項目八 任務(wù)1 認(rèn)識單相異步電動機

項目八：認(rèn)識單相異步電動機和控制電機12認(rèn)識控制電機之伺服電動機34認(rèn)識單相異步電動機認(rèn)識控制電機之測速發(fā)電機認(rèn)識控制電機之步進(jìn)電動機任務(wù)1、認(rèn)識單相異步電動機任務(wù)描述暑假的傍晚，10歲的小明打完球回到家里，像往常一樣打開臺式電風(fēng)扇準(zhǔn)備納涼，卻發(fā)現(xiàn)電風(fēng)扇紋絲不動。見電源指示燈是亮的，小明料定是電扇壞了。天氣悶熱，離開電扇怎么受得了？小明一急，對著破電扇拍打起來。誰知，胡亂的拍打竟然讓電風(fēng)扇轉(zhuǎn)了起來，送來陣陣涼爽。小明愣了：難道這臺電風(fēng)扇真的是欠拍嗎？你能告訴小明這是怎么回事嗎？1）弄清帶動這臺電風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)的是什么類型的電動機。2）從電動機的起動原理入手，結(jié)合故障現(xiàn)象找出故障原因。任務(wù)解析定義優(yōu)點利用單相交流電源供電的一種小容量（8~750W）交流電動機。所需電源方便、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、運行可靠，維修方便。缺點應(yīng)用體積大、運行性能較差、效率較低。家用電器、醫(yī)療器械、自動控制系統(tǒng)及小型電氣設(shè)備。與同容量的三相異步電動機相比類型——很多電容分相式單相異步電動機和罩極式電動機應(yīng)用最為廣泛。容量不大時，這些缺點并不明顯一、單相異步電動機簡介與同容量的三相異步電動機相比二、單相異步電動機的工作原理1、交流單相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢在單相繞組中通入單相交流電流：以該繞組軸線處為坐標(biāo)原點，則在一個磁極中產(chǎn)生的磁通勢為矩形磁通勢，其瞬時值為：Fm為矩形波磁通勢的幅值：a)單繞組產(chǎn)生的兩極磁通勢和磁場b)磁通勢的展開空間分布圖1、交流單相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢任何瞬間，磁通勢在空間的分布都為一矩形波；波形在空間的任何一點，磁通勢的大小都隨時間t按余弦規(guī)律脈振。a）ωt=0，i=Im

b）

ωt=60°，i=1/2Im

c）ωt=90°，i=0

d）ωt=180°，i=-Im磁通勢隨時間變化的關(guān)系圖1、交流單相繞組產(chǎn)生脈振磁通勢磁通勢隨時間變化的關(guān)系圖這種在空間位置固定，而大小隨時間變化的磁通勢稱為脈振磁通勢，其頻率與交流電流的頻率相同。脈振磁通勢是矩形波磁通勢，波形與橫軸和縱軸都對稱，包含1、3、5、7等奇次諧波，且僅含余弦項。2、基波脈振磁通勢的分解對電機正常工作來說，起決定性作用的是基波磁通勢，它既是時間t的函數(shù)，又是空間位置x的函數(shù)。因此，在討論單相異步電動機的工作原理時，只需考慮基波分量，其它諧波分量忽略不計。基波磁通勢可以分解成兩個幅值相等(1/2F1)、轉(zhuǎn)速相同(ω)，但轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁通勢F1+和F1-。F1+和F1-都在單相異步電動機氣隙中旋轉(zhuǎn)，都被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中因而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，形成各自的電磁轉(zhuǎn)矩T1+和T1-。T1+和T1-大小相等、方向相反！T1+和T1-都作用在電動機的轉(zhuǎn)子上，T1+使轉(zhuǎn)子沿著與F1+相同的方向旋轉(zhuǎn)，T1-使轉(zhuǎn)子沿著與F1-相同的方向旋轉(zhuǎn)。3、單相異步電動機的工作原理T1+與正向轉(zhuǎn)差率s1+=(n1-n)/n1的關(guān)系T1+=f(s1+)如圖中曲線1；T1-與反向轉(zhuǎn)差率s1-=(-n1-n)/(-n1)的關(guān)系T1-=f(s1-)如圖中曲線2；二者的合成轉(zhuǎn)矩T1=T1++T1-如圖中曲線3。單相異步電動機的T=f(s)曲線1）轉(zhuǎn)子靜止時，n=0，s1+=s1-=1，合成轉(zhuǎn)矩T1=Tst=0，無法讓電動機起動。2）若有外力讓電動機轉(zhuǎn)起來，則n≠0，s

≠

1，合成轉(zhuǎn)矩T1≠0。若T1大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，撤去外力后，電動機將自行加速，并且最終在某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。3）單相異步電動機穩(wěn)定運行的方向，由起動時的方向確定。4）因為存在兩個方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，一個驅(qū)動一個制動，使合成轉(zhuǎn)矩減小，所以單相異步電動機的過載能力、效率、功率因數(shù)等均低于同容量三相異步電動機，且機械特性變軟，轉(zhuǎn)速變化較大。三、單相分相式異步電動機定子包含兩個單相繞組，一個是工作繞組(主繞組)，一個是起動繞組(副繞組)。二者在空間相差90°電角度，起動繞組串聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜骱笤倥c工作繞組并聯(lián)。轉(zhuǎn)子為籠型轉(zhuǎn)子。與三相籠型異步電動機類似。1、結(jié)構(gòu)：2、定子產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場定子兩相繞組通入大小相等、相位相差90°電角度的正弦電流。只要電容器C的容量選擇適當(dāng)，就能使起動繞組中的電流i2和工作繞組中的電流i1產(chǎn)生90°相位差。電流i2和i1在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場就會是圓形旋轉(zhuǎn)磁場。i1i2i單相分相式異步電動機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場隨著時間的推移，當(dāng)ωt經(jīng)過360°電角度后，合成磁場在空間也轉(zhuǎn)過360°電角度，形成了順時針旋轉(zhuǎn)的圓形磁場。設(shè)1和2分別是工作繞組和起動繞組的首端，1’和2’分別是相應(yīng)繞組的末端，并且規(guī)定電流瞬時值為正時，從首端流入(以“×”標(biāo)記)，從末端流出(以“·”標(biāo)記)。當(dāng)ωt=0°、45°、90°時合成磁場如下：2、定子產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場3、單相分相式異步電動機的工作原理當(dāng)兩個繞組在空間上相差的電角度不是90°或通入兩個繞組的電流相位差不是90°時，氣隙中產(chǎn)生的合成磁場依然是旋轉(zhuǎn)磁場，只不過該旋轉(zhuǎn)磁場不是圓形，而是橢圓形?；\型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中切割磁力線而獲得起動轉(zhuǎn)矩，從而帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且能加速到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速使電動機連續(xù)運轉(zhuǎn)。單相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場4、常用的單相電容運轉(zhuǎn)電動機在起動完成后，切除起動繞組的電容分相式單相異步電動機，稱為電容起動電動機；不切除的，稱為電容運轉(zhuǎn)電動機。一般300mm以上的電風(fēng)扇電動機和空調(diào)器壓縮機電動機，均為電容運轉(zhuǎn)電動機。單相電容運轉(zhuǎn)電動機洗衣機單相電容運轉(zhuǎn)電動機單相電容運轉(zhuǎn)電動機的旋轉(zhuǎn)磁場接近圓形，其效率、功率因數(shù)和過載能力都比普通單相電動機要高，運行也較平穩(wěn)。單相分相式電動機的轉(zhuǎn)向由電流領(lǐng)先相轉(zhuǎn)向滯后相，將任意一個繞組（工作繞組或起動繞組）的兩個出線端對調(diào)，就改變了兩繞組中電流的相序，也就改變了旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向，電動機便可反轉(zhuǎn)。洗衣機采用的也是單相電容運轉(zhuǎn)電動機，其工作繞組和起動繞組完全相同，用轉(zhuǎn)換開關(guān)將這兩個繞組不斷相互變換，可實現(xiàn)電動機的正反轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動洗衣機波輪的正反轉(zhuǎn)。3）在起動轉(zhuǎn)矩要求較低的場合，起動繞組常用串聯(lián)電阻來代替串聯(lián)電容器，稱為電阻分相式單相異步電動機。5、單相分相式異步電動機的結(jié)論5）因單相異步電動機總存在一個反向的制動轉(zhuǎn)矩，使合成電磁轉(zhuǎn)矩減小，所以其效率、過載能力和功率因數(shù)等都低于同容量的三相異步電動機，且機械特性變軟，穩(wěn)定性較差。4）只要改變起動繞組或工作繞組兩端與電源的連接方向，便可改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，就能實現(xiàn)單相異步電動機正反轉(zhuǎn)。2）起動繞組專為單相異步電動機的順利起動而設(shè)置，穩(wěn)定運行后，起動繞組可以切除，也可以不切除。起動完成后切除起動繞組的稱為電容起動電動機，不切除的稱為電容運轉(zhuǎn)電動機。1）只有一個單相繞組的單相異步電動機，在不加外力的情況下無法起動。四、單相罩極式異步電動機單相罩極式異步電動機按磁極形式不同，有凸極式和隱極式之分，最常見的是凸極式。優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩小，且不能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。缺點：應(yīng)用：結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，噪聲小，允許短時過載運行。常用于小型電風(fēng)扇及儀器儀表中。1、單相罩極凸極式異步電動機的結(jié)構(gòu)~

轉(zhuǎn)子

短路環(huán)，也稱罩極線圈定子

未罩住部分凸出的定子磁極

罩住部分

電機轉(zhuǎn)動方向

工作繞組單相罩極凸極式異步電動機的定子和轉(zhuǎn)子鐵心均由0.5mm厚的硅鋼片疊成，具有籠型轉(zhuǎn)子。定子磁極做成凸極式，其上裝單相繞組(工作繞組)。在磁極極靴的1/3~1/4處開有小槽，槽中嵌放短路銅環(huán)，短路環(huán)將較小部分的磁極罩起來，因而又稱罩極線圈。單相罩極凸極式異步電動機2、單相罩極式異步電動機的工作原理當(dāng)工作繞組通入單相交流電流時，產(chǎn)生脈振磁通，一小部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，阻止銅環(huán)部分磁通的變化，使通過磁極罩住部分的磁通與未罩住部分的磁通有了相位差。罩極內(nèi)的磁通總是滯后罩極外的磁通一個相位角。罩極內(nèi)外的磁通隨交流電的變化而變化，在定子氣隙中形成一個由未罩住部分向罩住部分移行的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。在該旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子獲得起動轉(zhuǎn)矩而使電動機順利起動。罩極式電動機的轉(zhuǎn)向總是由未罩住部分轉(zhuǎn)向罩住部分。因為罩極式電動機的結(jié)構(gòu)不能改變，所以其轉(zhuǎn)向不能改變！單相罩極凸極式異步電動機原理分析單相異步電動機的調(diào)速方法主要有變頻調(diào)速、晶閘管調(diào)速、串電抗器調(diào)速和抽頭法調(diào)速等。采用較多的是串電抗器調(diào)速和抽頭法調(diào)速。五、單相異步電動機的調(diào)速在電動機電路中串聯(lián)電抗器后再接在單相電源上。通過改接電抗器的抽頭，便可改變電動機定子的工作繞組和起動繞組的端電壓，從而調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。單相異步電動機串電抗器調(diào)速1、串電抗器調(diào)速在單相異步電動機的定子內(nèi)，除工作繞組和起動繞組外，還嵌放一個調(diào)速繞組。三套繞組采用不同的接法，通過換接調(diào)速繞組的不同抽頭，可改變工作繞組的端電壓，進(jìn)而達(dá)到調(diào)速目的。單相異步電動機抽頭法調(diào)速接線圖抽頭法調(diào)速比串電抗器調(diào)速耗電少，但是抽頭法調(diào)速繞組嵌線和接線較為復(fù)雜，維修難度增大。按照三個繞組接線方式的不同，常用的有T形接線和L形接線兩種，其中T形接線調(diào)速性能較好。2、抽頭法調(diào)速◆項目任務(wù)解決根據(jù)小明家電風(fēng)扇的故障現(xiàn)象，結(jié)合