第15章单相异步电机

第,15,章 单相异步电动机,15.1,单相异步电动机的原理、性能和分类,单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛应用于家电、电动工具、医疗器械中。,单相电机只做成小容量的。,根据两个定子绕组的分布及供电情况的不同，可以产生不同的启动和运行性能。,单相异步电动机类型有：,(1),单相电阻分相,(,启动,),异步电动机；,YU,(2),单相电容分相,(,启动,),异步电动机；,YC,(3),单相电容运转异步电动机；,YY,(4),单相电容启动兼运转异步电动机；,YL,(5),单相罩极式异步电动机。,单相异步电动机的结构,单相异步电动机一般只做成小容量的。,定子铁心的槽内嵌有主、副绕组，其中,主绕组为单相工作绕组；,副绕组为辅助启动绕组。副绕组在电机运行时可以存在也可以取消,(,借助于离心开关,),。,转子是普通的鼠笼转子。,定子两相绕组,：,m,主绕组，工作绕组,a,辅助绕组，起动绕组,转子为鼠笼式绕组,单,相,异步电动机特点,辅助绕组,a,串联一,移相元件,(,通常是电容器,),，然后与主绕组,m,并联接到单相电源,结构上，,实质上是两相电机,I,m,、,I,a,不同相位，实质上是两相运行,分析方法,对称分量法,双旋转磁场理论,交轴磁场理论,对称分量法分析工作原理,辅助绕组开路时,I,a,0,对称分量法分解成对称分量,设转子的旋转方向为自,a,相转向,m,相,对称分量法分析工作原理,辅助绕组开路时,电压分量,电流分量,辅助绕组开路时的转矩,15.2,单相异步电动机的磁场和机械特性,一、一相定子绕组（又叫单绕组）通电时的机械特性,单相异步电动机定子绕组上有两个交流分布绕组,(,一般相差,90,电角度,),，主绕组,m,和副绕组,a,。,当主绕组,m,相通入单相正弦交流电流时，将会产生正弦分布的基波脉振磁势。,f,p,(x,t,)=,F,p,coswt,cosx,=(1/2)F,p,cos(wt-x)+(1/2)F,p,sin(wt+x,),=f,+,+f,-,这是两个圆形旋转磁势，他们可以分别在异步电动机中产生电磁转矩。所以主绕组通电时电机中的电磁转矩为这两个旋转磁势产生的电磁转矩的叠加。,f,+,产生,T,+,=,f(s),f,-,产生,T,-,=,f(s,),电动机机械特性为,T=T,+,+T,-,。,一相通电时，,F,+,和,F,-,幅值相等，转向相反，对应,T,+,和,T,-,也相对于原点对称。,由合成的,T=,f(s,),曲线可知，即单绕组异步电动机的,结论：,(1),最初启动转矩为零；,(2),没有固定转向；,(3),由于负序转矩的存在，其性能较普通的三相异步电动机的性能差；,(4),理想空载状态也达不到同步速,1,起动转矩等于零,当,s,l,时，,T+,T-,，,T,0,，,单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。,2,转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行,转子转动时，则,Z+,Z-,，,T+,T-,，,T,O,，,由于有负序转矩存在，所以其过载能力和效率均有所降低。,3,理想空载状态也达不到同步转速,因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载，转子电流也不可能为零，单相电机达不到同步转速。,二,.,两相定子绕组通电时的机械特性,当单相异步电动机的主（,m,）绕组和副（,a,）绕组流过不同相位的两相电流时，可产生旋转磁势,F,1,。,F,1,可以分解为两个圆形旋转磁势,F,+,和,F,-,，但运行时,F,+,F,-,对应的,T,+,=,f(s,),和,T,-,=,f(s,),不再对称，合成转矩,T=,f(s,),不通过原点,在,n=0,时，,T0,电动机具有正向启动转矩，启动后，,n0,T0,，电动机可以继续运行。,如果,m,相绕组和,a,相绕组空间错开,90,电角度，通入的两相电流相位差为,90,度且幅值相等，则产生圆形旋转磁势，此时,F=F,+,F,-,=0;T=T,+,T,-,=0,机械特性与三相异步电动机的情况相同，启动转矩也较大。,结论：启动的必要条件,(1),定子具有空间不同位置的两套绕组；,(2),两相绕组通入不同相位的电流。,必须采取措施将,m,相和,a,相电流的相位进行“分相”，不同的分相方法对应于不同的单相异步电动机。广义上说，接在单相电源上工作的电动机叫单相异步电动机。为了启动须要使两个绕组通过两相电流。,两相通电时的磁势,两相绕组的磁势,合成磁,势,若,Fa,=Fm,，,=90,则,圆形旋转磁场,15.3.,单相异步电动机的类型,一、单相电阻分相异步电动机,(YU,BO2,，,JZ,系列,),二极：,90-1100 W,，四极：,60750W,将,m,绕组和,a,绕组设计成不一样。,m,相匝数多、导线粗；,a,相匝数少而导线细。,m,相电抗大而电阻小；,a,相电抗小而电阻大。,启动时,S,合上，,m,和,a,通入被“分相”的电流，电动机启动，当转速达到,75-80%,同步转速时，,S,自动断开。电动机在,m,绕组单独驱动下运行。,曲线,1,为两绕组都通电的机械特性，曲线,2,为只有,m,绕组工作时的机械特性。,这种单相异步电动机两相电流相位相差不大，启动转矩较小,T,st,=(1.1-1.8)T,N,。,改变转向的方法：单独改变,m,（或者,a,）绕组的通电极性。,电阻起动单相电动机,只要两个回路的阻抗不同，,I,m,、,I,a,便不同相位，从而建立旋转磁场，产生电磁转矩,结构简单，起动转矩低,二、单相电容分相启动电动机,(YC,，,CO2,，,JY,系列,),二极：,180-3700W,；,四极：,120-3700W,；,六极：,250-2200W,给,a,绕组中串接一个启动电容,C,，使得,2,绕组的阻抗不同，达到分相的目的。,电容起动电动机,合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动时气隙磁场接近圆形旋转磁场。可以有,较高的起动转矩,。,电动机起动后，在离心力作用下断开常闭触点，自动切断辅助电路,单相运行,优点：,(1),配备合适的电容器可以使得,m,相和,a,相绕组的电流相位差接近,90,度。,(2),这种电机的,a,绕组匝数不受限制，可以做成与,m,绕组一样，从而在起动时得到较为接近圆形的旋转磁势，提高启动转矩。,(3),合成电流较小，即启动电流较小，而启动转矩较大，适合于对启动转矩要求较高的负载。,三、单相电容运转异步电动机,(YY,，,DO2,，,JX,系列,),二极：,40-2000 W,，四极：,25-1500 W,没有开关，,a,绕组不仅参与启动，而且参与运行。,实际上是两相运行电机。运行时气隙磁势接近圆形。电机的运行性能较好，功率因数、效率、过载能力都比电阻分相或者电容分相启动的单相电动机好。,副绕组要按照长期运行的设计标准设计。另外，由于阻抗随着转速变化，圆形启动和圆形运行难以兼顾，所以该类电动机启动性能不如电容分相启动单相异步电动机。,电容运转电动机,额定负载时有接近圆形旋转磁场，性能性能较好,起动时椭圆度差，起动转矩小,空载有负序磁势，空载电流大，损耗大,四、单相电容启动兼运转,(,双值电容,),异步电动机,(YL,系列,),二极：,370-3000 W,，,四极：,250-3000 W,为了克服电容运转电动机不能兼顾圆形启动和圆形运转的缺憾，在,a,绕组中采用两个并联的电容器。,C,为长期运行电容器，,Cs,为启动电容器。,在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器,运行电容,C,R,固定接入辅助绕组电路,起动电容,Cs,在起动时接入，起动后靠离心开关,Q,断开,电机有较好的起动和运行性能,启动时，串联在,a,绕组的总电容为,C+Cs,，较大，可以产生较圆形的旋转磁势；转速达到约,75%nN,后，,Cs,被离心开关断开，运行时的磁势也接近圆形。,该类单相电动机中最理想的一类。启动转矩、最大转矩、功率因数、效率都提高了；电机噪声较小。,小功率三相电动机（可接成单相电动机,YS,，,JW,系列）,二极：,40-2200 W,，四极：,25-1500 W,，六极：,250-3000W,五,.,罩极电动机,1.,罩极电动机的特点,结构上最简单，制造方便；,只能用在轻载启动及单方向运转的设备上；,效率、功率因数较低，过载能力小。,2.,罩极电动机的原理,（,1,）分布绕组的罩极电动机,主绕组：匝数多，为单相工作绕组；,副绕组：匝数少，,2,8,匝，线径,1,3,毫米,闭合线圈或铜环短路。,（,2,）集中绕组的罩极电动机（属典型的）,罩极电动机,罩极绕组,短路环,穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差,两个磁场在空间和时间上不同相,合成磁场是椭圆形,旋转磁场，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分,1,2,I,k,1,2,3,k,E,k,