电机控制课件-单相异步电动机基本知识及应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单相异步电动机基本知识及应用,单相异步电动机是用,220V,单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，,其容量一般为几瓦到几百瓦。由于单相异步电动机具有结构简单,、成本低廉、运行可靠、噪音小、维修方便等优点，,所以在小功能的电器产品中得到广泛应用。,一、单相异步电动机的结构（,1,）,单相异步电动机形式繁多、结构各异，但其基本结构与三相异步电动机,结构相同，都是由机座、定子和转子三大部分组成。下图为单相异步,电动机结构示意图。,一、单相异步电动机的结构（,2,）,下面分别对单相异步电动机的定子、转子、机座等作简单介绍之,1.,机座：机座形式多样，因电动机的冷却方式、防护形式、安装方式和用途面异。构建机座的材料一般有铸铁、铸铝和钢板结构等几种。铸铁机座一般带有散热筋，铸铝机座一般不带散热筋。钢板机座一般由厚度为,1.5,2.5mm,薄钢板卷制、焊接而成。,铸铁,(,铝,),机座,钢板机座,一、单相异步电动机的结构（,3,）,2.,定子,:,定子由定子铁心和定子绕组组成，用于产生磁场。其结构与三相异步电动机定子结构相似；不同之处在于单相异步电动机定子绕组只有两相，分别称为主绕组,(,工作绕组,),和副绕组,(,起动绕组,),。绕组线圈一般采用高强度漆包线绕制而成。,硅钢片铁心,定子,定子,+,机座,一、单相异步电动机的结构（,4,）,3.,转子,:,转子一般采用笼型转子，常用铝压铸而成，其结构与三相异步电动机相同。,一、单相异步电动机的结构（,5,）,单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比，,它体积较大，运行性能也不及三相异步电动机，,因此一般只制成小容量电动机。,电容式,罩极式,二、单相异步电动机的磁场（,1,）,三相异步电动机之所以能旋转是因为在定、转之间的气隙中存在有旋转磁场。旋转磁场不断切割转子绕组导体，进而在转子中产生感应电流，此电流又受到磁场力的作用，并在磁场力的作用下产生电磁力矩而使电动机旋转。,异步电动机工作原理,老师！那么单相异步电动机定子和转子之间是否也存在旋转磁场呢,？,二、单相异步电动机的磁场（,2,）,还是让我们先来看看单相异步电动机的定子结构、结构吧！,单相异步电动机定子上安装有两相绕组，这两相绕组在空间彼此相差,90,0,电角度，一个绕组称为主绕组,(,工作绕组,),，另一个则称为副绕组,(,起动绕组,),。图,5-3,是单相异步电动机定子绕组模型安装示意图，其中电动机转子为鼠笼型转子。图中两相绕组分别是,A(A-X),相和,B(B-Y),相，这两个绕组在空间位置上相差,90,。,二、单相异步电动机的磁场（,3,）,若在图,5-3,为单相异步电动机模型的两相绕组中通入单相电流时，则在气隙中将产生脉振磁场，脉振磁场产生的过程如图,5-4,所示。这个脉振磁场的振幅和位置在空间固定不变，大小则随时间做正弦规律变化。该磁场虽然也在变化，但它并不切割转子绕组，因此无法使电动机产生起动转矩。,二、单相异步电动机的磁场（,4,）,进一步的分析表明，此交变的脉振磁场可分解成两个转向相反、速度相同的旋转磁场。鼠笼式转子在旋转磁场作用下产生电磁转矩在三相异步电动机中已经分析过，并且得出了相应的机械特性。因此，单相异步电动机的电磁转矩是两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。当电动机旋转工作时，正、反向旋转磁场产生的电磁转矩分别为,Tz,和,Tf,，各旋转磁场产生的机械特性曲线与三相异步电动机特性相似。在图,5-5,的机械特性曲线中，曲线,1,为正向旋转磁场对应的特性曲线，曲线,2,为反向旋转磁场对应的特性曲线，曲线,3,则是单相异步电动机运转时的机械特性,(,合成曲线,),。,二、单相异步电动机的磁场（,5,）,综上所述，单相异步电动机的定子绕组如果只通入单相电流，那么就没有起动转矩,(TQ=0),，但运行后能维持运行。,图,5-5,所示的机械特性曲线有以下特点：,1,当转速时，电磁转矩，此时没有起动转矩，电动机不能够起动，即,“,不推不转,”,。,2,当转速时，电磁转矩，此时机械特性在第,象限，电动机正转后，电磁转矩使电动机继续正转运行，即,“,正推正转,”,。,3,当转速时，电磁转矩，此时机械特性在第,象限，电动机反转后，电磁转矩使电动机继续反转运行，即,“,反推反转,”,。,三、单相异步电动机的起动问题（,1,）,从前面的分析可知，单相异步电动机施加单相电压后，气隙间产生脉振磁场，此时电动机无起动能力，无法正常起动。但若电动机起动后，即便脉动磁场也能维持电动机正常运行！因此单相异步电动机的起动问题是一个重要问题！,老师！那么单相异步电动机如何起动呢,？,又有哪些起动方法？,三、单相异步电动机的起动问题（,2,）,单相异步电动机定子实际上有两相绕组，,“,分相,”,的意思是设法使通过这两相绕组的电流的相位发生变化（即不同相），这样电动机就有了起动能力！,单相异步电动机有专门的起动方法，对应的单相异步电动机有：电阻,分相,式单相异步电动机；电容,分相,单相异步电动机 和罩极式单相异步电动机。,老师！上面的,“,分相,”,是什么意思啊,？,三、单相异步电动机的起动问题（,3,）,若图,5-6,为单相异步电动机的工作绕组和起动绕组中通入不同相位的两相交流电流时，在气隙中形成的磁场示意图。图中通入的电流彼此相差,90,0,，那么情况会如何呢？,上面我们分析了一个周期中三个不同时刻对应的磁场的情况，可以看出，这是一个旋转的磁场。旋转的磁场使单相异步电动机产生起动转矩并起动，一旦单相异步电动机完成起动后，即使起动绕组断开，电动机也能正常运行,。,四、电容式单相异步电动机的起动,(1),采用电容器分相的单相异步电动机统称为电容式单相异步电动机！包括,:1.,电容起动式单相异步电动机,;2.,电容运转式单相异步电动机,;3.,电容起动运转式单相异步电动机三种。,下图分别是这三种电动机的接线图,.,电容起动式,电容运转式,电容起动运转式,四、电容起动式单相异步电动机起动原理,(2),1.,电容起动式单相异步电动机,-,电动机起动时在起动绕组中串入合适的电容器,起动结束后将电容器切除,.,电容起动式单相异步电动机的起动,(,分相,),原理,由于电容器的作用，使起动绕组中的电流,I,2,超前于电压,U,，从而与,I,1,之间产生较大的相位差。电容器的大小合适时，两个绕组的电流位差可接近,90,0,电角度，图,5-8(b),所示。这样可使起动时电机中的磁动势接于圆形这种电动机的机械特性如图,5-8(c),所示，曲线,2,虚线部分为接入起动绕组起动时的机械特性，曲线,1,为起动开关切除起动绕组后的机械特性。,四、电容运转式单相异步电动机起动原理,(3),2.,电容运转式单相异步电动机,-,电动机起动时在起动绕组中串入合适的电容器,起动结束后起动电容将保留,.,这种电动机的功率因数和效率较好运行性能优于电容起动电动机。,四、电容起动运转式单相异步电动机起动原理,(4),3.,电容运转式单相异步电动机,-,动绕组回路中串入两个并联的电容器,C1,和,C2,，其中电容器,C2,串接起动开关,K,。起动时两个电容器同时作用，电容量为两者之和，电动机有良好的起动性能。当转速上升到一定程度，,K,自动切除电容器,C2,，电容器,C1,与起动绕组参与运行，确保良好的运行性能。,电容起动运转式电动机虽然结构复杂，成本较高，维护工作量稍大，但其起动转矩大，起动电流小，功率因数和效率较高。经常应用于空调机、小型空压机和电冰箱等产品。,五、罩极式单相异步电动机起动原理,罩极式单相异步电动机的转子仍为鼠笼式，定子有凸极式和隐极式两种，图,5-11,所示为凸极式罩极单相异步电动机的结构示意图。定子每个磁极上套有集中绕组作为运行绕组，极面的一边约三分之一处于开有小槽，经小槽放置一个闭合的铜环，称为短路环，把磁极的小部分罩在环中。当绕组通以单相交流电流时，所产生的脉振磁场,(,或磁通,),分为两部分，一部分不穿过短路环,(1),，另外部分则穿过短路环,(2),。由于短路环的作用导磁通,2,滞后,1,，这种相位差相当于未被罩住部分的磁场向罩住部分连续移动，即磁场的中心线始终由磁极的罩住部分向罩住部分移动，从而使电动机产生起动转矩并运行。,罩极单相异步电动机起动转矩小，旋转方向总是由磁极的被罩部分转向未罩部分且不能改变。但这种电动机结构简单、维修方便、价格低廉，因此经常使用于小型鼓风机、电唱机、风扇等。,六、电阻分相式单相异步电动机起动原理,图,5-7,为电阻分相电动机的接线原理图和各电量的相量图。图中起动绕组设计时起动绕组的匝数较少，导线截面取得较小，与运行绕组相比，其电抗小而电阻大。起动绕组和运行绕组并联接电源时，由于阻抗不同，起动绕组电流,I,2,与运行绕组电流,I,1,便不同相位，超前,I,1,一个电角度，从而起到分相作用而产生椭圆旋转磁场，使电动机能够自行起动。,由于这种分相方法，相量,I,1,与,I,2,位于电压相量,U,的同一侧，它们之间相位差不大，因而起动转矩不大，只能用于空载和轻载起动的场合。,起动绕组一般按短时工作设计的，这时起动绕组回路串有开关,K,，当转速上升到接近稳定转速时，自动断开，以保护起动绕组和减少损耗，由运行绕组维持运行。,知识链接,5.1,单相异步电动机起动辅助电器介绍,(1),除电容运转单相异步电动机外，单相异步电动机在起动过程中，转子转速达到同步转速的,70%,左右时，需要借助离心开关、起动继电器或,PTC,起动器等电器切除起动绕组或起动电容器。,图,5-12,为离心开关结构示意图。离心开关安装在电机内部（或外部），离心器压装在转子轴上和转子一起转动，底板安装在电机端盖上。当离心开关静止时，离心块按压开关导通。当转速达到同步转速的百分之七十至百分之八十五时，离心器在离心力作用下甩开，触点打开，切断起动绕组，使工作绕组开始正常运行。当电动机切断电源后，由于弹簧的作用而使离心器复位，起动绕组重新接通，为第二次起动作好准备。,知识链接,5.1,单相异步电动机起动辅助电器介绍,(2),有,些单相异步电动机，如电冰箱电动机，由于它与压缩机组装在一起并放置在密封的罐子内，因此不便安装、也不合适安装离心开关，此时就采用起动继电器替代。图,5-13,为重锤式起动继电器外形示意图，这种起动继电器常用于压缩机电动机的起动。,继电器的吸铁线圈串联在主绕组回路中，起动时，主绕组电流很大，重锤（衔铁）动作，使串联在起动绕组回路中的动合触点闭合。于是起动绕组接通，电动机处于两相绕组运行状态。随着转子转速上升，主绕组电流不断下降，吸引线圈的吸力下降，当到达一定的转速后，电磁铁的吸力小于触点的反作用弹簧的拉力，重锤下降，触点被打开，起动绕组断开，电动机转入正常运行。,知识链接,5.1,单相异步电动机起动辅助电器介绍,(3),PTC,起动器是一种能,“,通,”,或,“,断,”,的热敏电阻，专用于单相异步电动机的起动。图,5-14,为,PTC,起动器外形图。使用时将它与起动绕组串联，在起动初期，因,PTC,热敏电阻尚未发热，阻值很低，起动绕组处于接通状态，电机开始起动。随着时间的推移，电机的转速不断增加，,PTC,元件的温度上升，当超过居里点,Tc,（即电阻急剧增加的温度点），,PTC,元件因温度逐步升高，呈现出高阻态，相当于起动绕组断开，仅保持很小的维持电流和很小的功率损耗,.,PTC,起动器具有无触点、无噪声、无电火花、耐振动、体积小、重量轻、价格低、运行可靠等优点。因为,PTC,为热敏电阻，有一定的热惯性，,PTC,元件冷却需要一段时间，因此，两次起动间必须有一定的时间间隔（一般需要,2,3,分钟），等到,PTC,元件冷却，恢复原来阻值后，方能再次起动。,考考您！,1.,什么是单相异步电动机？单相异步电动机在结构上与三相异步电动机有什么区别？,2.,单相异步电动机按起动方法可分为那几类？各有什么特点？用在什么样的场合比较合适？,3.,电容起动式或电容运转式单相异