第11章-特种电机

（11-3）
若转子转速为 n，则转子相对于正向旋转磁场的转差率为
s n1 n n1
0 s 1
（11-4）
而转子相对于反向旋转磁场的转差率为
s n1 n 2 s n1
1 s 2
（11-5）
-22-
第十一章 特种电机 根据异步电动机圆形旋转磁场时的机械特性，可以分别绘 出正、反向旋转磁场的机械特性曲线，以及它们的合成曲线， 即椭圆形旋转磁场时异步伺服电动机的机械特性，如图11-11所 示。
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第十一章 特种电机 根据交流电机的旋转磁场理论，若单相异步电动机只有主 绕组 m 通入单相交流电，将产生空间正弦分布的脉振磁动势。 该脉振磁动势可分解为转速相同、转向相反的两个圆形旋转磁 动势，一个是正转磁动势，一个是反转磁动势。
F

F
F


F F



根据三相异步电机原理，可以将单相异步电动机视为两台 完全一样的三相异步电动机分别作正相序运行及负相序运行时 的叠加。对于正相序运行的三相异步电动机，其转差率为
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第十一章 特种电机 2. 两相绕组通电时 当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通入不同相位的两 相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。一个椭 圆旋转磁动势同样可以分解成一个正转磁动势与一个是反转磁 动势。
F

F
F


F F



此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。当 F F 时，电 T f (s ) 及 Te f ( s) 3条曲线如图11-2所示。 动机的 T f (s ) 、
2
（11-2）
n1
1
n, s
3
o
Te
n1
图11–1 一相通电时的Te s 曲线
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第十一章 特种电机 单相异步电动机的 Te f (s) 曲线具有下列特点： 1）当 n 0 即 s s 1 时，电磁转矩 Te 0 ，即无起 动转矩，电机不能够起动； 2）当 n 0 即 s或s 1 时，电磁转矩 Te 0 。如果由于 其它原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运行。 如果电动机反转了，也能继续反转运行。 所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有主绕组，则 无起动转矩。
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第十一章 特种电机 第一节 单相异步电动机 一、概述 所谓单相异步电动机是指正常情况下用单相交流电源供电 的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪 声小等优点。由于只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用 于工业、农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、电动 工具、医疗器械等使用较多。与同容量的三相异步电动机相比 较，单相异步电动机的体积较大，因此一般只做成小容量的。 单相异步电动机的运行原理和普通三相异步电动机基本相 同，但有其自身的特点。单相异步电动机通常在定子上有两相 绕组，转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供 电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。


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第十一章 特种电机 可见，当 n 0时，若 F F ，则 Te 0 ，电动机可以正向起 动；同理，当 n 0时，若 F F ，则 Te 0 ，电动机可以反向起 动。 根据上述分析可 知，单相异步电动机 若能起动必须具备： ① 定子具有空间不同 相位的两个绕组； ② 两个绕组中通入不 同相位的交流电。
第十一章 特种电机 5. 罩极式异步电动机 罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式，由硅钢片叠 压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组，在每极的极靴一 边开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来，转 子是鼠笼式结构，如图11-7所示。
短路环
~
图11–7 罩极式异步电动机
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第十一章 特种电机 第二节 异步伺服电动机 一、概述
电机与拖动基础（第2版）
第十一章 特种电机*
第一节 单相异步电动机 第二节 异步伺服电动机 第三节 磁阻式同步电动机 第四节 磁滞式同步电动机 第五节 步进电动机 第六节 直线电动机
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第十一章 特种电机
引 言
前面介绍的直流电机、变压器、异步电机和同步 电机统称为普通电机。在日常生活和生产实际中还广 泛使用着各种特殊结构和特殊用途的电机，特别是随 着新技术的不断发展和新材料的不断涌现，新型特种 电机的研究和应用还处在不断发展之中。由于特种电 机大都用于控制系统中，且功率较小，所以又称为控 制电机。从本质上讲，特种电机的基本理论和分析方 法与普通电机是一致的，但又有其特殊性。本章主要 介绍目前基本理论业已成熟，同时又应用工作 绕组
i2
S C
I st
转子
起动 绕组
a) 图11-4 电容分相起动异步电动机
a) 电动机结构 b) 相量图
b)
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第十一章 特种电机 3. 电容运转异步电动机 在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用，而 且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，因而实际上是 两相电机，电动机定子接线如图11-5所示。 这种电机电容的选择 是按照运行时考虑的，要求在运行时磁动势接近于圆形旋转磁动 势，以提高电机的运行性能。但在起动时磁动势椭圆度较大，造 成起动转矩较小，而起动电流较大。
伺服电动机的作用是把输入的电压控制信号转换成输出的 角位移或角速度。在自动控制系统中，伺服电动机是以执行机 构的身份出现的，所以又称为执行电动机。对伺服电动机的基 本要求是：调速范围宽，可控性好，无自转现象，响应迅速， 运行稳定等，此外一些特殊领域如航空航天，对伺服电动机的 重量和体积也有一定的要求。
2

n, s
3 1
Te
图11–2 两相通电时的 Te s曲线
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第十一章 特种电机 三、单相异步电动机的分类 单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源，但是单
相异步电动机起动时又要求在两相绕组中通入相位不同的两相 电流。如何把定子绕组中的电流相位分开即“分相”是单相异 步电动机必须解决的首要问题。根据分相方法的不同就有不同 类型的单相异步电动机。
主 绕 组 副绕组
图11-5 电容运转异步电动机
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第十一章 特种电机
4. 电容起动与运转异步电动机 为了使电动机在起动和运转时都能得到比较好的性能， 在副 绕组中采用两个电容的并联，如图11-6所示。电容C是运转时使用 的， 电容Cs是在电动机起动时使用的， 它与起动开关串联后再与 电容C并联。 起动时串联在副绕组回路中的总电容为C+Cs， 比 较大， 可以使电机气隙中的旋转磁动势接近于圆形旋转磁动势。 当电动机转速接近于同步转速时， 起动开关动作， 将电容Cs切除， 从而使电动机在运行时， 气隙中的旋转磁动势也接近于圆形旋转 磁动势。 电容起动与运转的单相异步 电动机，与电容起动的单相异步 主 绕 电动机相比较，起动转矩和最大 组 转矩有所增加，功率因数和效率 有所提高，电动机的噪音较小， 副绕组 所以它是单相异步电动机中最理 想的一种。 图11–6 电容起动与运转异步电动机 -14-
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第十一章 特种电机 伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机。直 流伺服电动机具有运行特性好，控制灵活、方便的优点。按励
磁方式可分为电磁式和永磁式，其基本结构和工作原理与普通 直流电动机相同。交流伺服电动机结构简单，无电刷和换向器， 不需要经常维护，而且效率高，响应快，速比大，在许多领域 有取代直流伺服电动机之势。交流伺服电动机可分为异步伺服 电动机和同步伺服电动机。同步伺服电动机种类众多，特色各 异，可分为永磁式、磁阻式和磁滞式，本书第八章和本章第三、 四节分别有所介绍。本节主要介绍异步伺服电动机。
n1 n s n1
（11-1）
-5-
第十一章 特种电机 但对于反转磁动势而言，即负相序运行的三相异步电动机，其 转差率应该为
n1 (n) 2n1 (n1 n) s 2 s n1 n1
正转电磁转矩与正转转差率的关 系 T f (s ) ，以及反转电磁转矩与反 转转差率的关系 T f (s ) f (2 s ) 如 图11-1中曲线1和曲线 2所示。单相异步 电动机的 Te f (s) 曲线就是曲线1、2的 叠加，如图中曲线3所示。
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第十一章 特种电机 1. 电阻分相起动异步电动机 电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主绕 组并联接到单相电源上，如图 11-3所示。为使定子两相绕组中电 流存在相位差，在设计上使两相绕组的阻抗不等，接在同一电源 上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位，达到分 相的目的。这种异步电动机由于受到绕组的制约两相绕组中电流 的相位差不大，因而起动转矩不大。
U
I st
a)
a) 电动机结构 b) 相量图
b)
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图11–3 电阻分相起动异步电动机
第十一章 特种电机 2. 电容分相起动异步电动机 电容分相起动异步电动机是在副绕组中串联电容再通过一个 离心开关和主绕组并联接到单相电源上，如图11-4所示。 由于电 容的作用副绕组回路的阻抗呈容性， 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较大。因此，电容分相起 动异步电动机具有较大的起动转矩。电容分相起动异步电动机改 变转子旋转方向的方法与电阻分相起动异步电动机的一样。
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第十一章 特种电机 根据交流绕组旋转磁场的基本理论，两相不对称绕组所产 生的应该是椭圆形的旋转磁场，该磁场可以用两个转速相等、 转向相反的圆形旋转磁场来代替，其中一个的转向与原来的椭 圆形磁场相同，称为正向圆形旋转磁场；另一个的转向则相反， 称为反向圆形旋转磁场，如图11-10所示。
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第十一章 特种电机 图11-10形象地说明了正、反向转旋转磁场的作用，其中一 对大磁极表示正向旋转磁场，一对小磁极表示反向旋转磁场。 正向旋转磁场与转子同向旋转，所产生的电磁转矩 起驱动作用； 而反向旋转磁场总是与转子反向旋转，所产生的电磁转矩 起制 动作用。合成电磁转矩Te 总是正的，