交流換向器電動機

其調速范圍較寬，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(jié)功率因數(shù)的功能，使最高額定轉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，起動轉矩較大，但滿載效率稍低;與電磁調速異步電動機相比,它不僅能在空載情況下調速,而且調速范圍較大，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、橡膠等領域中要求在寬范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(huán)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(lián)成閉合回路，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。

三相交流換向器電動機

帶滑環(huán)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， 則磁場相對于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(見異步電機)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(jié)來實現(xiàn)的。功率因數(shù)的調節(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(fā)生了改變。如果通過電刷位置的調節(jié)，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。調節(jié)時應該注意電刷的移動方向，在高于同步轉速和低于同步轉速運行時，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。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F1與F2均與電流I成正比，故電磁轉矩為 式中C┡和C為常數(shù)。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(jié)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(lián)換向器電動機拖動恒轉矩負載時，調速范圍約為1:2.5,即可在低于同步轉速的50%到120~130%的范圍運行。若拖動轉矩與轉速平方成正比的負載，則調速范圍可達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

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。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(shù)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。