單相串勵電動�俗稱串勵電機或通用(Universal Motor國外叫法�,因電樞繞組和勵磁繞組串�(lián)在一起工作而得�。單相串勵電動機屬于�、直流兩用電動機,它既可以使用交�電源工作,也可以使用直流電源工作�
單相串勵電機是一種目前已�(jīng)�(yīng)用非常廣泛的電機,它的優(yōu)點是由于它轉(zhuǎn)速高、起動力矩大、體積小、重量輕、不容易堵轉(zhuǎn)、適用電壓范圍很�,可以用�(diào)壓的方法來調(diào)�,簡單且易于實現(xiàn)�
單相串勵電動機屬于單相交流異步電動機,是交直流兩用的,所以又稱為交直流兩用串勵電動機。由于它�(zhuǎn)速高、體積小、啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速可�(diào),既可在直流電源上使�,又可在單相交流電源上使�,因而在電動工具中得到廣泛的�(yīng)��
電機主要由定子轉(zhuǎn)子及支架三部分組,定子由凸極鐵心和勵磁繞組組成,�(zhuǎn)子由隱極鐵心、電樞繞�、換向器及轉(zhuǎn)軸等組成。勵磁繞組與電樞繞組之間通過電刷和換向器形成串聯(lián)回路�
單相串勵電動機的工作原理,是建立在直流串勵電動機的基�(chǔ)上的。原理如圖所示,勵磁繞組和電樞繞組串�(lián),直流電源上,根�(jù)主磁通Φ和電樞電流Ia的方向,按照左手定則,可以決定轉(zhuǎn)子旋�(zhuǎn)的方�,在a中是按逆時針方向旋�(zhuǎn);如果把電源的極性反過來,如圖b所示由于是串勵電動機,主磁通Φ和電樞電流Ia也都同時改變了方向,按照左手定則,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向不變,仍為按逆時針方向旋�(zhuǎn)。因此,串勵電動機加上單相交流電壓后,如圖c所�,雖然電源極性在周期性變�,但�(zhuǎn)子始終維持一恒定的轉(zhuǎn)�,所�,串勵電動機可以�(yīng)用在�、直流兩種電源上�
單相串勵電動機是一種帶有電刷和換向器的交流電動�,有的串勵電動機既可由交流亦可由直流供電,稱為交直流兩用電動�。因其勵磁繞組和電樞繞組串聯(lián)而得�。單相串勵電機的�(jié)�(gòu)同直流串勵電機十
分相�,主要的區(qū)別在于單相串勵電機的定子鐵心必須由硅鋼片疊壓而成,而直流的磁極既可以由疊壓而成,又可以做成整體�(jié)�(gòu)。單相交流串勵電機產(chǎn)生旋�(zhuǎn)力矩的原理和直流串勵電機相似,可以用直流電機的運行原理來解釋�
單相串勵電機的定子繞組與電樞繞組是串�(lián)�,串勵電機轉(zhuǎn)向取決于電磁�(zhuǎn)矩方向和電流方向,因此工作在交流電源情況�,電源交變時,定子磁場的極性和�(zhuǎn)子電流或其產(chǎn)生的磁場同時變換方向,根�(jù)左手定則,電磁力的方向不會改�,所以串勵電機能夠始終維持一個恒定的�(zhuǎn)向�
如圖 2-1 所�,當(dāng)正向通電�,電磁轉(zhuǎn)矩方向為逆時針方�;如果電源的正負(fù)極性調(diào)�,則激磁磁通和電樞電流方向同時改變,電磁轉(zhuǎn)矩方向仍為逆時針方�,所以電機轉(zhuǎn)向不變,亦即單相交流串勵電動機的電磁�(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)方向不隨電源極性的改變而變��
單相串勵電機的轉(zhuǎn)矩的瞬時表達式為�
式中 �
T——轉(zhuǎn)矩瞬時值;
CT——轉(zhuǎn)矩常�(shù)�
每極磁通峰值;
電流峰��
磁通滯后電流的角度
由此得出單相交流串勵電機的機械特性:單相串勵電機的轉(zhuǎn)矩是隨時間變化的,即每一瞬間的轉(zhuǎn)矩大小是不同�,這和直流的電動機�(zhuǎn)矩的平穩(wěn)性存在明顯的差別,輸出轉(zhuǎn)矩實際上是平均值�
電動機在磁路未飽和時,因磁通大小和勵磁電流大小成正比,故轉(zhuǎn)矩和電流的二次方成正�;當(dāng)電動機的磁路飽和�,電流的變化對磁通的影響很小,故�(zhuǎn)矩近似按照電流的變化而變�。啟動轉(zhuǎn)矩大,不容易堵轉(zhuǎn),這是這類電動機的可貴�(yōu)�,適用于啟動比較困難的場��
在串勵電機工作中,電機的定子和轉(zhuǎn)子的漏磁通較小,在不考慮漏磁通等情況�,根�(jù)直流電機的工作特�,得到單相串勵電機的�(zhuǎn)速方程:
式中�
電動勢常�(shù)�
每極磁通;
對電刷的接觸壓降
在外施電壓恒�,磁路不飽和的情況下,負(fù)載增�,電樞電流相�(yīng)的增大,因而磁� 和電阻壓� 也增�,從�(zhuǎn)速的表達式可知,�(zhuǎn)速迅速下�;相反在空載的情況下,電流和磁通都很小,空載時�(zhuǎn)速很�,很容易損害電動機,從安全和電機的保護考慮,應(yīng)該盡量的避免電機空載運行。但是對于電動工具用串勵電機,因一般帶著工作頭,其空載�(zhuǎn)速不會太�,而且�(shè)計時常用空載�(zhuǎn)速限制在額定�(zhuǎn)速的 1.7 倍左�,對于功率很小的串勵電機,因為自身轉(zhuǎn)矩很�,空載轉(zhuǎn)速也不會極高。負(fù)載增�,轉(zhuǎn)速下降,使輸出功率變化不�,不易因�(fù)載增大而使電機過載,這一特點使這類電機廣泛用于�(fù)載轉(zhuǎn)矩大幅度變化的場�,調(diào)速范圍較��
由圖 2-2 得出�(fù)載變化時�(zhuǎn)速變化情況,�(dāng)�(fù)載增大時,電樞繞組中的電
流相�(yīng)的增大,由于定子勵磁繞組是與電樞繞組是串�(lián)�,定子激磁繞組中的電流就是電樞繞組中的電流,因此也增大了,從而使磁通增�,因磁通與�(zhuǎn)速成反比,所以轉(zhuǎn)速下降。電流的增大使各部分的電阻壓降增�,從而使電動勢下�,又造成了轉(zhuǎn)速的下降。所以同直流電機的機械特性相�,單相串勵電機的機械特性更�,這造成了其速度控制的難��
單相串勵電機的調(diào)�,大多數(shù)采用�(diào)節(jié)電壓的方�,就是改變電動勢。根�(jù)其機械特�,影響電機轉(zhuǎn)速的有電動勢,磁通和電樞�(dǎo)體數(shù)。對于已�(jīng)制成的電�,導(dǎo)體數(shù)已定,不能改�,所以不能采用這個方�,如果采用改變磁通的方法,就是要在激磁線圈處并聯(lián)可調(diào)電阻,但此電阻消耗功率多,而且體積大,因此不是簡單�(jīng)濟的方法。采用調(diào)節(jié)電壓方法,采用可控硅�(diào)速技�(shù),具有線路簡�,元件體積小等特點,是一種簡單有效的方法�
單相串勵電機的電壓調(diào)速方法采用的可控移相�(diào)�,利用可控硅的觸�(fā)電壓滯后于輸入電壓實�(xiàn)對輸入電壓的移相觸發(fā)。在實現(xiàn)方法上有硬件和軟件方式。在硬件�(shè)計上要得到可靠的電機速度控制,采用的專用集成電路作為控制線路,在電機�(zhuǎn)軸上裝置速度傳感器,以反饋轉(zhuǎn)速信�,從而使電機�(diào)定的�(zhuǎn)速保持穩(wěn)�,而不隨負(fù)載而變�,但這些高性能的調(diào)速裝�,由于線路復(fù)�,成本高和體積大等原因,在實際的家電的速度控制�,沒有競爭力。而采用軟件方�,硬件上只需增加微處理,將控制算法程�?qū)懭胛⑻幚�?,利用微處理器來觸發(fā)可控硅的延時�(dǎo)通從而實�(xiàn)對串勵電機的速度控制。這種方法的電路比較簡單,�(yīng)用單片機就可以完�,節(jié)省了成本。所以在實際的應(yīng)用中,多采用這種方法�
根據(jù)可控移相整流的方�,有全波整流和半波整流兩種,同樣的串勵電機的�(diào)速方法也有全波和半波之分。采用半波整流的方式,在交流電源正弦信號的正半周期內(nèi),由可控硅的特性中,當(dāng)延遲時間給其一適當(dāng)正脈沖信�,可控硅�(dǎo)�,串勵電機從而獲得電源激勵而工�。不同的延遲時間對應(yīng)的不同的電壓激�,電機就會輸出不同的速度,從而實�(xiàn)速度控制。全波方式的原理和半波是一樣的,采用雙向可控硅,在交流正弦信號的負(fù)半周期內(nèi),通過給出可控硅的控制脈沖,實�(xiàn)對系�(tǒng)輸入電源電壓的控制。這樣的話,在一個電源周期內(nèi),對電機的速度信號進行兩次�(diào)節(jié),能夠提高系�(tǒng)的反�(yīng)速度,及時對電機速度的調(diào)節(jié)使電機的運行更加平穩(wěn),調(diào)速范圍更廣�
串勵電機因轉(zhuǎn)速可�(diào)范圍�,啟動力矩大的特點被廣泛的應(yīng)用于電動工具,廚房用�,地板護理產(chǎn)品領(lǐng)��