【正文】 使重物下降，就在轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串人較大的附加電阻，此時系統(tǒng)運行點將從特性曲線 1之 a點移至特性曲線 2之 b點，負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL將大于電動機的電磁轉(zhuǎn)矩了，電動機減速到 c點 (即 n=0)，這時由于電磁轉(zhuǎn)矩 T仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL，重物將迫使電動機反向旋轉(zhuǎn)，重物被下放，即電動機轉(zhuǎn)速 n由正變負(fù)， S＞ 1，機械特性由第一象限延伸到第四象限，電動機進(jìn)入反接制動狀態(tài)。隨著下放速度的增加， S增大，轉(zhuǎn)子電流 Is和電磁轉(zhuǎn)矩隨之增大，直至 T＝ TL系統(tǒng)達(dá)到相對平衡狀態(tài)，重物以 ns等速下故?？梢?，與電源反接的過渡制動狀態(tài)不同，這是一種能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的制動狀態(tài)。在倒拉制動狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子軸上輸入的機械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同從定子輸送來的電磁功率一起，消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上。 96三、能耗制動異步電動機的反接制動用于準(zhǔn)確停車有一定的困難，因為它容易造成反轉(zhuǎn)，而且電能損耗也比較大；反饋制動雖是比較經(jīng)濟的制動方法，但它只能在高于同步轉(zhuǎn)速下使用；而能耗制動卻是比較常用的準(zhǔn)確停車的方法。異步電動機能耗制動的原理線路圖一般如圖 (a)所示。進(jìn)行能耗制動時，首先將定子繞組從三相交流電源斷開（ 1KM 打開），接著立即將一低壓直流電源通入定子繞組（ 2KM 閉合）。直流電流通過定子繞組后，在電動機內(nèi)部建立一個固定不變的磁場，由于轉(zhuǎn)子在運動系統(tǒng)儲存的機械能維持下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，該電流與恒定磁場相互作用產(chǎn)生作用方向與轉(zhuǎn)子實際旋轉(zhuǎn)方向相反的制動轉(zhuǎn)矩，在它的作用下，電動機轉(zhuǎn)速迅速下降，此時運動系統(tǒng)貯存的機械能被電動機轉(zhuǎn)換成電能后消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻中。 97能耗制動時的機械特性如圖 (b)所示，制動時系統(tǒng)運行點從特性 1 上的 a 點平移至特性 2 上的 b 點，在制動轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下沿特性曲線 2 迅速減速，直至 n = 0 。當(dāng) n = 0 時， T = 0 ，所以能耗制動能準(zhǔn)確停車，不像反接制動那樣，如不及時切斷電源會使電動機反轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機停止后不應(yīng)再接通直流電源，因為那樣將會燒壞定子繞組。另外，制動的后階段，隨著轉(zhuǎn)速的降低，能耗制動轉(zhuǎn)矩也很快減小，所以，制動較平穩(wěn)，但制動效果則比反接制動差。可以用改變定子勵磁電流 I f 或轉(zhuǎn)子電路串入電阻（線繞式異步電動機）的大小來調(diào)節(jié)制動轉(zhuǎn)矩，從而調(diào)節(jié)制動的強弱，由于制動時間很短，所以，通過定子的直流電流 I f 可以大于電動機的定子額定電流，一般取 I f = (2 ~ 3)I1N 。985． 7 單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理特點：1．為小容量的電動機，從幾瓦到幾百瓦；2．由單相交流電源供電的旋轉(zhuǎn)電機；3．具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠等一系列優(yōu)點。所以單相異步電動機被廣泛用于電風(fēng)扇、洗衣機、電唱機、吸塵器、醫(yī)療器械及自動控制裝置中。一、 單相異步電動機的磁場單相異步電動機的定子繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式。當(dāng)接入單相交流電源時，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生一個如圖 所示的脈動磁場。由上可見：1） 此磁場在空間并不旋轉(zhuǎn)，只是磁通或磁感應(yīng)強度的大小隨時間作正弦變化， 即B = Bm sinωt式中， Bm ——磁感應(yīng)強度的幅值；ω ——交流電源角頻率。在電機系統(tǒng)中，常把磁通大小隨時間做正弦變化的磁場稱脈動磁場，其磁場曲線如圖 (a)所示992）可以證明，一個空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動磁場（用磁感應(yīng)強度 B 表示），可以分解成兩個轉(zhuǎn)速相等而旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場Bm1 和 Bm2 ，如圖（ b）所示，磁感應(yīng)強度的大小為Bm1 = Bm2 = Bm / 2100當(dāng)脈動磁場變化一個周期，對應(yīng)的兩個旋轉(zhuǎn)磁場正好各轉(zhuǎn)一圈，若交流電源的頻率為 f ，定子繞組的磁極對數(shù)為 p ，則兩個旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為 n0=60f/P，與三相異步電動機的同步轉(zhuǎn)速相同。如果僅有一個單相繞組，則在通電前轉(zhuǎn)子原來是靜止的，通電后轉(zhuǎn)子仍將靜止不動。若此時用手拔動它，轉(zhuǎn)子便順著拔動方向轉(zhuǎn)動起來，最后達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài)?？梢娺@種結(jié)構(gòu)的電動機沒有啟動能力，但一經(jīng)推動后，它卻能轉(zhuǎn)動起來。因為兩個旋轉(zhuǎn)磁場分別作用于鼠籠式轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個方向相反的轉(zhuǎn)矩，如圖 所示。101圖中， T + 為正向轉(zhuǎn)矩，由旋轉(zhuǎn)磁場 Bm1 產(chǎn)生； T ? 為反向轉(zhuǎn)矩，由反向旋轉(zhuǎn)磁場 Bm2 產(chǎn)生，而 T 為單相異步電動機的合成轉(zhuǎn)矩， S 為轉(zhuǎn)差率。從曲線可以看出，在轉(zhuǎn)子靜止時（ S = 1 ），由于兩個電磁轉(zhuǎn)矩大小相等方向相反，故其作用互相抵消，合成轉(zhuǎn)矩為零，即 T = 0 ，因而轉(zhuǎn)子不能自行啟動。如果外力拔動轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)動，則此時正向轉(zhuǎn)矩 T + 大于反向轉(zhuǎn)矩 T ? ，其合成轉(zhuǎn)矩 T = T + ? T ? 為正，將使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，直至達(dá)到穩(wěn)定運行狀態(tài)。同理，如果沿反方向推一下，則電動機就反向旋轉(zhuǎn)。由此可得出結(jié)論：（ 1）在脈動磁場作用下的單相異步電動機沒有啟動能力，即啟動轉(zhuǎn)矩為零；（ 2）單相異步電動機一旦啟動，它能自行加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)方向不固定，完全取決于啟動時的旋轉(zhuǎn)方向。因此，要解決單相異步電動機的應(yīng)用問題，首先必須解決它的啟動轉(zhuǎn)矩問題。102二、單相異步電動機的啟動方法單相異步電動機在啟動時若能產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，就可以建立啟動轉(zhuǎn)矩而自行啟動，下面介紹兩種常見的單相異步電動機。1．電容分相式異步電動機圖 所示為電容分相式異步電動機的接線原理圖。定子上有兩個繞組 AX 和 BY， AX 為運行繞組（或工作繞組）， BY 為啟動繞組，它們都嵌入定子鐵心中，兩繞組的軸線在空間互相垂直。在啟動繞組 BY 電路中串有電容 C，適當(dāng)選擇參數(shù)使該繞組中的電流 iB 在相位上超前 AX 繞組中的電流 iA 900 。其目的是：通電后能在定、轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，使其自行啟動。103根據(jù)兩個繞組的空間位置及圖 (a)所示的兩相電流之波形，可以畫出 t 為 T / 8 ， T / 4 ， T / 2 各時刻磁力線的分布如圖 (b)所示。從該圖可以看出：磁場是旋轉(zhuǎn)的，且旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向的規(guī)律也和三相旋轉(zhuǎn)磁場一樣。是由 BY 到 AX，即由電流超前的繞組轉(zhuǎn)向電流滯后的繞組。在此旋轉(zhuǎn)磁場作用下，鼠籠轉(zhuǎn)子將跟著旋轉(zhuǎn)磁場一起旋轉(zhuǎn)，若在啟動繞組 BY 支路中，接入一離心開關(guān) QC，如圖 所示。電動機啟動后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值附近時，借離心力的作用，將 QC 打開，此后電動機就成為單相運行了。此種結(jié)構(gòu)型式的電動機，稱為電容分相式電動機。也可不用離心開關(guān)，即在運行時并不切斷電容支路。 104值得指出，欲使電動機反轉(zhuǎn)，不能像三相異步電動機那樣掉換兩根電源線來實現(xiàn)，必須以掉換電容器 C 的串聯(lián)位置來實現(xiàn)，如圖 所示，即改變 QB 的接通位置，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。洗衣機中的電動機，就是靠定時器中的自動轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)這種切換的。1052．罩極式單相異步電動機罩極式電動機的結(jié)構(gòu)如圖 所示。在磁極一側(cè)開一小槽，用短路銅環(huán)罩住磁極的一部分。磁極的磁通 Φ 分為兩部分，即 Φ1與 Φ 2 ，當(dāng)磁通變化時，由于電磁感應(yīng)作用，在罩極線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其作用是阻止通過罩極部分的磁通的變化，使罩極部分的磁通 2 Φ 在相位上滯后于未罩部分的磁通 1Φ ，這種在空間上相差一定角度，在時間上又有一定相位差的兩部分磁通，合成效果與前面所述旋轉(zhuǎn)磁場相似，即產(chǎn)生一個由未罩部分向罩極部分移動的磁場，從而在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個啟動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。1065． 8 同步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理同步電機既可作發(fā)電機運行，亦可作電動機運行。同步電動機也是一種三相交流電動機，它除了用于電力傳動（特別是大容量的電力傳動）外，還用于補償電網(wǎng)功率因數(shù)。發(fā)電廠中的交流發(fā)電機，全部都是采用同步發(fā)電機。本節(jié)電機討論同步電動機的結(jié)構(gòu)、基本運行原理及工作特性。一、同步電動機的基本結(jié)構(gòu)與異步電動機一樣，同步電動機也分定子和轉(zhuǎn)子兩大基本部分。定子：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對稱繞組，并通有對稱三相交流電流）、機座以及端蓋等主要部件組成。轉(zhuǎn)子：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵磁繞組、特別設(shè)置的鼠籠型啟動繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。同步電動機按轉(zhuǎn)子主磁極的形狀分為隱極式和凸極式兩種，它們的結(jié)構(gòu)如圖 所示。隱極式轉(zhuǎn)子的優(yōu)點是轉(zhuǎn)子圓周的氣隙比較均勻，適用于高速電機；凸極式轉(zhuǎn)子呈圓柱形，轉(zhuǎn)子有可見的磁極，氣隙不均勻，但制造較簡單，適用于低速運行（轉(zhuǎn)速低于1000r/min）。由于同步電動機中作為旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)子只通以較小的直流勵磁功率（大約為電動機額定功率的 %～ 2%），故同步電動機特別適用于大功率高電壓的場合。107二、同步電動機的工作原理和運行特性1．工作原理同步電動機的基本工作原理可用圖 來說明。電樞繞組通以對稱三相交流電流后，氣隙中便產(chǎn)生一電樞旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速式中， f ——三相交流電源的頻率；p ——定子旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)。在轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現(xiàn)一個大小和極性固定、磁極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同的直流勵磁磁場。這兩個磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以同步轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)，即 n = n0 ,“同步 ”電動機也由此而得名。1082．機械特性在電源頻率 f 與電動機轉(zhuǎn)子磁極對數(shù) p 為一定的情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n = n0 為一常數(shù)，因此同步電動機具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的運轉(zhuǎn)速度是不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化的。同步電動機的機械特性如圖 所示。異步電動機的轉(zhuǎn)子沒有直流電流勵磁，它所需要的全部磁動勢均由定子電流產(chǎn)生，所以，異步電動機必須從三相交流電源吸取滯后電流來建立電動機運行時所需要的旋轉(zhuǎn)磁場。異步電動機的運行狀態(tài)就相當(dāng)于電源的電感性負(fù)載了，它的功率因數(shù)總是小于 1。同步電動機與異步電動機則不相同，同步電動機所需要的磁動勢是由定子與轉(zhuǎn)子共同產(chǎn)生的。同步電動機轉(zhuǎn)子勵磁電流 I f 產(chǎn)生磁通 Φf ，而定子電流 I 產(chǎn)生磁通 Φ 0 ，總的磁通 Φ 為兩者的合成。當(dāng)外加三相交流電源的電壓 U 為一定時，總的磁通 Φ 也應(yīng)該為一定，這一點是和感應(yīng)電動機的情況相似的。因此，當(dāng)改變同步電動機轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流 f I 使 Φf改變時，如果要保持總磁通 Φ 不變，那么， Φ 0 就要改變，故產(chǎn)生 Φ 0 的定子電流 I 必然隨著改變。109當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 不變時，同步電動機輸出的功率也是恒定的，若略去電動機的內(nèi)部損耗，則輸入的功率 P1 = 3UI cos? 也是不變的。所以，改變 I f 影響 I 改變時，功率因數(shù) cos?也是隨著改變的。因此，可以利用調(diào)節(jié)勵磁電流 I f 使 cos? 剛好等于 1，這時，電動機的全部磁動勢都是由直流產(chǎn)生的，交流方面毋須供給勵磁電流，在這種情況下，定子電流 I 與外加電壓 U 同相，這時的勵磁狀態(tài)稱為正常勵磁。當(dāng)直流勵磁電流 I f 小于正常勵磁電流時，稱為欠勵，直流勵磁的磁動勢不足，定子電流將要增加一個勵磁分量，即交流電源需要供給電動機一部分勵磁電流，以保證總磁通不變。當(dāng)定子電流出現(xiàn)勵磁分量時，定子電路便成為電感性電路了，輸入電流滯后于電壓， cos? 小于 1，定子電流比正常勵磁時要增大一些。另一方面，如果使直流勵磁電流 I f 大于正常勵磁電流時，稱為過勵，直流勵磁過剩，在交流方面不僅毋須電源供給勵磁電流，而且還向電網(wǎng)發(fā)出電感性電流與電感性無功功率，正好補償了電網(wǎng)附近電感性負(fù)載的需要，使整個電網(wǎng)的功率因數(shù)提高。過勵的同步電動機與電容器有類似的作用，這時，同步電動機相當(dāng)于從電源吸取電容性電流與電容性無功功率，成為電源的電容性負(fù)載，輸入電流超前于電壓， cos? 也小于 1，定子電流也要加大。根據(jù)上面的分析，我們可以看出，調(diào)節(jié)同步電動機轉(zhuǎn)子的直流勵磁電流 I f 便能控制 cos?的大小和性質(zhì)（容性或感性），這是同步電動機最突出的優(yōu)點。同步電動機有時在過勵下空載運行，在這種情況下電動機僅用以補償電網(wǎng)滯后的功率因數(shù)，這種專用的同步電動機稱為同步補償機。110三、同步電動機的啟動同步電動機雖具有功率因數(shù)可以調(diào)節(jié)的優(yōu)點 ,但卻沒有像異步電動機那樣得到廣泛應(yīng)用，這不僅是由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格貴，而且它的啟動困難。其原因如下：如圖 所示，如果轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，加以直流勵磁，產(chǎn)生固定磁場 N—S；當(dāng)定子接上三相電源，流過三相電流時，就產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，并立即以同步轉(zhuǎn)速 n0 旋轉(zhuǎn)。在圖 (a)所示的情況下，二者相吸，定子旋轉(zhuǎn)磁場欲吸著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子的慣性，它還沒有來得及轉(zhuǎn)動時旋轉(zhuǎn)磁場卻已轉(zhuǎn)到圖 (b)所示的位置，二者又相斥，這樣，轉(zhuǎn)子忽被吸，忽被斥，平均轉(zhuǎn)矩為零，不能啟動。為了啟動同步電動機，采用了異步啟動法，即在轉(zhuǎn)子磁極的極掌上裝有和鼠籠繞組相似的啟動繞組，如圖 所示。111啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，鼠籠繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢，即產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來，等轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產(chǎn)生固定磁極的磁場，在定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。轉(zhuǎn)子達(dá)到同步速度后，啟動繞組與旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，即無相對運動，這時，啟動繞組中便不產(chǎn)生電勢和電流。同步電動機異步啟動法原理接線圖如圖