單相異步電動機(上課用PPT)

1、 單相異步電動機的構(gòu)造與三相籠型異步電動機相似單相異步電動機的構(gòu)造與三相籠型異步電動機相似,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。 單相異步電動機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（啟動繞組）（啟動繞組）。 單相異步電動機采用單相電源供電, 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、吸塵器等）、醫(yī)療器械和小型機械中。6. 1. 1 單相單相單繞組單繞組異步電動機的工作原理異步電動機的工作原理 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, 產(chǎn)生的磁動勢是一個脈振磁動勢 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)生脈動磁場產(chǎn)生脈動磁場 脈振磁動勢脈振磁動勢 F 可以分解為兩個可以分解為兩個幅值相等（等于脈振磁動勢幅值的一半），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)磁動勢動勢, 即 F = F+ + F_ , 如圖6 - 1所示。其中 F+ 的轉(zhuǎn)向與電動機轉(zhuǎn)向相同, 稱為正向旋轉(zhuǎn)磁動勢；F_ 的轉(zhuǎn)向與電動機轉(zhuǎn)向相反, 稱為反向旋轉(zhuǎn)磁動勢。 單相異步電動機的轉(zhuǎn)子在脈振磁動勢作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩,就等于正向旋轉(zhuǎn)磁動勢 F+ 和反向旋轉(zhuǎn)磁動勢 F_ 分別作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)

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

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

5、解決啟動的條件是電動機產(chǎn)生橢圓形或圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢解決啟動的條件是電動機產(chǎn)生橢圓形或圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。 可以證明：當(dāng)兩相繞組通入相位不同的兩相交流電流時,將產(chǎn)生一個橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁動勢和旋轉(zhuǎn)磁場；而兩相對稱繞組通入兩相對稱交流電流時,將產(chǎn)生一個圓形的旋轉(zhuǎn)磁動勢和旋轉(zhuǎn)磁場。 因此單相異步電動機必須有一個輔助繞組(啟動繞組)。6. 1. 2 單相異步電動機的主要類型和啟動方法單相異步電動機的主要類型和啟動方法 根據(jù)啟動方法的不同,單相異步電動機分為電阻啟動分相式、電容啟動分相式、電容運轉(zhuǎn)分相式和罩極式。1電阻啟動分相式單相異步電動機電阻啟動分相式單相異步電動機 電阻啟動分相式單相異步電動機的工作原理圖如

6、圖 6 - 3所示。圖中, 1為主繞組（工作繞組）； 2為輔助繞組（啟動繞組）; 3為轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。 啟動繞組的電阻比工作繞組大啟動繞組的電阻比工作繞組大, 啟動繞組的電抗比工作繞組小啟動繞組的電抗比工作繞組小。 當(dāng)這兩個繞組并聯(lián)接到電源上時, 啟動繞組的電流 超前于工作繞組的電流 一個角度, 如圖 6 - 3所示,vIuIuIuIvIvI 因此由它們產(chǎn)生的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢, 能使單相異步電動機自行啟動。 啟動時, 橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的轉(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。啟動后, 待轉(zhuǎn)速達到 75%80 同步轉(zhuǎn)速時, 將開關(guān)Q2斷開, 這時單相異步電動機實質(zhì)上是兩

7、相啟動單相運轉(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繞組中的任何一個繞組接電源的兩出線端對調(diào)。 2電容啟動分相式單相異步電動機電容啟動分相式單相異步電動機 電容啟動分相式單相異步電動機的工作原理圖如圖 6 - 4所示。這種電動機在結(jié)構(gòu)上和電阻分相式相似 , 區(qū)別只是在啟動繞組中串入一個電容器 , 啟動繞組中的電流 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, 在電動機中建立一個接近于圓形的旋轉(zhuǎn)磁場, 所以這種電動機可獲得較大的啟動轉(zhuǎn)矩, 啟動性能和啟動性能和運行性能優(yōu)于電阻啟動分相式電運行性

8、能優(yōu)于電阻啟動分相式電動機動機, 適合于啟動力矩要求較高的設(shè)備。電動機啟動后將啟動繞組啟動后將啟動繞組斷開斷開。 vIvIvIuIuIuI3電容運轉(zhuǎn)分相式單相異步電動機電容運轉(zhuǎn)分相式單相異步電動機 電容運轉(zhuǎn)分相式單相異步電動機在結(jié)構(gòu)和原理上與電容啟動分相式電動機完全一樣, 只是啟動繞組和電容器都設(shè)計為長期工作狀態(tài), 工作繞組與啟動繞組在運轉(zhuǎn)時都起作用。電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機實際上是兩相異步電動機, 它的運行特性較好運行特性較好, 功率因數(shù)、效率功率因數(shù)、效率和過載能力都比電容啟動和電阻啟動的異步電動機要和過載能力都比電容啟動和電阻啟動的異步電動機要好好。 4 罩極式單相異步電動機罩極式單相異

9、步電動機 單相罩極式異步電動機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。每個極的極靴上開有一個槽，槽內(nèi)放置有短路銅環(huán)，銅環(huán)罩住整個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。脈振磁場的交變，使短路環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律可知，環(huán)內(nèi)將出現(xiàn)一個阻礙原來磁場變化的新磁場，從而使短路環(huán)內(nèi)的合成磁場環(huán)內(nèi)的合成磁場變化總是在相位上滯后滯后于環(huán)外脈振磁場環(huán)外脈振磁場的變化?？梢园循h(huán)內(nèi)、環(huán)外的磁場設(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。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單, ,制造

10、方便。制造方便。缺點：旋轉(zhuǎn)方向只能從未罩部分轉(zhuǎn)向缺點：旋轉(zhuǎn)方向只能從未罩部分轉(zhuǎn)向被罩極部分，不能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。被罩極部分，不能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。6. 1. 3 單相異步電動機的應(yīng)用單相異步電動機的應(yīng)用 目前絕大部分臺風(fēng)扇和吊風(fēng)扇臺風(fēng)扇和吊風(fēng)扇均采用電容運轉(zhuǎn)單相異步電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機電動機拖動。為了達到控制其風(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實現(xiàn)調(diào)速,其調(diào)速原理可參見圖 6 - 6。 圖 6 - 6是臺風(fēng)扇的調(diào)速電路。利用電抗器的不同抽頭, 用轉(zhuǎn)換開關(guān)或琴鍵開關(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電

11、動機、啟動器、溫控器、熱保護器等組成。壓縮機電動機一般均采用電阻啟動單相異步電動機電阻啟動單相異步電動機（少量也有采用電容啟動的）, 因此它的啟動繞組只在啟動時接通電源,啟動后必須立即從電源上切除, 這通常由啟動器來完成。圖 6 - 7是普通單門電冰箱電路。 當(dāng)溫控器觸點接通時, 電動機開始啟動,啟動后啟動器的線圈通電才能將銜鐵吸下, 啟動器觸點斷開, 切斷啟動繞組電路, 電動機正常運轉(zhuǎn)。經(jīng)過一定時間后, 溫控器觸點斷開, 電動機便停止運轉(zhuǎn)。熱保護器作為電動機的過載保護。燈開關(guān)由冰箱門進行控制, 當(dāng)門打開時, 燈開關(guān)閉合接通照明燈電路。 洗衣機洗衣機電路主要由電動機和定時控制器兩大部分組成,

12、電動機均為電電容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機容運轉(zhuǎn)式單相異步電動機。對于需要正反轉(zhuǎn)的洗衣機電動機, 工作繞組和啟動繞組完全一樣, 只要改變電容器與兩繞組的串接順序, 電動機就能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。圖6 - 9是單缸洗衣機控制電路。 K1、K2、K3 是發(fā)條式定時器的觸點, 由它們來控制洗滌時間和正反轉(zhuǎn)。S1 是選擇弱強洗的轉(zhuǎn)換開關(guān), 借助于定時器 K2或K3 通斷時間長短的不同, 可控制強洗或弱洗。有關(guān)強洗、中洗和弱洗的工作情況如下： 強洗強洗：波輪單向連續(xù)轉(zhuǎn)動，洗滌時產(chǎn)生強烈的渦流沖刷衣物。波輪轉(zhuǎn)動時間的長短由定時器控制，最長不超過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：波輪以自動間歇正反向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生中等渦流沖刷衣物進行洗滌。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：波輪以自動間歇正反向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生柔和渦流沖刷衣物進行洗滌。正或反轉(zhuǎn)35秒，間停57秒。適用于洗滌絲綢