單相電容運轉(zhuǎn)異步電機(jī)工作原理及故障

關(guān)于單相電容運轉(zhuǎn)異步電機(jī)工作原理及故障一、單相異步電機(jī)的定義及標(biāo)識說明1、單相異步電機(jī)是指由單相電源供電的電動機(jī)，但它并不表示電機(jī)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(gòu)成，二者共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。2、YD（S）Kaa-bc所代表的意義

Y—異步；D（S）—單（雙）軸；K—空調(diào)用；aa代表功率名義值；b代表極數(shù)；c為設(shè)計序號或其它意義

以YDK24-6T為例說明如下設(shè)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(diào)用異步電動機(jī)。第2頁,共27頁，2024年2月25日，星期天二、單相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、固定部分—定子；由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座（殼）組成。定子鐵芯是電機(jī)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(qiáng)度聚酯漆包線繞制而成。機(jī)座（或機(jī)殼）一般由A3鋼板沖制而成，大電機(jī)（單相）則是鋼板卷筒后在與鑄鋁端蓋配合而成，三相電機(jī)一般均為鑄鐵機(jī)座。2、轉(zhuǎn)動部分—轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（純鋁）、轉(zhuǎn)軸（45＃碳結(jié)鋼）組成。第3頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

三、單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機(jī)工作原理

單相電容運轉(zhuǎn)異步電機(jī)與三相電機(jī)的區(qū)別：三相電機(jī)的繞組在空間按120°電角度分部，單相異步電機(jī)則按則按90°電角度分部，見右圖第4頁,共27頁，2024年2月25日，星期天在單相電機(jī)中，由于單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場，電機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能起動，如右圖表示：i=Icosωt第5頁,共27頁，2024年2月25日，星期天要使單相電機(jī)具有起動轉(zhuǎn)矩并旋轉(zhuǎn)，就必須使其分相，一般的，單相電機(jī)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(diào)風(fēng)機(jī)用單相異步電機(jī)幾乎均采用第二種方式，即要使單相電機(jī)既能運轉(zhuǎn)又能獨立啟動，就必須在電機(jī)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(jī)中，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(jī)圖示一樣也產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場。第6頁,共27頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共27頁，2024年2月25日，星期天可見對稱兩相繞組通入對稱兩相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與三相電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢一樣。其旋轉(zhuǎn)速度與電源頻率和電機(jī)極數(shù)有關(guān)：即n＝2×60f/p，其中“f”—電源頻率（Hz）“p”—電機(jī)極對數(shù)“n”—磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，即電機(jī)同步轉(zhuǎn)速（r/min）當(dāng)電機(jī)中磁場以n速度旋轉(zhuǎn)時，處于旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條就會切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)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(zhuǎn)速n’。一般情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速n’不等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n。因為n’=n時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對旋轉(zhuǎn)磁場是靜止的，導(dǎo)條中就不會產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，電機(jī)就不會產(chǎn)生電磁力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會自然下降。因轉(zhuǎn)子速度始終低于旋轉(zhuǎn)磁場速度，故稱此種電機(jī)為“單相異步電動機(jī)”。第8頁,共27頁，2024年2月25日，星期天四、電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī)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(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩為零，即電機(jī)不能自行啟動，要使單相電機(jī)能夠自行啟動，就必須如同三相異步電機(jī)一樣，在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)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(jī)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的軸線在空間相隔90°電角度，副繞組串聯(lián)一個適當(dāng)?shù)碾娙軨（電容選配不當(dāng)會使電機(jī)系統(tǒng)變差，如片面增大或減小電容量,負(fù)序磁場可能加強(qiáng)，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(jī)的兩相繞組就能產(chǎn)生圓形或橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。第9頁,共27頁，2024年2月25日，星期天由于大多數(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(jī)的性能總要比三相異步電機(jī)差得多。諧波對電機(jī)的影響主要有以下三個方面：1、使電機(jī)的附加損耗增加；2、引起電機(jī)振動并產(chǎn)生噪音；3、產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)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(zhuǎn)子。這就是我們看到的轉(zhuǎn)子槽是斜的原因之一）

第10頁,共27頁，2024年2月25日，星期天六、電機(jī)的調(diào)速方法及原理作為單相異步電動機(jī)其調(diào)速方法有三種：（1）變極調(diào)速；（2）降壓調(diào)速；（3）抽頭調(diào)速。變極調(diào)速（簡介）在單相電機(jī)中，有倍極調(diào)速和非倍極調(diào)速之分。倍極調(diào)速電機(jī)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(dá)到調(diào)整旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。在極數(shù)比較大的變極調(diào)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(dāng)于兩臺不同極數(shù)的單速電機(jī)的組合，其原理和性能與一般單相異步電機(jī)一樣。第11頁,共27頁，2024年2月25日，星期天降壓調(diào)速

降壓調(diào)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(diào)壓調(diào)速?？照{(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅（塑封）調(diào)壓調(diào)速?？煽毓枵{(diào)速是改變可控硅導(dǎo)通角的方法，改變電動機(jī)端電壓的波形，從而改變了電動機(jī)的端電壓的有效值。可控硅導(dǎo)通角α1=180°時，電機(jī)端電壓為額定值，α1＜180°時電壓波形如下圖實線部分，電機(jī)端電壓有效值小于額定值，α1越小，電壓越低，如下圖：第12頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

塑封PG電機(jī)就是可控硅降壓調(diào)速。對于塑封PG電機(jī)，其繞組工作原理與抽頭電機(jī)一致，但不同之處在于塑封PG電機(jī)的輸入電壓不是直接接到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機(jī)上的，其電控的輸出電壓是可調(diào)節(jié)的。其電氣原理圖見圖3，調(diào)速是利用電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)輸入電壓成近似一次關(guān)系，通過改變電機(jī)輸入電壓來改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，起到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的作用，其原理如下圖示：

第13頁,共27頁，2024年2月25日，星期天第14頁,共27頁，2024年2月25日，星期天

該結(jié)構(gòu)是在電機(jī)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(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時，磁環(huán)也旋轉(zhuǎn)一圈，磁環(huán)與PG板中的霍爾元件相感應(yīng)，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(jī)的轉(zhuǎn)速。在電控中設(shè)定有預(yù)定的轉(zhuǎn)速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉(zhuǎn)速值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏低時，則提高電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變大），當(dāng)轉(zhuǎn)速偏高時，則降低電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變?。?，這樣通過PG信號的反饋調(diào)節(jié)電控輸出電壓就實現(xiàn)了對電機(jī)的平滑調(diào)速。由于電控的輸出電壓不會高于其輸入電壓，因此在電機(jī)設(shè)計時要保證電機(jī)達(dá)到高風(fēng)檔的轉(zhuǎn)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(shè)計時的電控電壓一般設(shè)計為180VAC~200VAC左右。此參數(shù)值設(shè)定太低則造成電機(jī)材料浪費，且電控若損壞擊穿后電機(jī)直通市網(wǎng)電壓，其電機(jī)溫升會較高；若此參數(shù)值設(shè)定過高則會造成市網(wǎng)電壓降低時，有可能達(dá)不到設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速，影響空調(diào)的能力第15頁,共27頁，2024年2月25日，星期天抽頭調(diào)速（重點）電容運轉(zhuǎn)電動機(jī)在調(diào)速范圍不大時，普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。此時定子槽中放置有主繞組、副繞組及調(diào)速繞組，通過改變調(diào)速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調(diào)整氣隙磁場大小及橢圓度來實現(xiàn)調(diào)速的目的。一般電容運轉(zhuǎn)單相電機(jī)，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(dāng)電機(jī)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(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場。其方向與主、副繞組所處的空間位置等有關(guān)，它決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向；其幅值強(qiáng)度則與主副繞組的參數(shù)設(shè)計有關(guān)，它決定了電機(jī)輸出力矩的大小。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子相互作用，使電動機(jī)按一定的方向旋轉(zhuǎn)。若調(diào)換主副繞組的空間位置，則旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向會相反，該反方向的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相互作用，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)向也會相反。第16頁,共27頁，2024年2月25日，星期天抽頭調(diào)速可分為T型抽頭調(diào)速和L型抽頭調(diào)速。L型抽頭調(diào)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(diào)速和副繞組抽頭L-2型調(diào)速。原理線路圖見下

T型抽頭調(diào)速優(yōu)點：中、低檔運行繞組溫升低；缺點：電機(jī)高檔效率低，主繞組易形成匝間短路（見企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)13設(shè)計案例的DC03.043-001“YDK29-8E電機(jī)匝間短路案例分析”）。L型抽頭調(diào)速優(yōu)點：電機(jī)高檔效力高，繞組不易形成匝間短路；缺點：中、低檔運行繞組溫升高。第17頁,共27頁，2024年2月25日，星期天七、電動機(jī)主要參數(shù)介紹

不論哪種調(diào)速，都各有優(yōu)缺點，選用哪種除要考慮設(shè)計時要達(dá)到哪個結(jié)果，還要考慮電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，一般L型較經(jīng)濟(jì)）。A)空載輸入電流：是指電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的功率。這部分功率消耗主要表現(xiàn)在磁場儲能，定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風(fēng)、軸承磨擦產(chǎn)生機(jī)械損耗。單位：W（瓦）第18頁,共27頁，2024年2月25日，星期天C)負(fù)載輸入電流：是指電動機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負(fù)載運行在額定轉(zhuǎn)速下，所輸入電機(jī)的電流。單位：A或mA。D)額定負(fù)載輸出功率：是指電動機(jī)在額定電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負(fù)載運行在額定轉(zhuǎn)速下，軸伸所輸出的有功功率。單位：W（瓦）E)溫升：指電動機(jī)在額定測試條件下運行，內(nèi)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(jī)噪音可分為機(jī)械噪音和電磁噪音。機(jī)械噪音通常由電機(jī)裝配不良定、轉(zhuǎn)子摩擦及軸承聲等形成。電磁噪音通常由定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻或磁場過于飽和造成，定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻受裝配零部件同軸度的影響較大，磁場過于飽受所設(shè)計功率較大電機(jī)的材料限制造成。噪音用分貝dB表示。第19頁,共27頁，2024年2月25日，星期天八、空調(diào)電動機(jī)常見的技術(shù)問題及解決方法

A）整機(jī)噪音及振動：電機(jī)噪音值在某一頻段存在峰值，此噪音峰值頻段與整機(jī)固有頻率相接近或重合，形成共鳴、共振和整機(jī)噪音。整機(jī)預(yù)防及解決措施：在電機(jī)確認(rèn)階段將電機(jī)噪音峰值頻段與整機(jī)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(jī)有影響的零部件如支架和風(fēng)輪風(fēng)葉等的改變，就必須裝整機(jī)做噪音等測試）電機(jī)，空調(diào)鈑金件上加阻尼膠，調(diào)整風(fēng)葉形狀、增加電機(jī)支架剛性（如04年今年3月份汕頭出現(xiàn)較多71S振動和噪音嚴(yán)重的問題，后將電機(jī)支架加強(qiáng)后上述現(xiàn)象全部消失）、電機(jī)安裝腳上加膠墊，調(diào)整空調(diào)板金件的形狀、厚度，調(diào)整電機(jī)極數(shù)、定轉(zhuǎn)子的槽配合、定轉(zhuǎn)子直徑、定轉(zhuǎn)子氣隙、轉(zhuǎn)子斜槽度、鐵芯長度、軸承距離等。第20頁,共27頁，2024年2月25日，星期天B)轉(zhuǎn)速不一致：風(fēng)葉的變化（不同廠家不同模號）、蒸發(fā)器片距變化、風(fēng)道的變化、測試環(huán)境的變化（溫度、濕度）、電機(jī)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(qiáng)度不夠、磁路設(shè)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(zhuǎn)子相擦、錯片、異物、漆瘤及風(fēng)輪風(fēng)葉變形和轉(zhuǎn)軸彎曲等。F)轉(zhuǎn)速低：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)截面過小、定轉(zhuǎn)子氣隙偏大；G)溫升高：鐵芯長度偏低、漆包線截面偏?。磋F、銅耗過大）、散熱不良；第21頁,共27頁，2024年2月25日，星期天H)電機(jī)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(jī)發(fā)熱；(3)電容器擊穿，致使電路的容性成分消失，電機(jī)單相運行（事實上電機(jī)無法運行，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)）；I）電機(jī)帶電：電機(jī)內(nèi)部或引出線絕緣不良；J）電機(jī)轉(zhuǎn)速下降電機(jī)部分繞組匝間短路；電容器容量衰減；轉(zhuǎn)子斷條：K）電機(jī)失速（保護(hù)）或不轉(zhuǎn)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(diào)；轉(zhuǎn)子被異物卡滯或電機(jī)無電和燒毀；第22頁,共27頁，2024年2月25日，星期天九、哪些參數(shù)變化可引起電機(jī)成本增加

在電機(jī)設(shè)計已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求可增加成本：1、負(fù)載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速（即提高功率）；M∝P/VM：力矩P：功率V：轉(zhuǎn)速2、負(fù)載不變情況下，要求降低溫升；第23頁,共27頁，2024年2月25日，星期天十、影響溫升的因素1．