三相交流換向器電動機

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更新時間: 2013-09-05

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三相交流換向器電動機是指轉子上有帶換向器(見直流電機)的電樞繞組的三相交流電動機。

三相交流換向器電動機 -三相交流換向器電動機

 

三相交流換向器電動機 -正文
  轉子上有帶換向器(見直流電機)的電樞繞組的三相交流電動機。又稱三相非同步換向器電動機或交流整流小電動機。是一種恆轉矩交流調速電動機。其調速範圍較寬,最高轉速與最低轉速之比通常有3:1、6:1、10:1幾種。它還有調節功率因數的功能,使最高額定轉速時的滿載功率因數,在無補償時也可達0.98左右。與一般籠式三相非同步電動機相比,三相交流換向器電動機的起動電流較小,起動轉矩較大,但滿載效率稍低;與電磁調速非同步電動機相比,它不僅能在空載情況下調速,而且調速範圍較大,其性能指標與晶閘管電動機相仿。所以,三相交流換向器電動機適用於紡織、造紙、製糖、橡膠等領域中要求在寬範圍內均勻調速時的電力拖動。三相交流換向器電動機有三相併聯換向器電動機和三相串聯換向器電動機兩種。
  換向器繞組交流電動勢的產生  對稱三相換向器電機的氣隙磁場是圓形旋轉磁場。若旋轉的平均磁通密度峫(圖1)以轉速пs旋轉,而換向器繞組以轉速п旋轉,則換向器繞組的導體將以相對轉速(пs-п)切割磁場而產生電動勢。三相交流換向器電動機其有效值與相對轉速成比例。然而換向器繞組的導體雖然以速度п轉動,但電刷靜止不動,它所引接的一部分繞組在空間總是處在一定的位置,所以由電刷引接的支路可以看做是在空間固定不動的。根據磁場對支路每分鐘切割的極對數即為其電動勢的頻率的原理,支路電動勢的頻率由磁場對靜止電刷的轉速пs決定。
  三相併聯換向器電動機  其原理性結構見圖2。在帶換向器的轉子中裝有兩套繞組。一個是由滑環與電刷引出的三相交流繞組3,它由三相交流電網饋電,作為原邊;另一個是由換向器上的電刷引出的換向器繞組2,它通過電刷a1-a2、b1-b2、c1-c2與定子繞組a、b、c分別串聯成閉合迴路,構成電機的副邊。電刷a1-a2、b1-b2和c1-c2的張開角2β是可調的。三對電刷還可以同時沿圓周移動至所需的任意位置。

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三相交流換向器電動機三相交流換向器電動機

  帶滑環的轉子繞組通以三相交流電產生電機氣隙磁場,它相對轉子以同步轉速пs轉動。若轉子本身以轉速п反向轉動, 則磁場相對於定子和換向器繞組各支路的轉速均為轉差轉速(пs-п),從而定子繞組和換向器繞組中感生的電動勢也為轉差頻率。它隨轉差率(見非同步電機)變化而變化。然而,磁場對轉子具有固定的相對速度(同步轉速пs),所以換向器繞組電動勢的大小與轉差率無關。三相併聯換向器電機實際相當於在副邊繞組中(即定子a、b、c繞組)串入了轉差頻率的外電動勢(即換向器繞組的電動勢)的非同步電機。其差別僅在於前者原邊放在轉子上,而副邊放在定子上。
  電動機的調速是依靠電刷張開角2β的調節來實現的。功率因數的調節依靠同時移動三對電刷對三個定子繞組的相對位置的改變來實現。如果將電刷張開角2β調節到零,副邊外加電動勢就等於零,此時,便與一般三相非同步電動機完全相同。當2β張大為非零的某一角度時,則在副邊加入了附加電動勢。附加電動勢的加入,改變了副邊迴路的總電動勢和電流。如要保持電磁轉矩為原值不變,就必須改變電機的轉差率,以改變定子電動勢,使副邊電流基本上恢復原值。這就意味轉速發生了改變。如果通過電刷位置的調節,使附加電動勢與定子電動勢同相位,則轉速升高。如果將電刷調整成使換向器電動勢與定子電動勢反相位,則轉速下降。
  這種電機的調速性能很好,不但可以向下調,還可向上調,使其超過同步轉速。調速範圍一般可達10:1。
  如將電刷在圓周方向上移動,使換向器電動勢與定子電動勢具有各種不同的相位差,則可調節其運行的功率因數。這是由於換向器電動勢的串入,改變了電動勢和電流的相位,反映到原邊時則表現為功率因數的改變。調節時應該注意電刷的移動方向,在高於同步轉速和低於同步轉速運行時,同樣為了提高功率因數,電刷的偏移方向是相反的。
  三相串聯換向器電動機  其結構示意見圖3。三相交流換向器電動機定子繞組A、B、C通過電刷a、b、c與換向器繞組相串聯。 圖中將換向器繞組等效為Y接法的繞組。電刷a、b、c 可以同時移動位置,以改變夾角α。三相串聯換向器電動機與三相併聯換向器電動機的差別是:定子繞組與換向器繞組採用了串聯接法;轉子上只有一套換向器繞組而沒有帶滑環的交流繞組;交流電源加在定子繞組A、B、C3端點上而不在轉子上。
  電機通電后,定、轉子繞組均產生旋轉磁通勢。若定、轉子繞組軸線間夾角為α,則定子磁通勢F1與轉子磁通勢F2在空間也相差α角。
  圖4為兩互相垂直磁場產生轉矩的原理。三相交流換向器電動機其中任一個磁通勢對另一個磁通勢的垂直分量才是有效的。再考慮到定、轉子磁通勢F1F2均與電流I成正比,故電磁轉矩為

三相交流換向器電動機

式中C┡和C為常數。從公式可以看出這一轉矩與電流平方成比例,還可以通過角α的調節來改變轉矩的大小、方向及電動機的機械特性,以達到調速目的。
  三相串聯換向器電動機拖動恆轉矩負載時,調速範圍約為1:2.5,即可在低於同步轉速的50%到120~130%的範圍運行。若拖動轉矩與轉速平方成正比的負載,則調速範圍可達1:4,甚至更寬。故這種電動機適用於吊車、離心式水泵及空氣壓縮機等的拖動。

 

三相交流換向器電動機 -配圖

 

三相交流換向器電動機 -相關連接

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