变速异步电动机YHT系列的三相换向器

三相换向器变速异步电动机（简称换向器电动机），是一种恒转矩交流无级变速电动机。它具有调速范围广、功率因数高等优点。和一般三相笼型异步电动机相比，有较小的起动电流和较大的起动转矩，但满载效率偏低，与电磁调速异步电动机相比，它不仅能在空载情况下进行调速，而且调速范围更大。其调速性能指标与并励直流电动机相仿，它的主要缺点是结构较复杂，维修较麻烦。

1.结构特点

换向器电动机相当于一台反装式绕线转子异步电动机（即三相交流电源接入转子绕组），和一台换向器变频机的混合体。图2-40所示为其结构图。

转子是它的一次侧，转子槽内嵌放两个绕组：图2-40a左侧是三相初级绕组，采用双层短距线圈，嵌放在槽内底部，它可接成三角形或星形联结，通过三只集电环和三相电源相连；右侧是一个和换向器相连的调节绕组，嵌放在转子槽内的顶部；上侧是定子绕组，为电动机的二次侧。定子绕组是多相双层或单层绕组，其相数m₂由电动机的功率和换向情况决定。一般选用3、4、5、6或7相数种。每相定子绕组的始末两端和换向器上的两组电刷引出线相连接。换向器上安放两套可以向相反方向移动的电刷转盘。转动手轮带动电刷转盘，可以改变调节绕组同相间的夹角，定子每相所连接的两个电刷也可以同时沿转换器移动位置。

2.工作原理

（1）调节绕组的电动势和频率

图2-40 三相换向器电动机等效结构图

a）换向器电动机原理结构图 b）变频换向器等效结构图

转子的初级绕组通入三相交流电流后，便产生旋转磁场，每极主磁通为Φ。假定磁场相当于转子以转速n₁逆时针方向旋转，图2-41a所示。此时，定子一相绕组U₁U₂所连接的电刷A和X间夹角α=0°，即电刷A和X重合，将定子绕组短接，则旋转磁场力图拖动定子朝同一方向转动，但是定子是固定不动的，因而转子沿顺时针方向（和旋转磁场旋转方向相反）转动。旋转磁场对转子的转速与转子转速无关，但是它对空间的转速却与转子转速有关，即n₂=n₁-n。这样，定子绕组电动势E_2p的频率为f₂=sf₁。

当定子绕组所连接的电刷A和X从定子绕组U₁U₂的空间轴线上向两边各拉开α角时，如图2-41b所示，因移刷后两个电刷在空间的位置是不动的。当转子转动时，旋转磁场在刷间的调节绕组中感应电动势。在任何转速下，总是和定子绕组电势同频率同相位，而且两者的频率随转子的变化而变化。调节绕组在电刷间的电动势，其大小决定于两电刷展开的角度2α，与转速n无关。

（2）速度调节

图2-41b中所示的闭合回路中，和方向相反。图2-41c所示为将每相的两个电刷交叉方向展开同一角度2α，此时和方向相同。以上两种情况下，定子每相绕组回路的合成电动势为E_k+E_2p，产生的电流为(www.xing528.com)

式中，Z为定子绕组和电刷间调节绕组的总阻抗的模。由于转差率很小，阻抗压降I₂Z较小，忽略不计，于是：

E_2p=sE₂=∓E_k得即

图2-41 移动电刷位置调节转速和功率因数

上式表明，电动机的转速n可用定子绕组中接入附加电动势E_k来调节。当电刷间的调节绕组中点与定子绕组组轴线重合时，和同相位。若2α>0，在电路中与反向，在式中取“-”号，电动机的转速降低，并且n<n1；如果2α<0，电刷交叉展开，在电路中与同向，在式中取“+”号，电动机的转速升高，且n<n1。移动电刷位置，改变2α的大小，可以调节的大小。α越大，的值越大，转速变化也越大。若调至E_k=E₂，则电动机的调速范围为0～2n₁。最高转速可达同步转速的2倍，最低转速为0。若α=0，E_k=0，这时它和普通反装式异步电动机一样，以低于同步转速的速度运行。

（3）功率因数的调节

从理论分析结果可知道，在电动机低速运行时，若将每相定子绕组所连接的两电刷同时逆转子转向移动β，如图2-41d所示。则对电动机起着增磁作用。这使电动机从电网吸收的感性无功电流减小，从而提高了电动机的功率因数，如果顺转子的转向同移动电刷一样，则电动机功率因数反而下降。所以，实际使用时，对不任意改变转向的换向电动机，在低速运行情况下，均逆转向转动电刷来改善电动机的功率因数。

3.使用和维护要点

换向器电动机应在最低额定转速的调节位置情况下直接起动。备有离心式鼓风机的电动机，鼓风机应按指定的方向和电动机同时运转。

停机时，切断电源以后，应将电刷转盘缓慢地恢复到最低转速位置。对于最大功率在55kW以上，具有功率因数补偿的换向器电动机，拖动惯量较大的机械负载（如鼓风机）时，应在电动机惯性转速小于同步转速后，才能移动电刷盘。否则会引起电动机的自励发电，造成绕组匝间绝缘击穿。

换向器电动机具有恒转矩特性。它的功率随转速成正比变化。铭牌上标的初级电流，往往只有相当于最大和最小额定功率的两个额定值。它们的范围较大，不能衡量电动机在其他转速下的负载情况。在整个调速范围内，其次级的满载电流保持不变。所以，要测量次级电流的大小，才能判断电动机是否过载。