單相異步電動機(jī)基本原理

單相異步電動機(jī)基礎(chǔ)知識2009年5月26日

目錄一、電機(jī)基本原理二、電機(jī)常見問題三、電機(jī)測試四、部分單相異步電機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)一、電機(jī)基本原理電機(jī)定義、種類安培環(huán)路定律、電磁感應(yīng)定律、電磁力定理脈振磁場、圓形旋轉(zhuǎn)磁場、橢圓旋轉(zhuǎn)磁場單相異步電機(jī)如何轉(zhuǎn)起來二、電機(jī)常見問題異步是什么意思？為什么要串連電容？如何合理選擇電容？怎樣合理設(shè)定轉(zhuǎn)速？標(biāo)準(zhǔn)化有什么好處？常見噪音與那些因素有關(guān)？以及改進(jìn)存在的問題？如何改變電機(jī)轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？三、電機(jī)測試室內(nèi)機(jī)掛機(jī)測試室外機(jī)測試電機(jī)T-N電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)電機(jī)特殊實(shí)驗(yàn)四、部分單相異步電機(jī)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)部分國家標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的定義

電能機(jī)械能（動力）磁場磁場是實(shí)際存在的一種物質(zhì)，像空氣一樣摸不著看不到磁力線，從N極到S極閉合曲線磁場強(qiáng)度H磁通密度（磁感應(yīng)強(qiáng)度）B磁是橋梁能量守恒空調(diào)中電機(jī)分類空調(diào)中使用的電機(jī)有：單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步機(jī)無刷直流電機(jī)單相同步電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)罩極異步電機(jī)單相電機(jī)分類Single－PhaseAsynchronousMotor

：電阻起動電容起動恒電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)變電容起動運(yùn)轉(zhuǎn)罩極起動能量怎樣轉(zhuǎn)化

電生磁磁生電磁、電生力電生磁

通電導(dǎo)線產(chǎn)生磁場變化電流產(chǎn)生變化磁場右手螺旋法則IH沿任一條閉合回路L，磁場強(qiáng)度的線積分等于該閉合回路所包圍的全電流。電生磁（磁場量化---安培環(huán)路定律）

本定律闡述磁通變化產(chǎn)生感生電勢的規(guī)律。

變化磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢：

式中W——與磁通Φ相交鏈的線圈匝數(shù)

——與線圈交鏈的磁通（Wb）

t——時間（S）

e——感應(yīng)電動勢（V）磁生電—電磁感應(yīng)定律

當(dāng)導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動并切割磁力線時，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢

：

式中B——磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）

L——導(dǎo)線有效長度

V——導(dǎo)線垂直于磁場的運(yùn)動速度

e——感應(yīng)電動勢（V）

磁生電—電磁感應(yīng)定律感應(yīng)電勢方向遵循右手定則磁、電生力—電磁力定律當(dāng)磁場與載流導(dǎo)體互相成α角時，作用在導(dǎo)體上的電磁力為:F=BIL*sinα

式中F——電磁力（N）

B——磁感應(yīng)強(qiáng)度（T）

I——導(dǎo)體中的電流（A）

L——導(dǎo)體的有效長度（m）電磁力方向遵循左手定則在質(zhì)量不變的物理系統(tǒng)中，能量總是守恒的，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，而僅能變換的形式。在電動機(jī)中能量的平衡關(guān)系為：

電源輸入的電能=磁場儲能的增加+轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗+機(jī)械能的輸出

式中：轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗主要包括三部分（1）定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗；（2）交變磁通在鐵芯中的鐵耗（3）通風(fēng)、摩擦產(chǎn)生的機(jī)械損耗能量守恒原理旋轉(zhuǎn)磁場對稱的多項(xiàng)繞組通對稱的多項(xiàng)電流時，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場實(shí)際是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場單相繞組可產(chǎn)生脈振磁場由于單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場，電機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能起動，如下圖表示：

旋轉(zhuǎn)磁場單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢，電機(jī)不能啟動在三相電機(jī)中，當(dāng)定子三相繞組接到對稱三相交流電源時，對稱三相交流電流在對稱三相繞組中流通，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場，從下圖表示：

旋轉(zhuǎn)磁場單相單相異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)中的單相不是指單相繞組單相指單相電源單相電機(jī)定子鐵芯中嵌放兩相繞組且其軸線在空間相隔90°電角度，兩相繞組的線徑、匝數(shù)分布規(guī)律各不相同，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）。副繞組鐵串聯(lián)電容后接入電源。結(jié)構(gòu)原理如下圖：

兩相繞組單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)

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)一個電容C再與工作繞組并接于電源在單相電機(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，則與三相電機(jī)一樣也產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場，如下圖：單相電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場對稱兩相繞組通對稱兩相電流時，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動機(jī)

重要這就是為什么要串連電容C副繞組中電流IA相位上超前于主繞組電流IM產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場兩項(xiàng)繞組通兩項(xiàng)電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場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)：

單相異步電動機(jī)基本原理

同步轉(zhuǎn)速在單相電機(jī)的轉(zhuǎn)子中鑄有許多彼此相連通的鼠籠形鋁導(dǎo)條，如圖示：單相異步電動機(jī)基本原理

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’。二、電機(jī)常見問題異步是什么意思？為什么要串連電容？如何合理選擇電容？怎樣合理設(shè)定轉(zhuǎn)速？標(biāo)準(zhǔn)化有什么好處？常見噪音與那些因素有關(guān)？以及改進(jìn)存在的問題？如何改變電機(jī)轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？因?yàn)閚1=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)”。

異步是怎么回事？

異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1不等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n異步為什么要串連電容？

電容和繞組方案共同決定某個轉(zhuǎn)速點(diǎn)是否是圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場是我們追求的目標(biāo)有電容電機(jī)才能啟動電容和匝比之間存在如下關(guān)系：

C＝P2/（2π?·2aUm2η）

a為匝比，副相有效匝數(shù)比主相有效匝數(shù)

P2為輸出功率

η為效率如何選擇電容？

有時候受到工藝等限制，需要合理調(diào)整電容，使電機(jī)工作在接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場電機(jī)同步轉(zhuǎn)速：

怎樣合理設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速？

根據(jù)頻率和極數(shù)可以確定同步轉(zhuǎn)速；異步電機(jī)轉(zhuǎn)速不能超過同步轉(zhuǎn)速；極數(shù)頻率(Hz)同步轉(zhuǎn)速(RPM)２503000４501500６501000２603600４601800６601200怎樣合理設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速？

電機(jī)力矩曲線負(fù)載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機(jī)受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)，轉(zhuǎn)矩相對影響轉(zhuǎn)速較小6極電機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz)時比較合理；效率、成本優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)化有什么好處？空調(diào)安裝架標(biāo)準(zhǔn)化：庫存少，通用，供應(yīng)商制作簡單質(zhì)量穩(wěn)定等等對應(yīng)電機(jī)就是端蓋標(biāo)準(zhǔn)化：減少庫存、通用、減少換模調(diào)模時間、質(zhì)量穩(wěn)定端蓋質(zhì)量影響電機(jī)噪音標(biāo)準(zhǔn)化可以降成本標(biāo)準(zhǔn)化有什么好處？對于空調(diào)轉(zhuǎn)軸標(biāo)準(zhǔn)化：風(fēng)葉安裝部位標(biāo)準(zhǔn)通用對電機(jī)轉(zhuǎn)軸標(biāo)準(zhǔn)化：減少庫存、通用、減少制作成本、減少轉(zhuǎn)產(chǎn)時間浪費(fèi)、縮短生產(chǎn)周期標(biāo)準(zhǔn)化可以降成本標(biāo)準(zhǔn)化有什么好處？對于空調(diào)電源線標(biāo)準(zhǔn)化：使用電源線線色、端子連接器可以通用對于電機(jī)電源線標(biāo)準(zhǔn)化：減少庫存、通用、減少制作成本、縮短采購周期、縮短生產(chǎn)周期標(biāo)準(zhǔn)化可以降成本常見噪音可能與那些因素有關(guān)？整機(jī)噪音電機(jī)的振動頻率與整機(jī)的固有頻率相等或接近時，發(fā)生共振產(chǎn)生的可能原因有那些？槽配合斜槽端蓋轉(zhuǎn)子動不平衡鼠籠轉(zhuǎn)子鑄鋁電機(jī)運(yùn)輸空調(diào)安裝支架、板面太薄，強(qiáng)度不夠電機(jī)生產(chǎn)過程中其他常見噪音可能與那些因素有關(guān)？很多可能原因如何解決？更改槽配合（受模具限制）更改斜槽（可操作，但與標(biāo)準(zhǔn)化不符）改進(jìn)端蓋質(zhì)量（受到外協(xié)廠水平、模具限制）改進(jìn)鑄鋁（受到鑄鋁工藝、設(shè)備限制）校驗(yàn)轉(zhuǎn)子動不平衡（可操作，但影響產(chǎn)能）改進(jìn)包裝、運(yùn)輸（范圍有限）控制生產(chǎn)過程（可改善摩擦噪音等不良，范圍有限）改善空調(diào)結(jié)構(gòu)（客戶配合）空調(diào)中使用阻尼等（對整機(jī)噪音效果明顯，需客戶配合）其他具體操作又會碰到那些問題常見噪音可能與那些因素有關(guān)？整機(jī)噪音是一個很復(fù)雜的系統(tǒng)問題，不單是電機(jī)或空調(diào)的問題對整機(jī)噪音，單改善電機(jī)不一定會有效，因?yàn)閷τ谀撤N電機(jī)來說，電機(jī)的固有頻率范圍已經(jīng)確定建議盡量借鑒現(xiàn)有好的空調(diào)結(jié)構(gòu)和電機(jī)結(jié)構(gòu)；充分驗(yàn)證如何改變電機(jī)轉(zhuǎn)向？電機(jī)出線側(cè)看,轉(zhuǎn)向如圖改變轉(zhuǎn)向的方法：主相、副相，反接一相即可改變轉(zhuǎn)向如何改變電機(jī)轉(zhuǎn)向？如何改變電機(jī)轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？抽頭調(diào)速常見的調(diào)試方法降壓調(diào)速PG調(diào)速抽頭調(diào)速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(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。T型L型T型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升低；缺點(diǎn)：電機(jī)高檔效率低，主繞組生產(chǎn)時，匝間比例高。L型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)高檔效率高，付繞組匝間比例低；缺點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升較高降壓調(diào)速

降壓調(diào)速方法很多，如串聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串聯(lián)可控硅調(diào)壓調(diào)速。空調(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅調(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?？煽毓鑼?dǎo)通角α1=180°時，電機(jī)端電壓為額定值，α1＜180°時電壓波形如果實(shí)線部分，電機(jī)端電壓有效值小于額定值，α1越小，電壓越低。

降壓調(diào)速電機(jī)力矩曲線負(fù)載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)無反饋調(diào)速，轉(zhuǎn)速波動比較大，不同批產(chǎn)之間的電機(jī)、同批次不同電機(jī)之間都可能存在較大波動在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機(jī)受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化PG調(diào)速塑封PG電機(jī)就是可控硅降壓調(diào)速。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。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：PG調(diào)速在電機(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板中的霍爾原件相感應(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)定有廠家預(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，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏高時，則降低電控的輸出電壓,這樣通過PG信號的反饋調(diào)節(jié)電控輸出電壓就實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的平滑調(diào)速。PG調(diào)速是有反饋閉環(huán)調(diào)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速能準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速三、電機(jī)測試室內(nèi)機(jī)掛機(jī)測試室外機(jī)測試電機(jī)T-N電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)電機(jī)特殊實(shí)驗(yàn)1、室內(nèi)機(jī)掛機(jī)測試

環(huán)境溫度影響很大擺葉位置調(diào)整使電流功率最大值空調(diào)掛起來后面濾網(wǎng)是否干凈影響很大測試人員站在這里，盡量不要擋住出風(fēng)1、室內(nèi)機(jī)掛機(jī)測試

√√×

平放氣流與風(fēng)阻不同測試轉(zhuǎn)速不準(zhǔn)確高30～40轉(zhuǎn)2、室外機(jī)測試

風(fēng)葉上標(biāo)記，便于測試電腦數(shù)字閃光測試儀與空調(diào)中心成60度角,距離300mm測試人在此位置，盡量不影響出風(fēng)室外機(jī)相對較穩(wěn)定冷熱態(tài)轉(zhuǎn)速不同2、室外機(jī)測試－溫升測試

正常測試采用電阻法。溫升測試：必須要等到電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后測試，通常是2小時或更長★斷電后必須立即堵住電機(jī)風(fēng)扇，不允許電機(jī)旋轉(zhuǎn)?！镫姍C(jī)斷電后，電機(jī)熱電阻降低非?？?，鋁漆包線下降更快，所以通常在5秒內(nèi)將電阻測試完成序號說明1熱電偶測試溫度法測試溫升2有專門的溫升測試儀器測試溫升3測試電阻時一定要斷開電容3、電機(jī)T-N與工作區(qū)域

電機(jī)力矩曲線負(fù)載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機(jī)受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)，轉(zhuǎn)矩相對影響轉(zhuǎn)速較小6極電機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機(jī)設(shè)置轉(zhuǎn)速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz)時比較合理；4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

電阻測試：主、副相電阻空載性能：功率、電流、電容電壓模擬負(fù)載：功率、電流、轉(zhuǎn)速絕緣電阻：鐵殼電機(jī)大于50MΩ，塑封大于20MΩ噪音、振動低壓啟動：空載0.5倍額定電壓，負(fù)載0.85倍額定電壓堵轉(zhuǎn)性能：功率、電流4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

正確旋轉(zhuǎn)檔位電阻測試注意環(huán)境溫度?。‰姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)后馬上測試電阻不是冷態(tài)電阻4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

模擬負(fù)載測試模擬負(fù)載模擬負(fù)載只能模擬實(shí)際負(fù)載的一個點(diǎn)4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

振動測試測試探頭彈性吊架振幅位移（μm）振動速度mm/s測試6個點(diǎn)測試4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

噪音測試耳聽4個探頭正對電機(jī)，距離約31.5cm4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

測功測功輸出：效率曲線、T-N曲線、功率曲線、電流曲線4、電機(jī)常規(guī)檢驗(yàn)

堵轉(zhuǎn)測試電機(jī)堵轉(zhuǎn)通過熱電偶與測試儀相連，可打印曲線驗(yàn)證非正常狀態(tài)時的安全性5、電機(jī)特殊實(shí)驗(yàn)

其他特殊實(shí)驗(yàn)高、低溫放置試驗(yàn)高、低溫運(yùn)行試驗(yàn)濕熱試驗(yàn)淋雨試驗(yàn)跌落試驗(yàn)運(yùn)輸試驗(yàn)響定試驗(yàn)?zāi)途眯栽囼?yàn)浪涌試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)四、部分單相異步電機(jī)