磁场并从电源获取电能；启动绕组一般只在启并从电源获取电能；启动绕组一般只在启动时接通。动时接通。电容启动电动机：当转速达到同步转速的电容启动电动机：当转速达到同步转速的707080%80%时，启动绕组断开，时，启动绕组断开， 进入单相运行状态。进入单相运行状态。电容运行电动机：启动完成后，启动绕组支路并不切断。电容运行电动机：启动完成后，启动绕组支路并不切断。176.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机2 2、单相异步电动机的工作原理、单相异步电动机的工作原理 单相异步电动机定子上的主绕组通入单单相异步电动机定子上的主绕组通入单相正弦交流电流后

15、，在定子、转子和气隙中相正弦交流电流后，在定子、转子和气隙中会产生磁场，该磁场的空间位置固定不变，会产生磁场，该磁场的空间位置固定不变，大小随时间按正弦规律变化，称为脉动磁场大小随时间按正弦规律变化，称为脉动磁场（也称为脉振磁场）。脉动磁场可以分解为（也称为脉振磁场）。脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场，每个旋转磁场的磁感应强度幅值等于磁场，每个旋转磁场的磁感应强度幅值等于脉动磁场的磁感应强度幅值的一半，即电动脉动磁场的磁感应强度幅值的一半，即电动机内的合成磁场在任何瞬时均为两个旋转磁机内的合成磁场在任何瞬时均为两个旋转磁场的叠加

16、，如图场的叠加，如图6-76-7所示。所示。图图6-7 6-7 脉动磁场分解成脉动磁场分解成两个等效的旋转磁场两个等效的旋转磁场18 当两个旋转磁场切割转子导体时，分别在转子导体中产生感应当两个旋转磁场切割转子导体时，分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流，感应电流与磁场相互作用产生正、反向电磁转电动势和感应电流，感应电流与磁场相互作用产生正、反向电磁转矩矩 、 。因此，可以认为单相异步电动机的电磁转矩是这两。因此，可以认为单相异步电动机的电磁转矩是这两个正、反向电磁转矩的合成，即个正、反向电磁转矩的合成，即 。由此可知，当转子。由此可知，当转子静止不动时，转子导体中的合成感应电动势和感应电

17、流均为零，即静止不动时，转子导体中的合成感应电动势和感应电流均为零，即合成转矩为零，因此转子不会转动。合成转矩为零，因此转子不会转动。6.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机TTTTT196.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机3 3、单相异步电动机的机械特性、单相异步电动机的机械特性 正向旋转磁场正向旋转磁场F F+ +在转子上产生的正向在转子上产生的正向电磁转矩电磁转矩T T+ +，如图，如图6-86-8中的曲线中的曲线“1”1”所示，所示，此时的转差率为此时的转差率为11nnns 反向旋转磁场反向旋转磁场F-F-在转子上产生的反向电在转子上产生的反向电磁转矩磁转矩T-T-，如图，

18、如图6-86-8中的曲线中的曲线“2”2”所示，此所示，此时的转差率为时的转差率为snnnnnnns2)(2)(11111 由于正、反向电磁转矩同时存在，因此单相异步电动机的电磁转由于正、反向电磁转矩同时存在，因此单相异步电动机的电磁转矩应为二者的合成转矩，由此可得到单相异步电动机的机械性矩应为二者的合成转矩，由此可得到单相异步电动机的机械性T=f(s)T=f(s)，如图如图6-86-8中曲线中曲线“3”3”所示。所示。图图6-8 6-8 单相异步电动单相异步电动机的机械特性机的机械特性206.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 分析图分析图6-76-7可知，当可知，当T T+ +为拖动

19、转矩，为拖动转矩，T T- -为制动转矩时，从机械特性为制动转矩时，从机械特性可以看出单相异步电动机具有下列特点：可以看出单相异步电动机具有下列特点： （1 1）当转子不动时，即）当转子不动时，即n=0n=0，s s+ +=s=s- -=1=1，这时，这时T T+ +=T=T- -，故启动转矩，故启动转矩T Tstst=T=T+ +-T-T- -=0=0，表明单相异步电动机无启动转矩，电机不能自行启动。，表明单相异步电动机无启动转矩，电机不能自行启动。 （2 2）如果由于其它原因使电动机启动后，这时）如果由于其它原因使电动机启动后，这时n0n0，s1s1，T0T0。若合成转矩大于负载转矩，则将

20、加速并达到某一稳定转速下运。若合成转矩大于负载转矩，则将加速并达到某一稳定转速下运行，而旋转的方向由电动机启动时的方向来定。行，而旋转的方向由电动机启动时的方向来定。 （3 3）由于存在反向电磁转矩）由于存在反向电磁转矩T T- -起制动作用，使得电动机的总输起制动作用，使得电动机的总输出转矩减小。所以，单相异步电动机的过载能力、效率、功率因数等出转矩减小。所以，单相异步电动机的过载能力、效率、功率因数等均低于同容量的三相异步电动机。均低于同容量的三相异步电动机。216.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机二、单相异步电动机的启动、反转及调速二、单相异步电动机的启动、反转及调速 1 1、单

21、相异步电动机的启动、单相异步电动机的启动 由于单相异步电动机本身没有启动转矩，转子不能自行启动。通由于单相异步电动机本身没有启动转矩，转子不能自行启动。通常的办法是在其定子铁芯内放置两个有空间角度差的绕组（主绕组和常的办法是在其定子铁芯内放置两个有空间角度差的绕组（主绕组和启动绕组），并且使这两个绕组中流过的电流不同相位（即分相），启动绕组），并且使这两个绕组中流过的电流不同相位（即分相），这样就可以在电动机气隙内产生一个旋转磁场。在工程实践中，单相这样就可以在电动机气隙内产生一个旋转磁场。在工程实践中，单相异步电动机常采用分相式和罩级式两种启动方法。异步电动机常采用分相式和罩级式两种启动方法

22、。 （1 1）单相分相式异步电动机）单相分相式异步电动机 单相分相式异步电动机是在电动机定子上安放空间相位上相差单相分相式异步电动机是在电动机定子上安放空间相位上相差9090电角度的两相绕组。若两相绕组的参数相同，则为两相对称绕组。电角度的两相绕组。若两相绕组的参数相同，则为两相对称绕组。226.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 通入两相对称电流时产生的旋转磁场如图通入两相对称电流时产生的旋转磁场如图6-96-9所示，图中反映了两所示，图中反映了两相对称电流的波形和合成磁场的形成过程。相对称电流的波形和合成磁场的形成过程。 从图可看出，分相式异步电从图可看出，分相式异步电动机启动必须满

23、足两个条件：动机启动必须满足两个条件：定子两相绕组在空间相位相差定子两相绕组在空间相位相差9090；两相绕组通入两相对称、两相绕组通入两相对称、相位相差相位相差9090的交流电。的交流电。图图6-9 6-9 两相绕组通入两相电流的旋转磁场两相绕组通入两相电流的旋转磁场 236.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 1 1）电阻分相启动异步电动机）电阻分相启动异步电动机 接线图如图接线图如图6-10a6-10a所示。两个所示。两个绕组接在同一个单相电源上，启动绕组接在同一个单相电源上，启动绕组采用比主绕组截面细、匝数少绕组采用比主绕组截面细、匝数少的漆包线绕成，并串联一个合适的的漆包线绕成，

24、并串联一个合适的电阻，使启动绕组中的电流超前于电阻，使启动绕组中的电流超前于主绕组的电流近主绕组的电流近9090电角度，达到电角度，达到启动目的。启动目的。 根据上面的启动要求，单相分相式异步电动机按启动方法可以分根据上面的启动要求，单相分相式异步电动机按启动方法可以分为电阻分相启动异步电动机、电容分相启动异步电动机、电容分相运为电阻分相启动异步电动机、电容分相启动异步电动机、电容分相运转异步电动机、电容启动与运转异步电动机。转异步电动机、电容启动与运转异步电动机。 6-10 6-10 电阻分相启动电动机电阻分相启动电动机a a）接线图）接线图 b b）相量图）相量图246.2 6.2 单相异

25、步电动机单相异步电动机 2 2）电容分相启动异步电动机）电容分相启动异步电动机 电容分相启动异步电动机是在启动电容分相启动异步电动机是在启动绕组中串联电容再通过一个离心开关和绕组中串联电容再通过一个离心开关和主绕组并联接到相同电源上，如图主绕组并联接到相同电源上，如图6-11a6-11a所示。由于电容的作用启动绕组回路的所示。由于电容的作用启动绕组回路的阻抗呈容性，而主绕组回路的阻抗呈感阻抗呈容性，而主绕组回路的阻抗呈感性，从而导致两相绕组中电流的相位差性，从而导致两相绕组中电流的相位差较大。当电动机转速达到同步转速较大。当电动机转速达到同步转速757580% 80% 时，离心开关将启动绕组从

26、电源上时，离心开关将启动绕组从电源上自动断开。自动断开。 6-11 6-11 电容分相启动电动机电容分相启动电动机a a）接线图）接线图 b b）相量图）相量图256.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 3 3）电容分相运转异步电动机）电容分相运转异步电动机 电容分相运转异步电动机的启动绕组不电容分相运转异步电动机的启动绕组不仅在启动时起作用，而且在电动机运转时也仅在启动时起作用，而且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，如图起作用，长期处于工作状态，如图6-126-12所示。所示。这种电动机实际上是一台两相异步电动机，这种电动机实际上是一台两相异步电动机，其定子绕组产生的气隙磁场较

27、接近于圆形旋其定子绕组产生的气隙磁场较接近于圆形旋转磁场，因此其运行性能较好，功率因数、转磁场，因此其运行性能较好，功率因数、过载能力比普通单相异步电动机好，但它的过载能力比普通单相异步电动机好，但它的启动性能不如电容分相启动异步电动机。启动性能不如电容分相启动异步电动机。图图6-12 6-12 电容分相运电容分相运转异步电动机转异步电动机266.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 4 4）电容启动与运转异步电动机）电容启动与运转异步电动机 为了使电动机在启动和运转时都能得为了使电动机在启动和运转时都能得到比较好的性能，在启动绕组中采用两个到比较好的性能，在启动绕组中采用两个电容的并联，

28、如图电容的并联，如图6-136-13所示。电容所示。电容C C1 1容量容量比较大，电容比较大，电容C C2 2是运行电容器，容量较小，是运行电容器，容量较小，S S为离心开关。启动时串联在启动绕组回路为离心开关。启动时串联在启动绕组回路中的总电容为中的总电容为C C1 1+C+C2 2比较大，所以有较大的比较大，所以有较大的启动转矩。当电动机转速接近于同步转速启动转矩。当电动机转速接近于同步转速时，离心开关时，离心开关S S断开，将电容断开，将电容C C1 1切除，只有切除，只有容量较小的容量较小的C C2 2参加运行，因此电动机有较参加运行，因此电动机有较好的运行性能。好的运行性能。图图6

29、-13 6-13 电容启动与运转电容启动与运转异步电动机异步电动机276.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 （2 2）单相罩极式异步电动机）单相罩极式异步电动机 单相罩极式异步电动机按单相罩极式异步电动机按照磁极形式的不同，分为凸极照磁极形式的不同，分为凸极式和隐极式，其中多制成凸极式和隐极式，其中多制成凸极式结构，如图式结构，如图6-146-14所示。这种所示。这种电动机由硅钢片叠压而成，每电动机由硅钢片叠压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕极上装有集中的绕组，即主绕组。在每极的极靴的组。在每极的极靴的1/31/31/41/4处开有小槽，在小槽中嵌入短处开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环

30、，将部分磁极罩起来，路铜环，将部分磁极罩起来，转子采用鼠笼式结构。转子采用鼠笼式结构。图图6-14 6-14 单相凸极式罩极异步电动机的原理图单相凸极式罩极异步电动机的原理图a a）结构图）结构图 b b）相量图）相量图1-1-凸极式铁芯凸极式铁芯 2-2-短路环短路环 3-3-定子绕组定子绕组 4-4-转子转子286.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 1 1是励磁电流产生的磁通，是励磁电流产生的磁通，2 2是励磁电流产生的一部分磁通是励磁电流产生的一部分磁通（穿过短路铜环的磁通）和短路铜环中感应电流所产生的磁通的合成（穿过短路铜环的磁通）和短路铜环中感应电流所产生的磁通的合成磁通。由

31、于短路铜环中感应电流阻碍穿过短路环的磁通的变化，使磁通。由于短路铜环中感应电流阻碍穿过短路环的磁通的变化，使1 1和和2 2之间产生相位差，之间产生相位差，2 2总是滞后于总是滞后于1 1。当。当1 1达到最大时，达到最大时，2 2尚尚小；而小；而1 1减小时，减小时，2 2才达到最大，这相当于在电动机内形成一个向才达到最大，这相当于在电动机内形成一个向被罩部分移动的磁场，它使笼型转子产生启动转矩而启动。被罩部分移动的磁场，它使笼型转子产生启动转矩而启动。 单相罩级式异步电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本单相罩级式异步电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、维护方便、工作可靠，但

32、启动转矩较小，功率因数低。主要用于低、维护方便、工作可靠，但启动转矩较小，功率因数低。主要用于小型风扇、仪器仪表电动机、电唱机等。小型风扇、仪器仪表电动机、电唱机等。296.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机2 2、单相异步电动机的反转、单相异步电动机的反转 要使单相异步电动机反转，必须更改绕组使旋转磁场反转，其方要使单相异步电动机反转，必须更改绕组使旋转磁场反转，其方法有两种。法有两种。 （1 1）把主绕组（或启动绕组）的首端和末端对调后与电源相接。）把主绕组（或启动绕组）的首端和末端对调后与电源相接。如果我们把其中的一个绕组反接，等于把这个绕组的磁场相位改变如果我们把其中的一个绕组反

33、接，等于把这个绕组的磁场相位改变180180，所以旋转磁场的转向随之改变。，所以旋转磁场的转向随之改变。 （2 2）单相电容运转异步电动机是通过改变电容器的接法来改变）单相电容运转异步电动机是通过改变电容器的接法来改变电动机的转向。把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中，旋转磁电动机的转向。把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中，旋转磁场的转向也发生了改变。场的转向也发生了改变。 以上反转方法只用于电容或电阻式分相异步电动机，罩极电动机以上反转方法只用于电容或电阻式分相异步电动机，罩极电动机只用于不需改变转向的场合。只用于不需改变转向的场合。306.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机3

34、3、单相异步电动机的调速、单相异步电动机的调速 单相异步电动机的调速方法有降压调速、变频调速和变极调速。单相异步电动机的调速方法有降压调速、变频调速和变极调速。 （1 1）降压调速）降压调速 1 1）串电抗器调速）串电抗器调速 将电抗器与电动机定子绕组串联，通电时，利用在电抗器上产生将电抗器与电动机定子绕组串联，通电时，利用在电抗器上产生的电压降使加到电动机定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降的电压降使加到电动机定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降低电动机转速的目的。因此，用串电抗器调速时，电动机的转速只能低电动机转速的目的。因此，用串电抗器调速时，电动机的转速只能由额定转速往低调。图

35、由额定转速往低调。图6-15a6-15a为罩极电动机串电抗调速电路图，图为罩极电动机串电抗调速电路图，图6-6-15b15b为电容运转电动机串电抗调速电路图。为电容运转电动机串电抗调速电路图。316.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机图图6-15 6-15 单相异步电动机串电抗器调速电路单相异步电动机串电抗器调速电路a a）罩极电动机）罩极电动机 b b）电容运转电动机电路）电容运转电动机电路 这种调速方法线路简单、操作方便，缺点是电压降低后电动机的这种调速方法线路简单、操作方便，缺点是电压降低后电动机的输出转矩和功率明显降低。因此只适用于转矩及功率都允许随转速降输出转矩和功率明显降低。

36、因此只适用于转矩及功率都允许随转速降低而降低的场合，目前主要用于吊扇及台扇上。低而降低的场合，目前主要用于吊扇及台扇上。326.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 2 2）绕组抽头调速）绕组抽头调速 电容式电动机较多采用的是定电容式电动机较多采用的是定子绕组抽头调速，此时电动机定子子绕组抽头调速，此时电动机定子铁芯槽中嵌放有主绕组铁芯槽中嵌放有主绕组U U1 1U U2 2、启动绕、启动绕组组Z Z1 1Z Z2 2和中间绕组和中间绕组D D1 1D D2 2，通过调速开，通过调速开关改变中间绕组与启动绕组及主绕关改变中间绕组与启动绕组及主绕组的接线方法，从而达到改变电动组的接线方法，从

37、而达到改变电动机内部气隙磁场的大小，达到调节机内部气隙磁场的大小，达到调节电动机转速的目的。这种调速方法电动机转速的目的。这种调速方法通常有通常有L L型接法和型接法和T T型接法两种，如型接法两种，如图图6-166-16所示。所示。图图6-16 6-16 电容式电动机绕组电容式电动机绕组抽头调速接线图抽头调速接线图a a）L L型接法型接法 b b）T T型接法型接法336.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机 3 3）晶闸管调压调速）晶闸管调压调速 利用改变晶闸管的导通角，来实现利用改变晶闸管的导通角，来实现调节加在单相异步电动机上的交流有效调节加在单相异步电动机上的交流有效电压的大小

38、，从而达到调节电动机转速电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的，如图的目的，如图6-176-17所示。本调速方法可所示。本调速方法可以实现无级调速，节能效果好；但会产以实现无级调速，节能效果好；但会产生一些电磁干扰，目前常用于吊风扇的生一些电磁干扰，目前常用于吊风扇的调速上。调速上。图图6-17 6-17 晶闸管调压晶闸管调压调速线路图调速线路图346.2 6.2 单相异步电动机单相异步电动机（2 2）变频调速）变频调速 变频调速适合各种类型的负载，随着交流变频调速技术的发展，变频调速适合各种类型的负载，随着交流变频调速技术的发展，其优异的调速和启动性能、高功率因数和节电效果，被公认为是最具

39、其优异的调速和启动性能、高功率因数和节电效果，被公认为是最具发展前途的调速手段。目前单相变频调速已在家用电器上得到广泛应发展前途的调速手段。目前单相变频调速已在家用电器上得到广泛应用，如变频空调器、变频电冰箱等。此外在汽车电子等领域也占据主用，如变频空调器、变频电冰箱等。此外在汽车电子等领域也占据主导地位。变频调速是交流调速控制的发展方向。导地位。变频调速是交流调速控制的发展方向。 单相异步电动机与三相异步电动机相比，其单位容量体积大，效单相异步电动机与三相异步电动机相比，其单位容量体积大，效率及功率因数均较低，过载能力也较差。因此，单相异步电动机只做率及功率因数均较低，过载能力也较差。因此，

40、单相异步电动机只做成微型的，功率一般在几十瓦至几百瓦之间。成微型的，功率一般在几十瓦至几百瓦之间。356.3 6.3 同步电机的结构同步电机的结构 同步电机是相对异步电机而言的，即同步电机是相对异步电机而言的，即转子的转速始终与定子旋转转子的转速始终与定子旋转磁场的转速相同磁场的转速相同。根据功能可分为。根据功能可分为同步发电机同步发电机、同步电动机同步电动机和和同步调同步调相机相机三种。三种。一、同步电机的的结构一、同步电机的的结构 同步电机的结构也是由定子和转子两大部分组成。定子部分与三同步电机的结构也是由定子和转子两大部分组成。定子部分与三相异步电动机的定子结构完全一样，是同步电机的电枢

41、；转子部分与相异步电动机的定子结构完全一样，是同步电机的电枢；转子部分与直流电机类似，通过电刷与滑环通入直流电流励磁，转子产生固定的直流电机类似，通过电刷与滑环通入直流电流励磁，转子产生固定的磁极，从而产生旋转磁场。直流电源可以由连接在同步电机上的直流磁极，从而产生旋转磁场。直流电源可以由连接在同步电机上的直流发电机供给，也可以由可控硅整流装置供给。发电机供给，也可以由可控硅整流装置供给。 同步电机按结构可分为同步电机按结构可分为旋转磁极式旋转磁极式和和旋转电枢式旋转电枢式两种。两种。366.3 6.3 同步电机的结构同步电机的结构1 1、旋转磁极式、旋转磁极式 旋转磁极式的励磁绕组安装在旋转

42、磁极式的励磁绕组安装在转子上，转子转动带动磁极旋转，转子上，转子转动带动磁极旋转，其电枢绕组安装在定子上。其转子其电枢绕组安装在定子上。其转子又分为凸极式和隐极式两种结构，又分为凸极式和隐极式两种结构，如图如图6-186-18所示。所示。图图6-18 6-18 旋转磁极式同步电机结构示意图旋转磁极式同步电机结构示意图a a）隐极式）隐极式 b b）凸极式）凸极式 （1 1）隐极式：转子上没有明显凸出的磁极，其气隙是均匀的，转子呈圆）隐极式：转子上没有明显凸出的磁极，其气隙是均匀的，转子呈圆柱形，常用整块钢板制成，圆周的三分之二部分有开槽，用以安装分布式集柱形，常用整块钢板制成，圆周的三分之二部

43、分有开槽，用以安装分布式集中绕组，没有开槽部分为磁极的中心位置。中绕组，没有开槽部分为磁极的中心位置。 （2 2）凸极式：转子上有明显凸出的磁极，气隙不均匀，极弧下气隙较小，）凸极式：转子上有明显凸出的磁极，气隙不均匀，极弧下气隙较小，极间部分气隙较大，铁芯常用普通薄钢板冲压后叠成，装有成型的集中励磁极间部分气隙较大，铁芯常用普通薄钢板冲压后叠成，装有成型的集中励磁绕组。绕组。376.3 6.3 同步电机的结构同步电机的结构2 2、旋转电枢式、旋转电枢式 励磁绕组安装在定子上，电枢绕组安装在转子上。从旋转部分输励磁绕组安装在定子上，电枢绕组安装在转子上。从旋转部分输入或输出电能，就必须经过滑动

44、装置，即滑环，这样对大容量的电机入或输出电能，就必须经过滑动装置，即滑环，这样对大容量的电机就很困难。所以这种型式一般只适用于几钱瓦的小功率电机。就很困难。所以这种型式一般只适用于几钱瓦的小功率电机。二、同步电机的铭牌二、同步电机的铭牌 1 1、额定电压、额定电压U UN N 电机正常运行时，定子绕组的线电压，单位伏电机正常运行时，定子绕组的线电压，单位伏(V)(V)或千伏或千伏(kV)(kV)。2 2、额定电流、额定电流I IN N 指在正常运行时，定子绕组的线电流，单位为安指在正常运行时，定子绕组的线电流，单位为安(A)(A)或千安或千安(kA)(kA)。386.3 6.3 同步电机的结构

45、同步电机的结构3 3、额定容量、额定容量S SN N 电机在额定条件下运行时，输出或接收的电能的容量。发电机额电机在额定条件下运行时，输出或接收的电能的容量。发电机额定容量是指输出的视在功率，单位为伏安定容量是指输出的视在功率，单位为伏安(VA)(VA)或千伏安或千伏安(kVA)(kVA)。4 4、额定功率、额定功率P PN N 在额定条件下输出的功率，对发电机来说是指输出的有功功率，在额定条件下输出的功率，对发电机来说是指输出的有功功率，对电动机来说是指转轴上输出的机械功率，单位为瓦对电动机来说是指转轴上输出的机械功率，单位为瓦(W)(W)或千瓦或千瓦(kW)(kW)；对调相机则是指出线端的

46、无功功率，单位为乏对调相机则是指出线端的无功功率，单位为乏(VAR)(VAR)或千乏或千乏(kVAR)(kVAR)。（1 1）三相同步发电机）三相同步发电机NNNNNIUSPcos3（2 2）三相同步电动机）三相同步电动机NNNNNIUPcos3396.3 6.3 同步电机的结构同步电机的结构5 5、额定功率因数、额定功率因数coscosN N 在额定运行条件下的功率因数。在额定运行条件下的功率因数。6 6、额定效率、额定效率N N 在额定运行条件下的效率。在额定运行条件下的效率。 除上述额定值外，同步电机铭牌上还有其他一些运行数据，如额除上述额定值外，同步电机铭牌上还有其他一些运行数据，如额

47、定负载时的温升、绝缘等级、额定频率、励磁容量和励磁电压等。定负载时的温升、绝缘等级、额定频率、励磁容量和励磁电压等。406.4 6.4 同步电动机同步电动机一、同步电动机的工作原理一、同步电动机的工作原理 同步电动机的工作原理如图同步电动机的工作原理如图6-196-19所示。当三相交流电源加在三相同步电所示。当三相交流电源加在三相同步电动机的定子绕组上时，便有三相对称电流流过定子的三相对称绕组，并会产动机的定子绕组上时，便有三相对称电流流过定子的三相对称绕组，并会产生一个以同步转速生一个以同步转速n n1 1=60f=60f1 1/p/p旋转的磁场，旋转方向由电源的相序决定。当转旋转的磁场，旋

48、转方向由电源的相序决定。当转子绕组中通入直流电流后，会形成一个恒定磁场，极数与定子绕组相同。当子绕组中通入直流电流后，会形成一个恒定磁场，极数与定子绕组相同。当转子的磁极与定子磁极转子的磁极与定子磁极N N对齐时，产生吸引力，使得转子跟着定子磁极对齐时，产生吸引力，使得转子跟着定子磁极S S旋转，旋转，实现了电能到机械能的转变。由于旋转的速度与定子磁场转速相同，故称同实现了电能到机械能的转变。由于旋转的速度与定子磁场转速相同，故称同步电动机，图步电动机，图6-19a6-19a所示为理想空载情况。由于电动机实际空载运转时总存在所示为理想空载情况。由于电动机实际空载运转时总存在阻力，因此磁极的轴线

49、总要滞后旋转磁场轴线一个很小的角度阻力，因此磁极的轴线总要滞后旋转磁场轴线一个很小的角度，以增大电，以增大电磁转矩，图磁转矩，图6-19b6-19b所示为实际空载情况。负载时，则所示为实际空载情况。负载时，则角随之增大，电动机的角随之增大，电动机的电磁转矩也随之增大，使电动机转速仍保持同步状态，如图电磁转矩也随之增大，使电动机转速仍保持同步状态，如图6-19c6-19c所示。显然，所示。显然，当负载力矩超过同步转矩时，旋转磁场就无法拖着转子一起旋转，这种现象当负载力矩超过同步转矩时，旋转磁场就无法拖着转子一起旋转，这种现象称为失步，电动机不能正常工作。称为失步，电动机不能正常工作。416.4

50、6.4 同步电动机同步电动机6-19 6-19 同步电动机的工作原理同步电动机的工作原理a a）理想空载时）理想空载时 b b）实际空载时）实际空载时 c c）负载时）负载时426.4 6.4 步电动机步电动机二、同步电动机的工作特性和二、同步电动机的工作特性和“ ”“ ”形曲线形曲线 V1 1、同步电动机的电枢反应、同步电动机的电枢反应 当同步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电后，就会产生以同当同步电动机的电枢绕组通入三相对称交流电后，就会产生以同步转速步转速n n1 1旋转的三相合成基波电枢磁通势旋转的三相合成基波电枢磁通势F Fa a。当同步电动机稳定运行。当同步电动机稳定运行时，转子也

51、以同步转速时，转子也以同步转速n n1 1旋转，在励磁绕组中通入直流励磁电流旋转，在励磁绕组中通入直流励磁电流I If f，产生励磁磁通势产生励磁磁通势F Ff f。励磁磁通势。励磁磁通势F Ff f与电枢磁通势与电枢磁通势F Fa a同速、同方向旋转，同速、同方向旋转，彼此在空间是相对静止的，这样，在电机的气隙中有两个磁通势，它彼此在空间是相对静止的，这样，在电机的气隙中有两个磁通势，它们相互叠加，形成了气隙合成磁场。其中电枢磁场对励磁磁场的影响们相互叠加，形成了气隙合成磁场。其中电枢磁场对励磁磁场的影响称为电枢反应。称为电枢反应。436.4 6.4 同步电动机同步电动机2 2、同步电动机的

52、电动势平衡方程式、同步电动机的电动势平衡方程式 当不考虑磁路饱和影响时，由两个磁场共同作用（即气隙合成磁当不考虑磁路饱和影响时，由两个磁场共同作用（即气隙合成磁场）产生的每相绕组的合成电动势可看成是各个磁场产生的电动势之场）产生的每相绕组的合成电动势可看成是各个磁场产生的电动势之和。隐极式同步电动机的等效电路如图和。隐极式同步电动机的等效电路如图6-206-20所示。所示。图图6-20 6-20 隐极式同步电隐极式同步电动机等效电路动机等效电路 三相同步电动机一相定子回路的电动势三相同步电动机一相定子回路的电动势平衡方程为平衡方程为aar IEEEU0整理即有整理即有taaaXI jr IEX

53、XI jr IEU00)(446.4 6.4 同步电动机同步电动机3 3、同步电动机的特性、同步电动机的特性 （1 1）功角特性）功角特性 1 1）同步电动机的功率及转矩平衡方程式）同步电动机的功率及转矩平衡方程式 电网向同步电动机输出的电功率为电网向同步电动机输出的电功率为P P1 1，即，即111FeCuMppPP 电磁功率电磁功率P PM M与电动机轴上的机械输出功率与电动机轴上的机械输出功率P P2 2的关系，即的关系，即 02222)(pPppppPPadFeCumecM 相应的转矩平衡方程式为相应的转矩平衡方程式为 02TTT 同步电动机随着负载的变化，必然引起电磁转矩的变化，但转

54、速是不会同步电动机随着负载的变化，必然引起电磁转矩的变化，但转速是不会变化的，因此要用功角特性来描述电磁功率和电磁转矩随负载变化的规律。变化的，因此要用功角特性来描述电磁功率和电磁转矩随负载变化的规律。456.4 6.4 同步电动机同步电动机 2 2）同步电动机的功角特性）同步电动机的功角特性 同步电动机的功角特性是指电同步电动机的功角特性是指电磁功率（电磁转矩）随功率角磁功率（电磁转矩）随功率角变变化的关系，即化的关系，即P PM M=f(=f() )或或T=f(T=f() )对应对应的关系特性曲线，称为功角特性曲的关系特性曲线，称为功角特性曲线。凸极式同步电动机的功角特性线。凸极式同步电动

55、机的功角特性如图如图6-216-21曲线曲线1 1所示；隐极式同步电所示；隐极式同步电动机的功角特性如图动机的功角特性如图6-216-21曲线曲线2 2所示。所示。图图6-21 6-21 同步电动机的功角特性曲线同步电动机的功角特性曲线1-1-凸极式同步电动机的功角特性凸极式同步电动机的功角特性 2-2-隐极式同步电动机的功角特性隐极式同步电动机的功角特性466.4 6.4 同步电动机同步电动机 下面以隐极式为例来分析同步电动机的稳定运行特性。下面以隐极式为例来分析同步电动机的稳定运行特性。 同步电动机的工作点在同步电动机的工作点在0-900-90之间。当负载比较小时，转速会上升，之间。当负载

56、比较小时，转速会上升，功率角功率角减小，电磁转矩减小，电磁转矩T T减小，在减小，在T T下降到与下降到与TLTL相等时，电动机在新的平衡相等时，电动机在新的平衡点稳定运行；当负载增加时，转速会下降，功率角点稳定运行；当负载增加时，转速会下降，功率角增大，电磁转矩增大，电磁转矩T T增大，增大，在在T T增大到与增大到与TLTL相等时，又在新的平衡点稳定运行。相等时，又在新的平衡点稳定运行。 同步电动机的工作点在同步电动机的工作点在90-18090-180之间。当负载增加时，转速会上升，之间。当负载增加时，转速会上升，功率角功率角增大，电磁转矩减小，直至电动机停止。增大，电磁转矩减小，直至电动

57、机停止。 为了使同步电动机有足够的过载能力，额定转矩应小于最大转矩，额定为了使同步电动机有足够的过载能力，额定转矩应小于最大转矩，额定功率角常在功率角常在20-3020-30之间，这时电动机的过载能力为之间，这时电动机的过载能力为 对于凸极式同步电动机，从图中可知，最大转矩通常出现在对于凸极式同步电动机，从图中可知，最大转矩通常出现在45-9045-90之间。之间。由于附加转矩的存在，其过载能力增强，稳定性就较高，因此同步电动机多由于附加转矩的存在，其过载能力增强，稳定性就较高，因此同步电动机多制成凸极式。制成凸极式。 5 . 32)3020(sin90sinmaxNTT476.4 6.4 同

58、步电动机同步电动机（2 2）工作特性）工作特性 同步电动机的工作特性是指在同步电动机的工作特性是指在外加电压外加电压U U、励磁电流、励磁电流I I均为常数时，均为常数时，电枢电流电枢电流I If f、电磁转矩、电磁转矩T T、功率因数、功率因数coscos和效率和效率与输出功率与输出功率P P2 2之间的之间的关系，其工作特性曲线如图关系，其工作特性曲线如图6-226-22所所示。示。图图6-22 6-22 同步电动机同步电动机的工作特性的工作特性486.4 6.4 同步电动机同步电动机 图图6-236-23为同步电动机在不同励磁下的为同步电动机在不同励磁下的功率因数特性。曲线功率因数特性。

59、曲线1 1对应较小励磁电流，对应较小励磁电流，只有在空载时才会使只有在空载时才会使cos=1cos=1，当负载增，当负载增大时，功率因数会降低且滞后；曲线大时，功率因数会降低且滞后；曲线2 2对对应较大的励磁电流，当负载小于半载时，应较大的励磁电流，当负载小于半载时，功率因数为超前（过励状态），大于半载功率因数为超前（过励状态），大于半载时，为滞后（欠励状态）；曲线时，为滞后（欠励状态）；曲线3 3对应更对应更大的励磁电流，当电动机满载时，功率因大的励磁电流，当电动机满载时，功率因数为数为1 1。因此，可以调节同步电动机的励。因此，可以调节同步电动机的励磁电流来达到在任意负载下，使功率因数磁电

60、流来达到在任意负载下，使功率因数为为1 1的目的，且可以在超前和滞后之间变的目的，且可以在超前和滞后之间变化，这是同步电动机的优点之一。化，这是同步电动机的优点之一。图图6-23 6-23 不同励磁下的特性不同励磁下的特性496.4 6.4 同步电动机同步电动机（3 3）同步电动机的）同步电动机的“V”V”形曲线形曲线 同步电动机的同步电动机的“V”V”形曲线是指形曲线是指电源的电压电源的电压U U、频率、频率f f、负载转矩、负载转矩T TL L保持不变时，电枢电流保持不变时，电枢电流I If f和励磁电和励磁电流流I I之间的关系曲线之间的关系曲线I=f(II=f(If f) )。图。图6