換向式電動機

其調(diào)速范圍較寬，最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比通常有3:1、6:1、10:1幾種。它還有調(diào)節(jié)功率因數(shù)的功能，使最高額定轉(zhuǎn)速時的滿載功率因數(shù)，在無補償時也可達0.98左右。與一般籠式三相異步電動機相比，三相交流換向器電動機的起動電流較小，起動轉(zhuǎn)矩較大，但滿載效率稍低;與電磁調(diào)速異步電動機相比,它不僅能在空載情況下調(diào)速,而且調(diào)速范圍較大，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于紡織、造紙、制糖、橡膠等領(lǐng)域中要求在寬范圍內(nèi)均勻調(diào)速時的電力拖動。三相交流換向器電動機有三相并聯(lián)換向器電動機和三相串聯(lián)換向器電動機兩種。

三相并聯(lián)換向器電動機 其原理性結(jié)構(gòu)見圖2。在帶換向器的轉(zhuǎn)子中裝有兩套繞組。一個是由滑環(huán)與電刷引出的三相交流繞組3,它由三相交流電網(wǎng)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(lián)成閉合回路，構(gòu)成電機的副邊。電刷a1-a2、b1-b2和c1-c2的張開角2β是可調(diào)的。三對電刷還可以同時沿圓周移動至所需的任意位置。

三相交流換向器電動機

帶滑環(huán)的轉(zhuǎn)子繞組通以三相交流電產(chǎn)生電機氣隙磁場，它相對轉(zhuǎn)子以同步轉(zhuǎn)速пs轉(zhuǎn)動。若轉(zhuǎn)子本身以轉(zhuǎn)速п反向轉(zhuǎn)動， 則磁場相對于定子和換向器繞組各支路的轉(zhuǎn)速均為轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)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(zhuǎn)差頻率。它隨轉(zhuǎn)差率(見異步電機)變化而變化。然而，磁場對轉(zhuǎn)子具有固定的相對速度(同步轉(zhuǎn)速пs)，所以換向器繞組電動勢的大小與轉(zhuǎn)差率無關(guān)。三相并聯(lián)換向器電機實際相當于在副邊繞組中(即定子a、b、c繞組)串入了轉(zhuǎn)差頻率的外電動勢(即換向器繞組的電動勢)的異步電機。其差別僅在于前者原邊放在轉(zhuǎn)子上，而副邊放在定子上。

電動機的調(diào)速是依靠電刷張開角2β的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。功率因數(shù)的調(diào)節(jié)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(xiàn)。如果將電刷張開角2β調(diào)節(jié)到零,副邊外加電動勢就等于零，此時,便與一般三相異步電動機完全相同。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，改變了副邊回路的總電動勢和電流。如要保持電磁轉(zhuǎn)矩為原值不變,就必須改變電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速發(fā)生了改變。如果通過電刷位置的調(diào)節(jié)，使附加電動勢與定子電動勢同相位，則轉(zhuǎn)速升高。如果將電刷調(diào)整成使換向器電動勢與定子電動勢反相位，則轉(zhuǎn)速下降。

這種電機的調(diào)速性能很好，不但可以向下調(diào)，還可向上調(diào)，使其超過同步轉(zhuǎn)速。調(diào)速范圍一般可達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(diào)節(jié)其運行的功率因數(shù)。這是由于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(xiàn)為功率因數(shù)的改變。調(diào)節(jié)時應該注意電刷的移動方向，在高于同步轉(zhuǎn)速和低于同步轉(zhuǎn)速運行時，同樣為了提高功率因數(shù)，電刷的偏移方向是相反的。

三相串聯(lián)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(lián)。 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(lián)換向器電動機與三相并聯(lián)換向器電動機的差別是:定子繞組與換向器繞組采用了串聯(lián)接法;轉(zhuǎn)子上只有一套換向器繞組而沒有帶滑環(huán)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(zhuǎn)子上。

電機通電后，定、轉(zhuǎn)子繞組均產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通勢。若定、轉(zhuǎn)子繞組軸線間夾角為α,則定子磁通勢F1與轉(zhuǎn)子磁通勢F2在空間也相差α角。

圖4為兩互相垂直磁場產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理。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(zhuǎn)子磁通勢F1與F2均與電流I成正比，故電磁轉(zhuǎn)矩為 式中C┡和C為常數(shù)。從公式可以看出這一轉(zhuǎn)矩與電流平方成比例，還可以通過角α 的調(diào)節(jié)來改變轉(zhuǎn)矩的大小、方向及電動機的機械特性，以達到調(diào)速目的。

三相串聯(lián)換向器電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，調(diào)速范圍約為1:2.5,即可在低于同步轉(zhuǎn)速的50%到120~130%的范圍運行。若拖動轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比的負載，則調(diào)速范圍可達1:4,甚至更寬。故這種電動機適用于吊車、離心式水泵及空氣壓縮機等的拖動