單相電動機高等教育

1、第二章單相異步電動機第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理第二節(jié)單相異步電動機的分類第三節(jié)單相異步電動機的反轉和調速本章小結 第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理一、單相異步電動機的基本結構二、單相異步電動機的工作原理拆卸一臺單相異步電動機（如電風扇電動機），觀察其內部結構。單相異步電動機的基本結構也是由定子、轉子兩大部分，以及機殼、端蓋、軸承、風扇等部件構成，如圖2-1所示。一、單相異步電動機的基本結構第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理1定子電動機的定子由定子鐵心和定子繞組構成，如圖2-2所示。2轉子轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸構成，如圖2-3所示。轉子繞組一般有籠形轉子和繞線式轉子繞組兩

2、種。一、直流電動機的基本結構3其他部件單相異步電動機的其他部件還有機殼、前后端蓋、風葉等。第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理1運轉原理異步電動機屬于感應電動機。實驗裝置如圖所示，在一個馬蹄形磁鐵上裝有旋轉手柄，兩磁極之間放一個可以自由轉動的籠型轉子，磁極和轉子之間是空氣隙，沒有機械或電氣的聯(lián)系。二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理當我們轉動手柄使磁鐵旋轉時，現(xiàn)象：（1）籠型轉子隨著磁極一起轉動。磁極轉得快，轉子跟著轉得快；磁極轉得慢，轉子也跟著轉得慢。（2）若改變磁極旋轉方向，籠型轉子也跟著改變旋轉方向。（3）仔細觀察還會發(fā)現(xiàn)，籠型轉子的轉速總是低于磁極的轉速，兩

3、者的轉速不能同步，即所謂“異步”。二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理設磁極按逆時針方向旋轉，形成一個旋轉磁場，置于旋轉磁場中的轉子導條切割磁感應線，產生感應電動勢，由于籠型轉子繞組是閉合結構，所以轉子繞組中產生感應電流。根據(jù)右手定則，可以判斷出位于N極下的導條感應電流方向為進入紙面；而位于 S 極下的導條感應電流方向為穿出紙面。又因為載流導體在磁場中會受到電磁力的作用，根據(jù)左手定則可判斷出位于 N 極下的導條受力方向向左；位于 S 極下的導條受力方向向右。這樣，在籠型轉子上就形成一個逆時針方向的電磁轉矩，從而驅動轉子跟隨旋轉磁場按順時針方向轉動起來。二、單相異步電

4、動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理若磁極按順時針方向旋轉，同理，轉子也會改變方向朝順時針方向轉動。另外，磁場若加快旋轉切割轉子速度，轉子上感應電流及電磁轉矩將增大，則轉子轉速加快?！爱惒健苯忉專寒惒诫妱訖C的轉子轉向與旋轉磁場轉向一致，如果轉子與旋轉磁場轉速相等，則轉子與旋轉磁場之間沒有相對運動，轉子導條不再切割磁感應線，沒有電磁感應，感應電流和電磁轉矩為零，轉子失去旋轉動力，在固有阻力矩的作用下，轉子轉速必然低于旋轉磁場轉速，所以稱其為異步電動機。二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理如果電動機轉子與旋轉磁場以相同的轉速旋轉，這種電動機稱為同步電動機。

5、異步電動機旋轉磁場轉速（也稱同步轉速 n0 ）與轉子轉速 n 之差稱為轉差，轉差與同步轉速 n0 的比值用“轉差率” s 表示：二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理2旋轉磁場若要在定子繞組中通以具有相位差的兩相或三相交流電，在定子繞組的空間就可以產生一個旋轉磁場。單相異步電動機的定子繞組通入的是單相交流電，只能產生一個大小和方向按正旋規(guī)律周期性的變化，但磁場軸線不變的脈動磁場，也就是說脈動磁場是不旋轉的，如圖所示。二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理如果單相異步電動機的轉子是靜止不動的，在脈動磁場的作用下，在轉子繞組左、右半側所產生的電磁

6、轉矩因大小相等而方向相反相互抵消，如圖所示。也就是說，單相異步電動機產生的脈動磁場不能產生啟動轉矩，電動機無法自行啟動。如果啟動時用外力朝任意一個方向撥動電動機的轉子，則轉子兩邊產生的電磁轉矩就有了差距，就會產生該方向的合成轉矩，電動機就會朝著被撥動的方向旋轉起來。二、單相異步電動機的工作原理第一節(jié)單相異步電動機的結構和工作原理 第二節(jié)單相異步電動機的分類一、電阻起動式異步電動機二、電容起動式異步電動機三、電容運轉式異步電動機四、電容起動運轉式異步電動機五、罩極式電動機單相異步電動機的分類了解決單相異步電動機不能自行啟動的問題，往往采用在單相電動機的定子繞組中嵌放兩套繞組，分別為主繞組和啟動繞

7、組，在啟動繞組中又采用串入電阻或電容使兩個繞組中的電流在時間上有一定的相位差，就可以產生旋轉磁場。因此單相電動機在類型上可分為：第二節(jié)單相異步電動機的分類1電路構成一、電阻起動式異步電動機圖示為單相電阻起動式異步電動機的原理圖。圖中“1” 為主繞組，匝數(shù)比啟動繞組多，主要呈感性。 “2” 為啟動繞組，匝數(shù)較少、導線較細，相對于主繞組呈阻性。由電流、電壓矢量圖可以看出，工作時啟動繞組中的電流I2 超前于工作繞組的電流 I1 一個角，兩者之間有一定的相位差，從而可以形成旋轉磁場, 產生起動轉矩。第二節(jié)單相異步電動機的分類2特點起動繞組一般是按短時工作設計, 因此串有一個起動開關S , 當轉速上升到

8、一定程度時, 開關自動斷開起動繞組, 由工作繞組維持運行。由于 角不大, 因此電阻起動式電動機的起動轉矩較小。3應用適用于空載或輕載起動的場合。一、電阻起動式異步電動機第二節(jié)單相異步電動機的分類1電路構成二、電容起動式異步電動機圖示為單相電容起動式電動機的原理圖。電動機的啟動繞組中串聯(lián)了一個電容器，選擇合適的電容量，可使工作繞組與啟動繞組的電流相位差接近90 ，產生近似于圓形的旋轉磁場。 第二節(jié)單相異步電動機的分類2特點具有較大的啟動轉矩，且啟動電流較小，因而這種電動機的起動性能較好。電容啟動式電動機的起動繞組也是按短時工作設計，因此串有一個起動開關 S , 當轉速上升到一定程度時, 開關自動

9、斷開起動繞組, 由工作繞組維持運行。二、電容起動式異步電動機第二節(jié)單相異步電動機的分類1電路構成三、電容運轉式異步電動機 圖示為單相電容運轉式電動機的原理圖。與電容啟動式電動機相比較，其啟動繞組中不串起動開關 S，因此啟動繞組和啟動電容器在電動機啟動后也參與運行，因此稱為電容運轉式電動機。第二節(jié)單相異步電動機的分類2特點這種電動機運行時輸出功率大、功率因數(shù)高、過載能力強、噪聲低、振動小。其缺點是起動性能不如電容起動式電動機好。3應用廣泛應用于各種小功率的電動類日用電器中三、電容運轉式異步電動機 第二節(jié)單相異步電動機的分類 為了使電動機的起動和運行性能都比較好，可以在啟動繞組中串聯(lián)兩個相互并聯(lián)的

10、電容器，其中 C1與啟動開關 S 串聯(lián)。電動機啟動時，兩個電容器都參與工作；啟動結束，由 S 斷開啟動電容器，只有 C2 參與運行，這樣電動機的啟動與運行性能都能得到保障。四、電容起動運轉式異步電動機 第二節(jié)單相異步電動機的分類 罩極式電動機的轉子是籠型的, 定子有凸極式和隱極式兩種。圖為凸極式罩極電動機結構示意圖。在凸出的定子磁極約 1/3 處開一小槽, 套入罩極線圈(一個短路銅環(huán)) , 作為副繞組, 凸極上的另一個線圈作為主繞組。當定子繞組通入單相交流電流時, 所產生的脈動磁場可分為兩部分，一部分磁通不穿過短路環(huán), 另一部分穿過短路環(huán), 由于短路環(huán)在變化的磁場中產生感應電流, 使2 滯后于

11、1 , 這種相位差相當于磁場未罩的部分向被罩的部分連續(xù)移動, 磁場的中心線始終是由磁極的未罩部分移向被罩部分。這種移動磁場實際上是橢圓度很大的旋轉磁場, 使電動機產生起動轉矩自行起動并運行。五、罩極式電動機 第二節(jié)單相異步電動機的分類五、罩極式電動機 第二節(jié)單相異步電動機的分類 第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速一、單項異步電動機的反轉二、單項異步電動機的調速 1分相式電動機的反轉一、單項異步電動機的反轉改變單相異步電動機的起動繞組或工作繞組的電流方向。就可以改變單相異步電動機的轉向，電路原理如圖所示。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速 2罩極式電動機反轉一、單項異步電動機的反轉罩極式電動機的

12、轉向由定子磁極的結構決定的，故運行時無法改變，只有把定子繞組鐵心從機座中抽出來，反相后再裝?；蛟诙ㄗ硬壑性黾右惶字骼@組或罩極線圈。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速1調速原理和方法二、單相異步電動機的調速通過改變電源電壓或電動機結構參數(shù)的方法，從而改變電動機轉速的過程，稱為調速。常用的調速方法有兩種：第一是外電路降壓法，；第二種是通過改變定子繞組的匝數(shù)調速。2外電路降壓調速（1）串聯(lián)電抗法，如圖。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速將電動機主、副繞組并聯(lián)后再與電抗器串聯(lián)。調速開關接高速檔，電機繞組直接接電源，轉速最高；調速開關接中、低速檔，電機繞組串聯(lián)不同的電抗器，總電抗增大，轉速降低。二、單相

13、異步電動機的調速用此方法調速比較靈活，電路結構簡單，維修方便，但需要專用電抗器，成本高，耗能大，低速起動性能差。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速（2）采用 PTC 零件調速二、單相異步電動機的調速如圖為具有微風擋的電風扇調速電路。微風風扇在 500 r/min 以下送出的風。如采用一般的調速方法，電動機在這樣低的轉速下很難啟動，電路利用常溫下 PTC 電阻很小，電動機在微風擋直接起動，起動后，PTC 阻值增大，使電動機進入微風擋運行。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速（3）晶閘管調壓調速二、單相異步電動機的調速晶閘管調壓調速是通過改變晶閘管的導通角來改變電動機的電壓波形，從而改變電壓的有效值

14、已達到調速的目的。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速圖示為吊扇使用的雙向晶閘管調壓調速電路。二、單相異步電動機的調速第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速3繞組抽頭法調速二、單相異步電動機的調速繞組抽頭法調速，實際上是把電抗器調速法的電抗嵌入定子槽中，通過改變中間繞組與主、副繞組的連接方式，來調整磁場的大小和橢圓度，從而調節(jié)電動機的轉速。采用這種方法調速，節(jié)省了電抗器，成本低、功耗小、性能好，但工藝較復雜。實際應用中有 L 型和 T 型繞組抽頭調速兩種方法。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速二、單相異步電動機的調速（1）L 型繞組的抽頭調速 第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速二、單相異步電動機的調速（2）T 型繞組的抽頭調速4其他調速方法自耦變壓器調壓調速、串電容器調速和變極調速等。第三節(jié) 單相異步電動機的反轉和調速本章小結通過本章的學習應掌握如下幾點：1單相異步電動機的結構2單相異步電動機的工作原理3單