三相交流换向器电动机形态特征

其调速范围较宽，最高转速与最低转速之比通常有3:1、6:1、10:1几种。它还有调节功率因数的功能，使最高额定转速时的满载功率因数，在无补偿时也可达0.98左右。与一般笼式三相异步电动机相比，三相交流换向器电动机的起动电流较小，起动转矩较大，但满载效率稍低;与电磁调速异步电动机相比,它不仅能在空载情况下调速,而且调速范围较大，其性能指标与晶闸管电动机相仿。所以，三相交流换向器电动机适用于纺织、造纸、制糖、橡胶等领域中要求在宽范围内均匀调速时的电力拖动。三相交流换向器电动机有三相并联换向器电动机和三相串联换向器电动机两种。

三相并联换向器电动机 其原理性结构见图2。在带换向器的转子中装有两套绕组。一个是由滑环与电刷引出的三相交流绕组3,它由三相交流电网馈电,作为原边;另一个是由换向器上的电刷引出的换向器绕组2,它通过电刷a1-a2、b1-b2、c1-c2与定子绕组a、b、c分别串联成闭合回路，构成电机的副边。电刷a1-a2、b1-b2和c1-c2的张开角2β是可调的。三对电刷还可以同时沿圆周移动至所需的任意位置。

三相交流换向器电动机

带滑环的转子绕组通以三相交流电产生电机气隙磁场，它相对转子以同步转速пs转动。若转子本身以转速п反向转动， 则磁场相对于定子和换向器绕组各支路的转速均为转差转速(пs-п)，从而定子绕组和换向器绕组中感生的电动势也为转差频率。它随转差率(见异步电机)变化而变化。然而，磁场对转子具有固定的相对速度(同步转速пs)，所以换向器绕组电动势的大小与转差率无关。三相并联换向器电机实际相当于在副边绕组中(即定子a、b、c绕组)串入了转差频率的外电动势(即换向器绕组的电动势)的异步电机。其差别仅在于前者原边放在转子上，而副边放在定子上。

电动机的调速是依靠电刷张开角2β的调节来实现的。功率因数的调节依靠同时移动三对电刷对三个定子绕组的相对位置的改变来实现。如果将电刷张开角2β调节到零,副边外加电动势就等于零，此时,便与一般三相异步电动机完全相同。当2β张大为非零的某一角度时，则在副边加入了附加电动势。附加电动势的加入，改变了副边回路的总电动势和电流。如要保持电磁转矩为原值不变,就必须改变电机的转差率，以改变定子电动势,使副边电流基本上恢复原值。这就意味转速发生了改变。如果通过电刷位置的调节，使附加电动势与定子电动势同相位，则转速升高。如果将电刷调整成使换向器电动势与定子电动势反相位，则转速下降。

这种电机的调速性能很好，不但可以向下调，还可向上调，使其超过同步转速。调速范围一般可达10:1。

如将电刷在圆周方向上移动，使换向器电动势与定子电动势具有各种不同的相位差，则可调节其运行的功率因数。这是由于换向器电动势的串入，改变了电动势和电流的相位，反映到原边时则表现为功率因数的改变。调节时应该注意电刷的移动方向，在高于同步转速和低于同步转速运行时，同样为了提高功率因数，电刷的偏移方向是相反的。

三相串联换向器电动机 定子绕组A、B、C通过电刷a、b、c与换向器绕组相串联。 图中将换向器绕组等效为Y接法的绕组。电刷a、b、c 可以同时移动位置，以改变夹角α。三相串联换向器电动机与三相并联换向器电动机的差别是:定子绕组与换向器绕组采用了串联接法;转子上只有一套换向器绕组而没有带滑环的交流绕组;交流电源加在定子绕组A、B、C3端点上而不在转子上。

电机通电后，定、转子绕组均产生旋转磁通势。若定、转子绕组轴线间夹角为α,则定子磁通势F1与转子磁通势F2在空间也相差α角。

图4为两互相垂直磁场产生转矩的原理。其中任一个磁通势对另一个磁通势的垂直分量才是有效的。再考虑到定、转子磁通势F1与F2均与电流I成正比，故电磁转矩为 式中C┡和C为常数。从公式可以看出这一转矩与电流平方成比例，还可以通过角α 的调节来改变转矩的大小、方向及电动机的机械特性，以达到调速目的。

三相串联换向器电动机拖动恒转矩负载时，调速范围约为1:2.5,即可在低于同步转速的50%到120~130%的范围运行。若拖动转矩与转速平方成正比的负载，则调速范围可达1:4,甚至更宽。故这种电动机适用于吊车、离心式水泵及空气压缩机等的拖动

换向器绕组交流电动势的产生 对称三相换向器电机的气隙磁场是圆形旋转磁场。若旋转的平均磁通密度峫以转速пs旋转，而换向器绕组以转速п旋转,则换向器绕组的导体将以相对转速(пs-п)切割磁场而产生电动势。其有效值与相对转速成比例。然而换向器绕组的导体虽然以速度п转动,但电刷静止不动，它所引接的一部分绕组在空间总是处在一定的位置，所以由电刷引接的支路可以看做是在空间固定不动的。根据磁场对支路每分钟切割的极对数即为其电动势的频率的原理，支路电动势的频率由磁场对静止电刷的转速пs决定。