单相串励电机的工作原理

  单相串励电机的工作原理，是近期对单相串励电动机有了比较深的了解以后写成的。希望对用到的是个帮助。共同提高。br1其它资源见：江上清风http:欢迎转载。转载请包含链接全文转载

  单相串励电动机的工作原理一、基本概念1.单相串励：很多书中也写成“串激”，但是在国标GB/T2900.25-1994《电工术语旋转电机》中只有“串励”的解释，而没有串激一说，因此，对于电动工具上说的电动机就应该说成“单相串励电动机”。“串励”就是用以指明电机是由与电枢绕组串联的绕组励磁的。“单相”是说的电源的形式。2.由于单相串励电动机的结构基本上与直流电动机一样，但是它能交直流两用，在交流供电的情况下，产生旋转转矩的原理，一样能用直流电动机的有关原理来解释，并不妨碍我们来认识其规律性。3.运动力的产生。我们大家都知道在磁场中放入一根通电的导体，导体就会受到力。由于法国科学家安培最早研究了磁场对通电导线的作用，后人为纪念他就命名了这种力叫做“安培力”。人们通过大量的实验分析认识到，通电导线在磁场中受到的安培力的大小，既跟导线的长度L成正比，又跟导线中的电流I成正比，用公式表示就是：F=BIL上式中B----磁感应强度I------电流L-----导线的长度。利用此力就可以使通电导体发生运动，如果把导体制成能绕轴旋转的线圈，那么此线圈就会绕轴进行旋转。利用此原理即可制成电动机。4.磁场的形成上述通电导体必须在“磁场”中才能发生转动。那么磁场是从哪里来的呢？当然，我们大家可以利用磁铁直接取得，这便是永磁场。我们还可通过通电导体来取得磁场。我们大家都知道通电导体周围就有磁场。这一个道理是在1820年，丹麦科学家奥斯特（1777-1851）从实验中发现的。一个放在导线旁边的磁针，当导线通有电流时，磁针会受到力的作用而偏转。如下图一所示：图一这个实验说明不单单是磁铁能产生磁场，电流也能产生磁场，这个现象就称为电流的磁效应。电流的磁效应说明了在电流的周围空间必然存在着一种特殊物质，我们把它叫做磁场。只要有电流存在，电流的周围就有磁场。图一中的磁针发生偏转，就是由于电流产生的磁场对磁针的作用而发生的。我们把这种作用叫做磁力。5.通电导体周围产生的磁场的方向上面4中导体所形成的磁场，其小磁针的偏转是具有一定方向性的，那么也就是说所形成的磁场具有一定的方向。那么此方向怎么判断呢？在奥斯特电流磁效应的影响下，法国物理学家安培研究了不一样的形状的电流产生的磁场，提出了判断电流产生磁场的右手螺旋法则，并提出了著名的“分子电流假说”，揭示了磁铁和电流的磁场一样，都是由电荷运动产生。其右手螺旋法则如下图二所示：图二对于螺线管同理也可用右手螺旋定则进行判断，如图三所示。图三右手螺旋记忆歌决：右手螺旋判定谁？磁场方向安培给。竖直导线满把攥，四指磁场转圈排。若是小小螺线.关于安培力方向的判定人们通过实验发现，安培力的方向既跟磁感应强度的方向垂直，又跟电流方向垂直；三个方向之间的关系可以用左手定则来判定：伸开左手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线穿入手心，并使四指指向电流的方向，那么，拇指所指的方向就是通电导线所受的安培力的方向。如下图四所示：为了准确记住，可利用下面的打油诗记忆。左手一伸乾坤藏，手掌全开对磁场，指尖朝向电流处。拇指便是力方向。二、直流串励电动机的原理根据上面安培力的产生原理。如果我们把此安培力加以利用，让其能够旋转，便可以制成电动机。电动机的定子相当于是通电导体，那么其周围必然存在磁场。电动机的转子相当于是放入磁场中的通电导体，它就会产生一个旋转的安培力。所以电动机就转起来了。如下面的图五示：这样就形成了一个简单的电动机。这就是电动机的原理。碳刷和换向器的换向作用，就是使位于一定极性磁场下的导体内的电流方向保持不变；如导体转动到另一个极性磁场下时，换向作用使导体内的电流方向相应改变，从而使导体受力的方向不变。这就是直流电动机产生旋转力矩的基础原理。实际上换向过程很复杂，尤其是高转速的电机，要在极短的时间中，使线圈中的电流改变方向，这必然带来一系列的电磁问题。同时换向器和电刷又是一对摩擦副，所以还会碰上机械上的问题，这就必然带来问题的复杂程度。因此在电机的设计和制造中有很多特别的条件。三、单相交流串励电动机的原理3.1基础原理：上面讲的直流串励电动机的原理，同样适用于交流单相电动机。直流电机的定子磁场除某些小功率电机由永久磁铁（硬磁材料）产生外，大多由缠绕在定子铁芯（软磁材料）上的励磁绕组通入励磁电流后产生的。励磁的磁极极性决定于电流方向和线圈的缠绕方向，此二者中任一个方向发生改变，就可改变磁极极性。由于励磁线圈与电枢线圈联接方式的不同，就产生了两种励磁方式：并励和串励，如下图七所示。这两种励磁方式的直流电动机，在交流电源供电的时候，同样都能产生旋转的转矩，因为励磁绕组与电枢绕组都接在同一电源上，当交流电的正负波在交变时，由励磁电流产生的磁场与通入电枢绕组的电流都同时改变极性和方向，由于二者都变，因而绕组线圈所受到的作用力，仍能保持同一方向，也即转矩方向不变，所以仍能向一个方向保持一个方向持续不变地旋转。上图八就是单相串励电动机的基本工作原理。由于交流串励电动机的工作原理是建立在直流串励电动机基之上的，因此，我们从直流串励电动机的工作原理做多元化的分析，是值得肯定的。图（a)是直流串励电动机工作原理示意图，根据左手定则，可以决定出转子旋转方向是逆时针的。图（b)是同一台电机，唯一不同点是图（b)中的电源极性已经反过来。由于是串励电机，定子电流及转子电流将同时改变方向，也就是说，定子磁通及电枢电流将同时改变方向，根据左手定则可知，在磁通及电枢电流同时改变方向的情况下，转子转向不变，仍然为逆时针方向旋转。由此我们大家可以推论：一台直流串励电动机改接交流电压后，虽然电源极性在反复变化，但转子从始至终维持一恒定转向，因此能作为交流电动机运行，这就是单相交流串励电动机的工作原理。串励电动机若设计成交直流两用的，也称为通用电动机。根据上面的分析，我们大家可以看到交流串励电动机的工作原理与直流串励电动机的工作原理绝大多数都是一样的，因此分析直流电动机得出的一些主要结论，如：电枢绕组应组成闭合回路，不能断开；电刷放在几何中心线上才能产生最大的电磁转矩；两极电机中电枢绕组是两路并联的等，也适用于交流串励电动机。3.3并励与串励谁产生的转矩大？从上面所说，不难得知并励和串励都可以产生转矩，从而使电动机旋转，而实际使用中，电动工具的电机往往都是串励，而不是并励。缘由是在进一步考虑交流电源供电时，电流和磁通的相位关系以及交流阻抗的影响被考虑进去以后，串励和并励方式所产生的转矩并不相等。串励电机的转矩大，并励电机的转矩小，因此实际上，只有串励方式才能在交流电源下使用。其原因就此叙述一下。转矩M的大小，决定于磁通Φ与电枢电流I的乘积。在交流供电时，要分析实际转矩的大小，还要分析Φ与I之间的相角差大小。如下图九所示：在串励励磁方式时，产生磁通的励磁电流（就是定子电流）及与电枢电流是同一电流，所以不存在这二个电流间有相角差的问题。而励磁电流与磁通之间的相角差不本就很小，在分析问题的时候，可完全忽略不计，因此能认为，磁通与电枢电流之间也就不存在相角差。于是，磁通大的时候，电枢电流也就大，二者的乘积也就大，磁通在负值时，电枢电流也是负值，二者乘积仍然是正值，此说明其转矩没改变方向。上面的分析结果，符合图九(a)所示，图中假定磁通Φ与I都是正弦波，Φ与I的乘积M也就很大。在并励励磁方式时，并励绕组与电枢绕组是并联的，都直接接到了电源上。由于并励绕组直接接电源，所受的电压高，绕组的圈数必然很多，绕组的电感必然很大，这就使励磁电流滞后于电源电压相位角，以致于接近90。电枢绕组虽然也是直接接在电源上，但电枢绕组的圈数不多，因为电机有转矩输出，还有旋转电势去平衡电源电压，所以电枢电流滞后电源电压的相角比较小，这样就造成磁通Φ与电枢电流I之间有了较大的相角差ψ。如图九（b）所示。 当磁通Φ在最大值时，电流I却接近为零，因此二者的乘积仍然很小，甚至在每一周期中，会有一小段时间，Φ与I的方向相反，其乘积是负值，此说明是反转矩。总之，在并励励磁方式下，在交流电源供电时，电机产生的转矩很小。 通过上面的分析能够准确的看出，单相串励电动机其实就是按直流电动机的原理进行运行的。由于采用了串励的方式，因此就能够在交流电源下使用。实际上，单相串励电动机主要也是使用在交流电源中。因此单相串励电动机的定子都采用叠片结构，而不是整块的软铁，就为了减少涡流损耗。又因为电机的功率都不大，但要求结构相对比较简单，因此，都只用一对磁极，并且不装帮助换向的换向极，电枢绕组采用最简便的叠绕组，电刷只用一对，放在与磁极中心线的几何中心线上。 其它事项： 其它资源见：江上清风

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