斥力电动机 – 工作原理和特性
单相斥力电动机由一个带有单相励磁绕组的定子和一个带有闭合型电枢绕组、换向器和电刷的转子组成。换向器上的电刷短路。通过调整换向器上短路电刷的位置,可以产生电动机的启动转矩。
斥力电动机的工作原理
该图显示了一个带有两个短路电刷的两极斥力电动机的工作原理。
情况 1
当电刷轴平行于定子磁场且定子绕组由单相电源供电时,由于电磁感应的作用,转子导体中会感应出电动势。
根据楞次定律,感应电动势的方向使得由产生的转子电流产生的磁场将阻止主磁通量的增加。转子电流的方向如图所示。
在情况 I 的图中所示的电刷轴位置,电流将从电刷 2 流向电刷 1,然后进入电枢,并通过两条路径 1-3-2 和 1-4-2 回到电刷 2。
当电刷设置在此位置时,N 极下的一半转子导体电流向内,另一半电流向外。类似地,S 极下的一半转子导体电流向内,另一半电流向外。因此,一半转子导体受到一个方向的转矩,另一半受到另一个方向的转矩,并且这两个转矩的大小相等。因此,转子上的净转矩为零,转子保持静止。
如果电刷轴垂直于定子磁场轴,转子也将保持静止。这是因为即使在这种情况下,转子上的净转矩也为零。
情况 2
当电刷轴相对于定子磁场轴的角度不是 0° 或 90° 时,转子上会产生一个净转矩,并且转子开始加速。下图表示情况 II,其中电刷已从定子磁场轴顺时针旋转了一定角度。
转子导体中感应出电动势,电流通过转子绕组的两条路径从电刷 1 流向电刷 2。由于新的电刷位置,N 极下的大部分导体电流向外,而较少部分的导体电流向内。因此,当电刷处于此位置时,顺时针方向(即电刷移动的方向)产生一个净转矩,并且转子迅速达到正常速度。
转子的旋转方向取决于电刷移动的方向。如果电刷从定子磁场轴顺时针移动,则会产生顺时针方向的净转矩,因此转子顺时针加速。
如果电刷逆时针移动,则极面下转子导体中的电流反向,并且产生逆时针方向的净转矩。因此,斥力电动机可以根据电刷移动的方向在任一方向旋转。
斥力电动机产生的电枢转矩由下式给出:
$$\mathrm{τ_{𝑎}\:∝\:sin\:2𝜃}$$
其中,θ 是电刷轴与定子磁场轴之间的角度。
为了获得最大的电枢转矩,
2𝜃 = 90°; or 𝜃 = 45°
因此,通过将 θ 调节到 45°,可以在启动时获得最大的转矩。
斥力电动机的特性
斥力电动机的特性如下:
斥力电动机具有较高的启动转矩和较高的空载速度。
斥力电动机具有相对较低的启动电流和较高的启动转矩。
对于任何给定的负载,电动机的速度取决于电刷的位置。