單相異步電動(dòng)機(jī)(上課用PPT)

1、 單相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與三相籠型異步電動(dòng)機(jī)相似單相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與三相籠型異步電動(dòng)機(jī)相似,它的它的轉(zhuǎn)子也是鼠籠型轉(zhuǎn)子也是鼠籠型,主要區(qū)別在于定子繞組主要區(qū)別在于定子繞組。 單相異步電動(dòng)機(jī)的定子上放置有空間位置相差90電角度的兩相繞組,一相為主繞組（工作繞組）主繞組（工作繞組）,另一相為輔助繞組輔助繞組（啟動(dòng)繞組）（啟動(dòng)繞組）。 單相異步電動(dòng)機(jī)采用單相電源供電, 功率比較小,從幾瓦到幾百瓦,它廣泛應(yīng)用于家用電器（如電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)、洗衣機(jī)、吸塵器等）、醫(yī)療器械和小型機(jī)械中。6. 1. 1 單相單相單繞組單繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作原理異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 假設(shè)定子只放置有主繞組（工作繞組）,當(dāng)工

2、作繞組通入單相交流電流時(shí), 產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是一個(gè)脈振磁動(dòng)勢(shì) F 。如下圖所示。單相定子繞組通入單相交流電單相定子繞組通入單相交流電 產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng) 脈振磁動(dòng)勢(shì)脈振磁動(dòng)勢(shì) F 可以分解為兩個(gè)可以分解為兩個(gè)幅值相等（等于脈振磁動(dòng)勢(shì)幅值的一半），同步轉(zhuǎn)速相同,旋轉(zhuǎn)方向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)動(dòng)勢(shì), 即 F = F+ + F_ , 如圖6 - 1所示。其中 F+ 的轉(zhuǎn)向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同, 稱為正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；F_ 的轉(zhuǎn)向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反, 稱為反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子在脈振磁動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩,就等于正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F+ 和反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F_ 分別作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)

3、矩 T+ 和 T_ 的疊加。 在單相異步電動(dòng)機(jī)中, 正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) F+ 作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為 T+ , 機(jī)械特性為 n =f ( T+ ) ，反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為 T _ , 機(jī)械特性為 n = f ( T_ ) , 兩條機(jī)械特性曲線是對(duì)稱的, 合成電磁轉(zhuǎn)矩為 T = T+ + T_ ,合成機(jī)械特性為 n = f ( T ) , 如圖 6 2 所示。圖 6 - 2 單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 由圖 6 2可知, 合成機(jī)械特性為一條過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的曲線, 由該曲線可以看出單相異步電動(dòng)機(jī)具有下列特點(diǎn)： （1） 當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0（啟動(dòng)）時(shí), 電磁轉(zhuǎn)矩 T = 0 。這表明只

4、有主繞組通電時(shí), 電動(dòng)機(jī)無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 不能自行啟動(dòng)。圖 6 - 2 單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 （2）當(dāng)轉(zhuǎn)速 n 0時(shí), 電磁轉(zhuǎn)矩 T 0；當(dāng) n0時(shí), T0。這表明如果由于其他原因(如外力作用)使電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn), 且電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩, 電動(dòng)機(jī)就能在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行。 綜上所述,單相異步電動(dòng)機(jī)定子上若只有單相異步電動(dòng)機(jī)定子上若只有主繞組（工作繞組）主繞組（工作繞組）, 電動(dòng)機(jī)則無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)則無(wú)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 , 不能自行啟動(dòng)不能自行啟動(dòng) , 但是可以運(yùn)行但是可以運(yùn)行, 因此需要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題。 以上分析表明, 單相異步電動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題是如何啟動(dòng),

5、解決啟動(dòng)的條件是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生橢圓形或圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)解決啟動(dòng)的條件是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生橢圓形或圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。 可以證明：當(dāng)兩相繞組通入相位不同的兩相交流電流時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；而兩相對(duì)稱繞組通入兩相對(duì)稱交流電流時(shí),將產(chǎn)生一個(gè)圓形的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 因此單相異步電動(dòng)機(jī)必須有一個(gè)輔助繞組(啟動(dòng)繞組)。6. 1. 2 單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類(lèi)型和啟動(dòng)方法單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類(lèi)型和啟動(dòng)方法 根據(jù)啟動(dòng)方法的不同,單相異步電動(dòng)機(jī)分為電阻啟動(dòng)分相式、電容啟動(dòng)分相式、電容運(yùn)轉(zhuǎn)分相式和罩極式。1電阻啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)電阻啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 電阻啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖如

6、圖 6 - 3所示。圖中, 1為主繞組（工作繞組）； 2為輔助繞組（啟動(dòng)繞組）; 3為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。 啟動(dòng)繞組的電阻比工作繞組大啟動(dòng)繞組的電阻比工作繞組大, 啟動(dòng)繞組的電抗比工作繞組小啟動(dòng)繞組的電抗比工作繞組小。 當(dāng)這兩個(gè)繞組并聯(lián)接到電源上時(shí), 啟動(dòng)繞組的電流 超前于工作繞組的電流 一個(gè)角度, 如圖 6 - 3所示,vIuIuIuIvIvI 因此由它們產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì), 能使單相異步電動(dòng)機(jī)自行啟動(dòng)。 啟動(dòng)時(shí), 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是從電流超前相的繞組軸線轉(zhuǎn)向電流滯后相的繞組軸線。啟動(dòng)后, 待轉(zhuǎn)速達(dá)到 75%80 同步轉(zhuǎn)速時(shí), 將開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi), 這時(shí)單相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)上是兩

7、相啟動(dòng)單相運(yùn)轉(zhuǎn)。 改變轉(zhuǎn)向的方法改變轉(zhuǎn)向的方法, 是把工作繞組或啟動(dòng)繞組中的任何一個(gè)繞組接電源的兩出線端對(duì)調(diào)。 2電容啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)電容啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 電容啟動(dòng)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖如圖 6 - 4所示。這種電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上和電阻分相式相似 , 區(qū)別只是在啟動(dòng)繞組中串入一個(gè)電容器 , 啟動(dòng)繞組中的電流 超前于電源電壓 , 工作繞組中的電流 滯后于電源電壓 。vIUuIU 若電容大小選得恰當(dāng), 就可以使 和 的相位差接近 90電角度, 在電動(dòng)機(jī)中建立一個(gè)接近于圓形的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng), 所以這種電動(dòng)機(jī)可獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 啟動(dòng)性能和啟動(dòng)性能和運(yùn)行性能優(yōu)于電阻啟動(dòng)分相式電運(yùn)行性

8、能優(yōu)于電阻啟動(dòng)分相式電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī), 適合于啟動(dòng)力矩要求較高的設(shè)備。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后將啟動(dòng)繞組啟動(dòng)后將啟動(dòng)繞組斷開(kāi)斷開(kāi)。 vIvIvIuIuIuI3電容運(yùn)轉(zhuǎn)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)電容運(yùn)轉(zhuǎn)分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 電容運(yùn)轉(zhuǎn)分相式單相異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)和原理上與電容啟動(dòng)分相式電動(dòng)機(jī)完全一樣, 只是啟動(dòng)繞組和電容器都設(shè)計(jì)為長(zhǎng)期工作狀態(tài), 工作繞組與啟動(dòng)繞組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都起作用。電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是兩相異步電動(dòng)機(jī), 它的運(yùn)行特性較好運(yùn)行特性較好, 功率因數(shù)、效率功率因數(shù)、效率和過(guò)載能力都比電容啟動(dòng)和電阻啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)要和過(guò)載能力都比電容啟動(dòng)和電阻啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)要好好。 4 罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)罩極式單相異

9、步電動(dòng)機(jī) 單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的定子為硅鋼片疊成的凸極式，工作繞組套在凸極的極身上。每個(gè)極的極靴上開(kāi)有一個(gè)槽，槽內(nèi)放置有短路銅環(huán)，銅環(huán)罩住整個(gè)極面的三分之一左右 ，如圖所示。轉(zhuǎn)子均采用籠形結(jié)構(gòu)。短路環(huán)短路環(huán) 當(dāng)工作繞組接入單相交流電源后，磁極內(nèi)即產(chǎn)生一脈振磁場(chǎng)。脈振磁場(chǎng)的交變，使短路環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)內(nèi)將出現(xiàn)一個(gè)阻礙原來(lái)磁場(chǎng)變化的新磁場(chǎng)，從而使短路環(huán)內(nèi)的合成磁場(chǎng)環(huán)內(nèi)的合成磁場(chǎng)變化總是在相位上滯后滯后于環(huán)外脈振磁場(chǎng)環(huán)外脈振磁場(chǎng)的變化?？梢园循h(huán)內(nèi)、環(huán)外的磁場(chǎng)設(shè)想為兩相有相位差的電流所形成，這樣分相的結(jié)果，使氣隙中出現(xiàn)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, ,制造

10、方便。制造方便。缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)方向只能從未罩部分轉(zhuǎn)向缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)方向只能從未罩部分轉(zhuǎn)向被罩極部分，不能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。被罩極部分，不能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。6. 1. 3 單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 目前絕大部分臺(tái)風(fēng)扇和吊風(fēng)扇臺(tái)風(fēng)扇和吊風(fēng)扇均采用電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。為了達(dá)到控制其風(fēng)量和風(fēng)速的要求, 大多帶有調(diào)速裝置, 而且均采用改變定子電壓的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速,其調(diào)速原理可參見(jiàn)圖 6 - 6。 圖 6 - 6是臺(tái)風(fēng)扇的調(diào)速電路。利用電抗器的不同抽頭, 用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)或琴鍵開(kāi)關(guān)就可獲得快、中、慢三種不同的轉(zhuǎn)速。電抗器的抽頭越多, 獲得的轉(zhuǎn)速就越多。 電冰箱電冰箱電路主要由壓縮機(jī)電

11、動(dòng)機(jī)、啟動(dòng)器、溫控器、熱保護(hù)器等組成。壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)一般均采用電阻啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)電阻啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)（少量也有采用電容啟動(dòng)的）, 因此它的啟動(dòng)繞組只在啟動(dòng)時(shí)接通電源,啟動(dòng)后必須立即從電源上切除, 這通常由啟動(dòng)器來(lái)完成。圖 6 - 7是普通單門(mén)電冰箱電路。 當(dāng)溫控器觸點(diǎn)接通時(shí), 電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng),啟動(dòng)后啟動(dòng)器的線圈通電才能將銜鐵吸下, 啟動(dòng)器觸點(diǎn)斷開(kāi), 切斷啟動(dòng)繞組電路, 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后, 溫控器觸點(diǎn)斷開(kāi), 電動(dòng)機(jī)便停止運(yùn)轉(zhuǎn)。熱保護(hù)器作為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載保護(hù)。燈開(kāi)關(guān)由冰箱門(mén)進(jìn)行控制, 當(dāng)門(mén)打開(kāi)時(shí), 燈開(kāi)關(guān)閉合接通照明燈電路。 洗衣機(jī)洗衣機(jī)電路主要由電動(dòng)機(jī)和定時(shí)控制器兩大部分組成,

12、電動(dòng)機(jī)均為電電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)。對(duì)于需要正反轉(zhuǎn)的洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī), 工作繞組和啟動(dòng)繞組完全一樣, 只要改變電容器與兩繞組的串接順序, 電動(dòng)機(jī)就能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。圖6 - 9是單缸洗衣機(jī)控制電路。 K1、K2、K3 是發(fā)條式定時(shí)器的觸點(diǎn), 由它們來(lái)控制洗滌時(shí)間和正反轉(zhuǎn)。S1 是選擇弱強(qiáng)洗的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān), 借助于定時(shí)器 K2或K3 通斷時(shí)間長(zhǎng)短的不同, 可控制強(qiáng)洗或弱洗。有關(guān)強(qiáng)洗、中洗和弱洗的工作情況如下： 強(qiáng)洗強(qiáng)洗：波輪單向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，洗滌時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈的渦流沖刷衣物。波輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短由定時(shí)器控制，最長(zhǎng)不超過(guò)15分鐘。適用于洗滌較臟的工作服、床單及粗厚衣物。 中洗中洗：波輪以自動(dòng)間歇正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生中等渦流沖刷衣物進(jìn)行洗滌。正或反轉(zhuǎn)2530秒，間歇35秒。適用于洗滌棉麻織物、化纖混紡衣物。 弱洗弱洗：波輪以自動(dòng)間歇正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生柔和渦流沖刷衣物進(jìn)行洗滌。正或反轉(zhuǎn)35秒，間停57秒。適用于洗滌絲綢