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第三章单相串励电动机

学习目标

1畅理解单相串励电动机的基本结构和工作原理。

2畅了解单相串励电动机的主要特点和应用。

第一节单相串励电动机的结构和运转原理

单相串励电动机具有电刷和换向器，属于直流电动机中的一种，其励磁绕组和电枢绕组串联，因既可使用直流电源又可使用交流电源，又称为交直流两用电动机（或称通用电动机）。单相串励电动机具有起动转矩大、过载能力强、转速高、体积小、重量轻等优点，因而广泛用于各种电动工具和日用电器中，在一些小型机床、医疗器械中也有使用。

一、单相串励电动机的基本结构

单相串励式电动机的结构与电磁式直流电动机相似，也是由定子、电枢（转子）和结构件（机座、端盖）等组成，如图31所示。定子由凸极形状的硅钢片叠压而成，嵌有励磁绕组。励磁绕组与电枢绕组的串联方式有两种：一种是电枢绕组串接在两个励磁绕组中间，如图32（a）所示；另一种是两个励磁绕组串联后再与电枢绕组串联，如图32（b）所示。两种方式原理相同，即两个励磁绕组所形成的磁极极性必须相反。在实际应用中，以第一种方式使用较多。

图31单相串励电动机结构示意图

46第三章单相串励电动机

二、单相串励电动机的运转原理

通过在第二章讨论直流电动机的反转原理中知道，只要励磁绕组和电枢绕组其中之一改变电流方向，就能使电动机反转；但如果两个绕组的电流同时反向，则电动机的转向不变。单相串励电动机的工作原理就是建立在直流串励电动机工作原理基础上的，当用直流电源供电时，电动机的工作情况与直流串励电动机相同；当用交流电源供电时，虽然电枢电流和励磁电流交变，所产生的磁通也交变，但只要磁通Φ和电枢电流Ia同相，则所产生的电磁转矩总是正值，如图33所示，即电磁转矩的方向是恒定不变的。由图33可见，单相串励电动机在交流电源上所产生

的电磁转矩平均值Tcp等于最大转矩Tm的1/2。

图32单相串励电动机接线图

图33单相串励电动机的磁通、

转子电流和电磁转矩曲线

第二节单相串励电动机的运行特性

一、单相串励电动机的机械特性

无论是使用直流电或是交流电，单相串励电动机的机械特性都与直流串励电动机的机械特

性相似，如图34所示。在第二章中已介绍过，这种机械特性称为

“软”特性。因此单相串励电动机不适用于转速要求稳定的场合，但在

电动工具和诸如吸尘器等日用电器中，这种特性却可以起到自动调整

转速的作用。当负载加重时，转速自动降低；当负载变轻时，转速自动

升高。

二、单相串励电动机的其他主要特性

1畅起动性能好

单相串励电动机具有较好的起动性能，起动转矩大，起动电流也

图34单相串励电动机的机械特性曲线

很大。起动后随着转速的上升电流随之减小，因此适合在起动困难的场合使用。

2畅转速高、调速方便

单相串励电动机在交流工频供电时转速可高达4000~40000r／min，而且电动机的转速越高，体积越小，重量也就越轻，因而特别适合于用在需要高速的设备中，如电动工具的电动机最高

第三节单相串励电动机的反转和调速47

转速为15000r／min左右，医疗器械的电动机最高转速可达20000r／min左右，而家用吸尘器则要求电动机最高转速达30000r／min。单相串励电动机不仅转速高，而且调速性能好，调速方法简便（见下一节）。

3畅不允许空载起动和运行

由于单相串励电动机空载时转速很高，容易造成电动机的损坏，所以一般不允许电动机空载起动和运行。电动工具使用的串励电动机，因一般带有减速器，所以空载转速不会很高，在设计时一般限制空载转速为额定转速的1畅7倍左右。而对于在一般日用电器中使用的串励电动机，因其功率较小、自身阻转矩较大，所以空载转速也不会很高。

4畅换向性能差

单相串励电动机的突出缺点是换向性能差，换向火花大，产生的无线电干扰强，这在很大程度上影响了电动机的性能和使用寿命。此外，这种电动机运行时产生的振动和噪声也比一般直流电动机大得多，其来源为：一是由于转速高产生的机械振动和噪声；二是风叶产生的噪声；三是在作交流电机使用时，由于磁场周期性地变化，使电机部件在交变磁场的作用下产生的振动和噪声。因此，单相串励电动机在选材和制造工艺上都必须