單相電容運轉異步電機工作原理及故障

1、關于單相電容運轉異步電機工作原理及故障現(xiàn)在學習的是第一頁，共27頁一、單相異步電機的定義及標識說明 1、單相異步電機是指由單相電源供電的電動機，但它并不 表示電機的定子上只有一相繞組，它是由空間上相差90相位角的兩套繞組構成，二者共同產(chǎn)生旋轉磁場，在轉子上產(chǎn)生轉矩而旋轉的電動機。 2、YD（S）Kaa-bc所代表的意義 Y異步；D（S）單（雙）軸；K空調用；aa代表功率名義值；b代表極數(shù)；c為設計序號或其它意義 以YDK24-6 T為例說明如下 設計序列號為T、功率名義值為24W 、極數(shù)為6極的單軸伸空調用異步電動機。現(xiàn)在學習的是第二頁，共27頁二、單相異步電機的基本結構1、固定部分定子；由定

2、子鐵芯、定子繞組和機座（殼）組成。定子鐵芯是電機磁路的一部分，一般由0.5mm硅鋼片疊壓而成，片與片之間相互絕緣，以減少渦流損耗。定子繞組一般由高強度聚酯漆包線繞制而成。機座（或機殼）一般由A3鋼板沖制而成，大電機（單相）則是鋼板卷筒后在與鑄鋁端蓋配合而成，三相電機一般均為鑄鐵機座。2、轉動部分轉子：由轉子鐵芯、轉子繞組（純 鋁）、轉軸（45碳結鋼）組成?，F(xiàn)在學習的是第三頁，共27頁三、單相電容運轉異步電動機工作原理 單相電容運轉異步電機與三相電機的區(qū)別： 三相電機的繞組在空間按120電角度分部，單相異步電機則按則按90電角度分部，見右圖3600180i90270360120i2400現(xiàn)在學習

3、的是第四頁，共27頁在單相電機中，由于單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場，電機沒有起動轉矩，不能起動，如右圖表示：i=Icost1800i90270360現(xiàn)在學習的是第五頁，共27頁 要使單相電機具有起動轉矩并旋轉，就必須使其分相，一般的，單相電機分相有以下幾種型式： 1、電阻分相 2、電容分相 3、罩極分相 空調風機用單相異步電機幾乎均采用第二種方式，即要使單相電機既能運轉又能獨立啟動，就必須在電機定子鐵芯中嵌放軸線在空間相隔90電角度的兩相繞組，其中一相繞組稱為主繞組（用M表示）。另一相稱為副繞組或起動繞組（用A表示）。副繞組串接一移相元件電容器，形成事實上的兩相電源。原理如7頁圖示： 在單相電機中

4、，若定子上的主、副兩相繞組完全對稱，兩相繞組接到兩相對稱電源上，則與4頁三相電機圖示一樣也產(chǎn)生在空間旋轉的圓形旋轉磁勢和磁場。現(xiàn)在學習的是第六頁，共27頁現(xiàn)在學習的是第七頁，共27頁 可見對稱兩相繞組通入對稱兩相電流產(chǎn)生的旋轉磁勢與三相電機產(chǎn)生旋轉磁勢一樣。其旋轉速度與電源頻率和電機極數(shù)有關：即n260f/p， 其中“f”電源頻率（Hz） “p”電機極對數(shù) “n”磁場旋轉轉速，即電機同步轉速（r/min） 當電機中磁場以n速度旋轉時，處于旋轉磁場中的轉子導條就會切割磁力線而產(chǎn)生感應電勢和感應電流，感應電流在磁場的作用下產(chǎn)生電磁力和電磁力矩，行成一定的轉速n。一般情況下電機轉速n不等于旋轉磁場轉

5、速n。因為n= n時，轉子導條相對旋轉磁場是靜止的，導條中就不會產(chǎn)生感應電勢和感應電流，電機就不會產(chǎn)生電磁力矩，電機轉速就會自然下降。因轉子速度始終低于旋轉磁場速度，故稱此種電機為“單相異步電動機”?，F(xiàn)在學習的是第八頁，共27頁四、電容運轉單相異步電動機 前面講到，單相繞組產(chǎn)生的是一個脈振磁勢，因此單相電機的啟動轉矩為零，即電機不能自行啟動，要使單相電機能夠自行啟動，就必須如同三相異步電機一樣，在電機內部產(chǎn)生一個旋轉磁場。產(chǎn)生旋轉磁場最簡單的方法是在兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。因此在單相異步電機中必須有兩套繞組，一套為工作繞組，另一套為副繞組或啟動繞組，工作繞組或主繞組M與副繞組A的軸線

6、在空間相隔90電角度，副繞組串聯(lián)一個適當?shù)碾娙軨（電容選配不當會使電機系統(tǒng)變差，如片面增大或減小電容量,負序磁場可能加強，使輸出功率減小性能變壞，磁場可能會由圓形或近似圓形變?yōu)闄E圓形）再與工作繞組并接于電源。由于副繞組串聯(lián)了電容，所以副繞組中的電流在相位上超前于主繞組電流，這樣由單相電流分解成具有時間相位差的兩相電流M 和A(也就是事實上的兩相電流)，因而電機的兩相繞組就能產(chǎn)生圓形或橢圓形的旋轉磁場。現(xiàn)在學習的是第九頁，共27頁由于大多數(shù)情況下兩相繞組總是不對稱的，諧波分量較多，因此單相異步電機的性能總要比三相異步電機差得多。諧波對電機的影響主要有以下三個方面： 1、使電機的附加損耗增加； 2

7、、引起電機振動并產(chǎn)生噪音； 3、產(chǎn)生附加轉矩，使電機的啟動發(fā)生困難（某些位置較大、某些位置又較小、某些位置干脆就不能啟動，削弱辦法之一，就是采用斜槽轉子。這就是我們看到的轉子槽是斜的原因之一） 現(xiàn)在學習的是第十頁，共27頁六、電機的調速方法及原理 作為單相異步電動機其調速方法有三種： （1）變極調速； （2）降壓調速； （3）抽頭調速。 變極調速（簡介） 在單相電機中，有倍極調速和非倍極調速之分。倍極調速電機一般定子上只有一套繞組，用改變繞組端部聯(lián)接方法獲得不同的極對數(shù)以達到調整旋轉磁場的轉速。在極數(shù)比較大的變極調速中，定子槽中安放兩套不同極數(shù)的獨立繞組，實際上相當于兩臺不同極數(shù)的單速電機的組

8、合，其原理和性能與一般單相異步電機一樣?，F(xiàn)在學習的是第十一頁，共27頁u降壓調速 降壓調速方法很多，如串聯(lián)電抗器（吊扇）、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串連可控硅調壓調速。空調中最常用的調壓調速是可控硅（塑封）調壓調速。 可控硅調速是改變可控硅導通角的方法，改變電動機端電壓的波形，從而改變了電動機的端電壓的有效值。可控硅導通角1=180時，電機端電壓為額定值，1180時電壓波形如下圖實線部分，電機端電壓有效值小于額定值，1越小，電壓越低，如下圖：現(xiàn)在學習的是第十二頁，共27頁 塑封PG電機就是可控硅降壓調速。對于塑封PG電機，其繞組工作原理與抽頭電機一致，但不同之處在于塑封PG電機的輸入電壓不是直接接

9、到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機上的，其電控的輸出電壓是可調節(jié)的。其電氣原理圖見圖3，調速是利用電機輸出轉矩與電機輸入電壓成近似一次關系，通過改變電機輸入電壓來改變電機的輸出轉矩，起到調節(jié)電機轉速的作用，其原理如下圖示： 現(xiàn)在學習的是第十三頁，共27頁現(xiàn)在學習的是第十四頁，共27頁 該結構是在電機的軸上裝有一個磁環(huán)，它一般有6極磁環(huán)及2極磁環(huán)2種。當電機轉子旋轉一圈時，磁環(huán)也旋轉一圈，磁環(huán)與PG板中的霍爾元件相感應，6極磁環(huán)會在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個脈沖，2極磁環(huán)會輸出1個脈沖，這樣根據(jù)輸出脈沖的數(shù)量就可以知道電機的轉速。在電控中設定有預定的轉速值，將它與從PG塊

10、中采樣取得的轉速值相比較，當轉速偏低時，則提高電控的輸出電壓（可控硅導通角變大），當轉速偏高時，則降低電控的輸出電壓（可控硅導通角變小），這樣通過PG信號的反饋調節(jié)電控輸出電壓就實現(xiàn)了對電機的平滑調速。由于電控的輸出電壓不會高于其輸入電壓，因此在電機設計時要保證電機達到高風檔的轉速時其電控的電壓不高于工作的額定電壓。如我國額定電壓為220VAC，則設計時的電控電壓一般設計為180VAC200VAC左右。此參數(shù)值設定太低則造成電機材料浪費，且電控若損壞擊穿后電機直通市網(wǎng)電壓，其電機溫升會較高；若此參數(shù)值設定過高則會造成市網(wǎng)電壓降低時，有可能達不到設定的額定轉速，影響空調的能力 現(xiàn)在學習的是第十五

11、頁，共27頁u 抽頭調速（重點） 電容運轉電動機在調速范圍不大時，普遍采用定子繞組抽頭調速。此時定子槽中放置有主繞組、副繞組及調速繞組，通過改變調速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調整氣隙磁場大小及橢圓度來實現(xiàn)調速的目的。 一般電容運轉單相電機，主繞組與副繞組嵌在不同的槽中，繞組與鐵芯間由聚酯纖維無紡布（DMDM或DMD）隔開，其在空間一般相差90度電角度，且副繞組通過串聯(lián)一個工作電容器后與主繞組并接于電源。當電機通電后，主繞組與副繞組在氣隙中共同形成一個有方向有幅值強度的旋轉磁場。其方向與主、副繞組所處的空間位置等有關，它決定了電機的轉向；其幅值強度則與主副繞組的參數(shù)設計有關，它決定了電機輸出力

12、矩的大小。該旋轉磁場與轉子鼠籠轉子相互作用，使電動機按一定的方向旋轉。若調換主副繞組的空間位置，則旋轉磁場的旋轉方向會相反，該反方向的旋轉磁場與轉子相互作用，使電動機的轉向也會相反?，F(xiàn)在學習的是第十六頁，共27頁 抽頭調速可分為T型抽頭調速和L型抽頭調速。L型抽頭調速又可分為主繞組抽頭L-1型和副繞組抽頭L-2型。目前最常用的是T型抽頭調速和副繞組抽頭L-2型調速。原理線路圖見下 T型抽頭調速優(yōu)點：中、低檔運行繞組溫升低；缺點：電機高檔效率低，主繞組易形成匝間短路（見企業(yè)技術標準13設計案例的DC03.043-001“YDK29-8E電機匝間短路案例分析”）。 L型抽頭調速優(yōu)點：電機高檔效力高

13、，繞組不易形成匝間短路；缺點：中、低檔運行繞組溫升高?，F(xiàn)在學習的是第十七頁，共27頁七、電動機主要參數(shù)介紹 不論哪種調速，都各有優(yōu)缺點，選用哪種除要考慮設計時要達到哪個結果，還要考慮電機的經(jīng)濟性，一般L型較經(jīng)濟）。A) 空載輸入電流：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動機的電流稱為空載電流。單位：A或mA。B)空載輸入功率：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，輸入電動機的功率。這部分功率消耗主要表現(xiàn)在磁場儲能，定、轉子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風、軸承磨擦產(chǎn)生機械損耗。單位：

14、W（瓦）現(xiàn)在學習的是第十八頁，共27頁C)負載輸入電流：是指電動機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負載運行在額定轉速下，所輸入電機的電流。單位：A或mA。D)額定負載輸出功率：是指電動機在額定電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負載運行在額定轉速下，軸伸所輸出的有功功率。單位：W（瓦）E)溫升：指電動機在額定測試條件下運行，內部繞組與鐵芯部分的溫度相對于測試環(huán)境溫度的升高值。目前較常用的測試溫升方法為繞組電阻法。F)噪音：電機噪音可分為機械噪音和電磁噪音。機械噪音通常由電機裝配不良定、轉子摩擦及軸承聲等形成。電磁噪音通常由定、轉子氣隙不均勻或磁場過于飽和造成，定、轉子氣隙不均勻受

15、裝配零部件同軸度的影響較大，磁場過于飽受所設計功率較大電機的材料限制造成。噪音用分貝dB表示?，F(xiàn)在學習的是第十九頁，共27頁八、空調電動機常見的技術問題及解決方法 A）整機噪音及振動：電機噪音值在某一頻段存在峰值，此噪音峰值頻段與整機固有頻率相接近或重合，形成共鳴、共振和整機噪音。整機預防及解決措施：在電機確認階段將電機噪音峰值頻段與整機固有頻率錯開（這就是一般情況下一次送樣不能成功的原因之一，也是我們一般遵循的，只要是系統(tǒng)中的對電機有影響的零部件如支架和風輪風葉等的改變，就必須裝整機做噪音等測試）電機，空調鈑金件上加阻尼膠，調整風葉形狀、增加電機支架剛性（如04年今年3月份汕頭出現(xiàn)較多71S

16、振動和噪音嚴重的問題，后將電機支架加強后上述現(xiàn)象全部消失）、電機安裝腳上加膠墊，調整空調板金件的形狀、厚度，調整電機極數(shù)、定轉子的槽配合、定轉子直徑、定轉子氣隙、轉子斜槽度、鐵芯長度、軸承距離等。現(xiàn)在學習的是第二十頁，共27頁B)轉速不一致：風葉的變化（不同廠家不同模號）、蒸發(fā)器片距變化、風道的變化、測試環(huán)境的變化（溫度、濕度）、電機工藝波動的原因（鋁環(huán)、定子端部高度控制、繞線模具變化、氣隙變化、硅鋼片材料變化等）。C)電磁聲：定子橢圓、同軸度大、軸承距過大、端蓋強度不夠、磁路設計不對稱。D)軸承聲：裝配過程軸承損壞、軸承油脂聲、軸承與軸承室配合松動。E)摩擦聲：定轉子相擦、錯片、異物、漆瘤及

17、風輪風葉變形和轉軸彎曲等。F)轉速低：轉子導條和端環(huán)截面過小、定轉子氣隙偏大；G)溫升高：鐵芯長度偏低、漆包線截面偏小（即鐵、銅耗過大）、散熱不良；現(xiàn)在學習的是第二十一頁，共27頁H)電機冒煙： （1）子繞組匝間短路； （2）焊接線不良致使接觸電阻過大，電機發(fā)熱； (3)電容器擊穿，致使電路的容性成分消失，電機單相運行（事實上電機無法運行，處于堵轉狀態(tài)）；I）電機帶電：電機內部或引出線絕緣不良；J）電機轉速下降電機部分繞組匝間短路；電容器容量衰減；轉子斷條：K）電機失速（保護）或不轉霍爾元件失效；可控硅擊穿。即使霍爾元件正常，信號有反饋，但因可控硅已經(jīng)擊穿，電壓已不可調；轉子被異物卡滯或電機無

18、電和燒毀；現(xiàn)在學習的是第二十二頁，共27頁九、哪些參數(shù)變化可引起電機成本增加 在電機設計已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求可增加成本：1、負載不變情況下，要求提高轉速（即提高功率）；MP/V M：力矩 P：功率 V：轉速2、負載不變情況下，要求降低溫升；現(xiàn)在學習的是第二十三頁，共27頁十、影響溫升的因素 1氣隙（g=0.2-0.5,一般選0.25到0.35）變小 氣隙越小，諧波漏抗越大，導致最大轉矩和啟動轉矩降低；同時雜耗增大、效率降低、溫升增高； 2增多槽數(shù) 槽數(shù)多了，電機的漏抗減小，導致最大轉矩和啟動轉矩有所增加，效率和功率因數(shù)有所增加，因為繞組分散，繞組接觸鐵芯的散熱面積增加，溫升會降低； 3. 定轉子槽配合 如果槽配合選擇不當，可引起較大的附加轉矩（使啟動性能變壞，甚至啟動不起來）、附加損耗增大，導致溫升增高； 4增加鐵芯長度以降低磁密（磁密很飽和時）、增大漆包線直徑以降低電密、使用鐵損小的硅鋼等從而降低溫升。現(xiàn)在學習的是第二十四頁，共27頁十一、電機使用時的注意事項