單相異步電動(dòng)機(jī)知識(shí)

1、 單相異步電動(dòng)機(jī)知識(shí)講師:王中泉2007-12-10單相異步電動(dòng)機(jī)知識(shí)一、工作原理一、工作原理(單繞組異步電動(dòng)機(jī)單繞組異步電動(dòng)機(jī))單相異步電動(dòng)機(jī)定子上一般有兩個(gè)繞組：起動(dòng)繞組、工作繞組，兩繞組在空間上相距90度電角度。轉(zhuǎn)子是籠型結(jié)構(gòu)。 單相異步電動(dòng)機(jī)知識(shí)常用起動(dòng)方法是裂相起動(dòng)。在定子上另裝一套起動(dòng)繞組，使之為工作繞組在空間上互差90電角度。起動(dòng)繞組與電容(或電阻)串聯(lián)后再與工作繞組并聯(lián)于同一電源上，如圖所示。適當(dāng)選擇串入電容C的大小，可以使起動(dòng)繞組中電流IB超前于工作繞組中電流IA約90相角。這樣兩繞組磁動(dòng)勢(shì)可以在氣隙中形成一個(gè)接近于圓形的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)和磁場(chǎng)，并產(chǎn)生一定的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 單相異步電動(dòng)

2、機(jī)種類(lèi)1.單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)冰箱壓縮機(jī)2.單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)-冰箱壓縮機(jī) 3.單相電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)-空調(diào)壓縮機(jī)4.單相罩極異步電動(dòng)機(jī)小家電空調(diào)壓縮機(jī)用單相異步電動(dòng)機(jī)的性能要求1.最大力矩和壓機(jī)排量成正比,壓機(jī)的BDV要求有關(guān)(通常為額定力矩的2.2倍以上)2.起動(dòng)力矩-(通常為額定力矩的0.3倍以上)冷媒沉積試驗(yàn) 3.電容電壓-氣體負(fù)荷詳細(xì)試驗(yàn)中電容電壓氣體負(fù)荷詳細(xì)試驗(yàn)ITMAX,-30%電壓或20%電壓下,馬達(dá)堵轉(zhuǎn)保護(hù)試驗(yàn)繞組溫度200度單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)異步電機(jī)主要由固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩部分組成，定、轉(zhuǎn)子之間有氣隙.單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)鐵心鐵心：由厚度為0.5mm的低硅鋼

3、片疊裝而成，構(gòu)成磁路，嵌放定子繞組。為了嵌放定子繞組，在定子沖片中均勻地沖制若干個(gè)形狀相同的槽。槽形有三種：半閉口槽、半開(kāi)口槽、開(kāi)口槽 。半閉口槽適用于小型異步電機(jī)，其繞組是用圓導(dǎo)線(xiàn)繞成的。半開(kāi)口槽適用于低壓中型異步電機(jī)，其繞組是成型線(xiàn)圈。開(kāi)口槽適用于高壓大中型異步電機(jī)，其繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過(guò)的成型線(xiàn)圈。 單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)繞組繞組：構(gòu)成電路部分。其作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、流過(guò)電流、實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。定子繞組在槽內(nèi)部分與鐵心間必須可靠絕緣，槽絕緣的材料、厚度由電機(jī)耐熱等級(jí)和工作電壓來(lái)決定。 單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu):鐵心：由厚度為0.5mm的低硅鋼片疊裝而成，構(gòu)成磁路。轉(zhuǎn)軸：支撐轉(zhuǎn)子鐵心

4、和輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩。繞組：構(gòu)成電路部分。分為：籠形繞組和繞線(xiàn)式繞組。單相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)總結(jié):定子-兩相繞組+鐵芯+絕緣材料轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯+鋁壓鑄鼠籠由兩相繞組在氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感生電勢(shì)產(chǎn)生電流,電流和磁場(chǎng)作用產(chǎn)生作用力使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度,所以叫異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子為什么要斜槽? 由于定轉(zhuǎn)子開(kāi)槽產(chǎn)生齒諧波,齒諧波的分布系數(shù)及短距系數(shù)和基波相同,不能用分布及短距的方法削弱它,在單相電機(jī)中通常采用轉(zhuǎn)子斜槽的辦法,使齒諧波磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)的電勢(shì)被抵消掉,這樣就能防止齒諧波磁場(chǎng)產(chǎn)生的附加轉(zhuǎn)矩.損耗.噪音.一般斜一個(gè)定子齒距. 轉(zhuǎn)子為什么要

5、充分發(fā)藍(lán)? 發(fā)藍(lán)能減低轉(zhuǎn)子的渦流電流,在起動(dòng)階段,負(fù)序磁場(chǎng)大,渦流電流在負(fù)序磁場(chǎng)作用下,產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致起動(dòng)不良高發(fā).單相異步電動(dòng)機(jī) E=4.44fwk E電勢(shì) f頻率 w每相串聯(lián)匝數(shù) k繞組系數(shù) 每極氣隙磁通量 在同樣的每極氣隙磁通量下,-8電源機(jī)種的匝數(shù)是-1電源的2.3倍,但通常60HZ的鐵損比50HZ鐵損高,為降低鐵損, -1電源的每極氣隙磁通量比-8電源機(jī)種小,所以,-8電源機(jī)種的匝數(shù)是-1電源的2倍左右.單相異步電動(dòng)機(jī) 如何提高電機(jī)效率 ? 電機(jī)的損耗:銅損,鐵損,機(jī)械損,雜散損. 銅損:定子銅損,轉(zhuǎn)子鋁損 鐵損:定子,轉(zhuǎn)子鐵芯磁滯損,渦流損. 降低定子銅損-1.降低定子繞組

6、匝數(shù) 但要注意.磁密上升,鐵耗增大.激磁電流增大,銅損增大.功率因素降低.2.降低定子繞組端部長(zhǎng)度 但要注意定子制造性. 3.增加定子導(dǎo)線(xiàn)面積 但要注意槽滿(mǎn)率不要過(guò)高.成本上升. 降低轉(zhuǎn)子鋁損 -1.增大轉(zhuǎn)子槽面積,端環(huán)面積 但要注意起動(dòng)力矩下降,用材料增加. 降低鐵損-1.定子鐵芯熱處理 成本增加 2.高牌號(hào)電磁鋼板 成本增加 3.增大鐵芯厚度,降低磁密,但鐵芯重量增加,能否降低鐵損取決于這兩因素誰(shuí)占主導(dǎo)地位.另外激磁電流減低,降低銅損,但電阻上升,能否真正降低銅損要注意.單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的影響因素:漏電抗大,轉(zhuǎn)子電阻小,轉(zhuǎn)子發(fā)蘭不充分,轉(zhuǎn)子鼠籠斷條.氣孔. 降低漏電抗-1.降低定

7、子繞組匝數(shù) 但要注意.磁密上升,鐵耗增大.激磁電流增大,銅損增大.功率因素降低.2.改進(jìn)定子槽形,增大槽寬,減小槽高 但要注意齒磁密增加,功率因素降低. 增加轉(zhuǎn)子電阻-1.減小轉(zhuǎn)子槽面積,端環(huán)面積 但要注意轉(zhuǎn)子鋁損上升,效率下降. .選擇好的轉(zhuǎn)子發(fā)蘭,鑄鋁工藝.轉(zhuǎn)子鋁損 單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子起動(dòng)電流的影響因素:漏電抗小 增加漏電抗-1.增大定子繞組匝數(shù) 但要注意起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低.最大轉(zhuǎn)矩的影響因素:漏電抗大,定子電阻大,轉(zhuǎn)子電阻大. 降低漏電抗.定子電阻-1.降低定子繞組匝數(shù) 但要注意.磁密上升,鐵耗增大.激磁電流增大,銅損增大.功率因素降低.2.改進(jìn)定子槽形,增大槽寬,減小槽高 但要注意齒磁密增加

8、,功率因素降低.3.選大的線(xiàn)規(guī),要注意槽滿(mǎn)率不要過(guò)高 降低轉(zhuǎn)子電阻-1.增大轉(zhuǎn)子槽面積,端環(huán)面積 但要注意起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降.單相異步電動(dòng)機(jī)異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的關(guān)系，由簡(jiǎn)化等效電路推導(dǎo)出表達(dá)式如下單相異步電動(dòng)機(jī) 2. 最大電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax和發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)和發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率sm注意注意： 在給定頻率下，Tmax與U12成正比。最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)，但發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差sm與R2成正比（亦即與R2成正比）。漏抗越大，Tmax越小。故當(dāng)轉(zhuǎn)子回路電阻增加（如繞線(xiàn)型轉(zhuǎn)子串入附加電阻）時(shí)，Tmax雖然不變，但sm增大，整個(gè)Tem=f(s)

9、曲線(xiàn)向左移動(dòng) 。 單相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst Tem表達(dá)式中，令s=1得Tst表達(dá)式。 單相異步電動(dòng)機(jī)磁滯損耗-鐵磁材料在交變磁場(chǎng)作用下的反復(fù)磁化過(guò)程中，磁疇會(huì)不停轉(zhuǎn)動(dòng)，相互之間會(huì)不斷摩擦，因而就要消耗一定的能量，產(chǎn)生功率損耗。這種損耗稱(chēng)為磁滯損耗。磁滯損耗的大小-磁滯損耗與磁滯回線(xiàn)的面積、電流頻率f和鐵心體積V成正比。單相異步電動(dòng)機(jī) . 渦流與渦流損耗渦流與渦流損耗 渦流-鐵磁材料在交變磁場(chǎng)將有圍繞磁通呈渦旋狀的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流產(chǎn)生，簡(jiǎn)稱(chēng)渦流。 渦流損耗-渦流在其流通路徑上的等效電阻中產(chǎn)生的I2R損耗稱(chēng)為渦流損耗。 渦流損耗的大小-渦流損耗與磁場(chǎng)交變頻率f、厚度d和最大磁感應(yīng)強(qiáng)度Bm的平方

10、成正比，與材料的電阻率成反比。 由此可見(jiàn)，要減少渦流損耗，首先應(yīng)減小厚度，其次是增加渦流回路中的電阻。電工鋼片中加入適量的硅，制成硅鋼片，顯著提高電阻率。變頻用三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速變頻調(diào)速變頻調(diào)速，是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子繞組供電頻率來(lái)改變電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。由于異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與電源頻率f1成比例變化，所以改變f1就改變n0從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為n=(60f1/p)(1s)=n0n異步電動(dòng)機(jī)定子電路的電壓平衡方程式為U1=E1+I1Z1E1=4.44f1N1mKw1在忽略定子阻抗壓降的情況下，則有U1 E14.44f1N1mKw1f1m式中：U1-定子繞組相電壓；E1-

11、定子繞組感應(yīng)電勢(shì)；f1-定子繞組電源頻率；p-極對(duì)數(shù)；n0-同步轉(zhuǎn)速；m-每極對(duì)氣隙磁通；I1Z1-定子阻抗壓降。變頻用三相異步電動(dòng)機(jī)從式中可見(jiàn)，當(dāng)電源頻率發(fā)生變化時(shí)不僅影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度，而且還會(huì)影響電動(dòng)機(jī)內(nèi)部磁通量和各部分磁路磁通密度的變化。從而必然引起電動(dòng)機(jī)其他性能參數(shù)的變化。當(dāng)頻率f1下降低于額定頻率時(shí)，定子繞組內(nèi)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1隨之下降。但因電源電壓U1保持不變，由于U1與E1之間的差值增大，迫使勵(lì)磁電流Im增大，以企圖建立更大的氣隙磁通量m，以確保在同步速n0較低的情況下，感應(yīng)足夠的電動(dòng)勢(shì)E1與外加的電源電壓U1平衡。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性的控制恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性的控制恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，就是說(shuō)：在改變頻率f1的調(diào)速過(guò)程中保持電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩不變。由電機(jī)原理可知，三相異步電動(dòng)機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為T(mén)max=C(U1f1) 2 U1f14.44 Kw1N1mCm式中：C-常數(shù)，變頻用三相異步電動(dòng)機(jī)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制時(shí)：恒轉(zhuǎn)矩，TF=T1。UF應(yīng)隨fF變化，應(yīng)保持(UFfF) =(U1f1)=常數(shù)，比值恒定，氣隙磁通量基本保持不變。調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力就能保持不變，達(dá)到恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制目的。但是在低頻調(diào)速時(shí)，U1，E1 都較小，定子繞組的感抗也變得很小，此時(shí)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電阻引起電壓降已不容忽略，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩將因此下降。為了