单相异步电动机

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,*,什么是单相异步交流电动机,采用单相交流电源供电的电动机称为单相异步电动机。,单相异步电动机的容量一般在,750W,以下，与同容量的三相异步电动机相比，它的体积较大，运行性能较差，但是它结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便，通常广泛应用在小容量的场合，如家用电器（电风扇、电冰箱、洗衣机等）、空调设备、电动工具（如油泵、砂轮机）、医疗器械及轻工设备中。,洗衣机电机,油烟机电机,电动车电机,家用空调电机,下一页,上一页,什么是单相异步交流电动机,单相异步电动机的优缺点,优点：结构简单，成本低廉，噪音小。,缺点：与同容量三相感应电动机相比较，体积较大，功率因数及过载能力都较低。,故单相感应电动机只能作成小容量：,微型：几瓦,750,瓦；,小型：,550,瓦,3700,瓦。,什么是单相异步交流电动机,与三相感应电动机相似，包括定子和转子两大部分。转子结构都是笼型的，定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心上嵌有定子绕组。,单相感应电动机正常工作时，一般只需要单相绕组即可，但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运行的电动机没有起动转矩。,为使电动机能自行起动和改善运行性能，除工作绕组（又称主绕组）外，在定子上还安装一个辅助的起动绕组（又称副绕组）。两个绕组在空间相距,90,0,或一定的电角度。,单相异步交流电动机的结构,单相异步交流电动机的结构,单相异步交流电动机的工作原理,1,、单相绕组的脉振磁场,定子绕组：主绕组是一单相绕组,m,m,：加一正弦交流电气隙产生脉振磁场,F0,脉动磁场：磁场大小及方向随电流的变化而变化，但磁场的轴线却固定不变。,结论 磁场只是脉动而不旋转，电动机不起动。,1,）,n=0,，,T,0,，无起动转矩，不采取措施，电机不能自行起动。,2,）如果外力使电机转动：,n0,，,T0,，正转；,n0,，,T0,，反转可以运行但不能起动。,单相异步交流电动机的工作原理,单相异步电动机,一、单相异步电动机的工作原理,结构：,定子放单相绕组（其中通,220V,单相交流电）,转子一般用鼠笼式。,定子,转子,定子,绕组,220V,N,S,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,在电流正半周,在电流负半周,？,转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方,向继续转动。,其原理分析如下：,定子绕组产生的脉动磁场（,），可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即：,+,-,t,m,=,+,-,=,m,/2,脉动磁场的分解,-,+,+,-,正反向旋转磁场的合成转矩特性,合成转矩,起动转矩,为零。,（正向）,（反向）,正,转,转,反,单相异步交流电动机的工作原理,分析：,1,）转子静止时，,n=0,S=1,，合成转矩为,0,。单相感应电动机无起动转矩，故单相异步电动机不能自行起动。三相异步电动机电源断一相，相当于一台单相异步电动机，故不能起动。,2,）当,s1,时，,T0,，且,T,无固定方向，取决于,s,的正负。一旦旋转，转向依外力方向而定，即在外力矩作用下，电机可朝外力方向旋转。,三相感应电动机运行中断一相，电机仍能继续运转,。,3,）由于存在负序转矩，使合成转矩减小，过载能力低，,T,F,不变，,n,下降,S,上升,I,2,上升,I,1,上升温升增加。,单相异步交流电动机的工作原理,分相式单相异步电动机起动的必要条件方法,:,定子具有空间不同相位的两套绕组。,两套绕组中通入不同相位的交流电流。,通常可取两种方法：,副绕组中串入适当电阻。,副绕组采用的导线比主绕组的截面细，匝数比主绕组少。,电容分相式起动,二、单相异步电动机的起动,K,D,C,W,ST,W,:,主绕组（工作绕组）,ST,：启动绕组,K,：离心开关,A,X,A,X,W,ST,A,X,A,X,K,D,C,W,ST,接近,90,电容分相式单相异步 电动机起动原理,A,B,B,A,A,B,B,A,A,B,B,A,两相旋转磁场,动画,45,0,90,0,i,B,i,A,O,启动时开关,K,闭合，使两绕组电流相位差约为,90,，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。,工作原理,K,D,C,W,ST,A,X,A,X,S,A,B,B,i,A,i,B,A,1,2,实现正反转的电路,改变电容,C,的串联位置，可使,单相异步电动机反转。,将开关,S,合在位置,1,，电容,C,与,B,绕组串联，电流,i,B,较,i,A,超前近,90,；当将,S,切换到位置,2,，电容,C,与,A,绕组串联，电流,i,A,较,i,B,超,前近,90,。这样就改变了旋转磁,场的转向，从而实现电动机的,反转。,电动机转子转动起来后，利用,离心力将开关,S,断开,(S,是离心开,关,),，使起动绕组,B,B,断电。,M,2,罩极式单相异步电机,i,1,2,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌,(,极靴,),当电流,i,流过定子绕组时，产生了一部分磁,通,1,，同时产生的另一部分磁通与短路环作用,生成了磁通,2,。由于短路环中感应电流的阻碍,作用，使得,2,在相位上滞后,1,，从而在电动机,定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。,罩极式单相电机,定子,磁极,转子,短路,环,定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。,图中电机的转动方向：顺时针,旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的,磁通领先。,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。,三、单相电机的使用,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电,源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，,电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供,电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使,用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启,动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此,时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，,必须赶快排除故障。,同步电机的主要结构,与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。,定子：,同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。,同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1,m,时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成 扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。,如图所示：,转子：,同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。,见图：,1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。,2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。,区别：对于高速旋转 的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。,大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。,汽轮发电机：转速高，采用隐极式。,水论发电机：转速低，采用凸极式。,12.2.3 冷却问题简述：,在中、小型电机中，都采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时，电机内部的损耗及发热量迅速增加，冷却问题显得格外重要，此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。,1）在大型汽轮发电机中，为了提高其冷却效率，往往用氢气冷却，是氢气与空气混合后，有爆炸危险，必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。,目前在更大容量的发电机中，可以采用导线内部直接冷却。例如采用空心导体（如图），冷却介质直接在导体中流通而把热量带走，这样能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有氢气 及水等。,同步电机的额定值,同步电机的额定值有：,1）额定电压：,是指在正常运行时，按照制造厂的规定，定子三相绕组上的,线电压,。电压的单位用,V,或,kV,表示。,2）额定电流：,流过定子绕组的线电流,。,3）额定功率：,是指在正常运行时，电机的,输出功率,。,A：,对于发电机而言：输出的是电功率。,B：,对于电动机而言：输出的是机械功率。,单位是,KW。,4.,相数,m ：,一般,m=3。,5.,额定频率,:,我国额定工业频率规定,=50,Hz.,6）额定转速：,额定转速即为电机的同步速，在一定极数及频率时，它的转速是定值。,交流电机分：,同步电机,-n=n,s,(n,s,为同步转速）,异步电,机,-nns,一、同步电机分类：,旋转电枢式：电枢旋转，主极固定，因电枢功率不易由滑动部分送出，只适于较小容量发电机，实用少。,旋转磁极式：磁极旋转，电枢固定，电枢功率由静止部分送出，可传送较大功率，实用广，是同步发电机的基本结构型式。,同步电机,同步电机的基本工作原理,旋转磁极式,隐极,式转子：不计齿槽时气隙均匀；机械强度高，适用于高转速；一般用于汽轮发电机；外形细长。,凸极,式转子：气隙不均匀，极弧下较小，极间较大；机械强度比隐极机低，适用于低转速；一般用于水轮发电机，外形扁盘形。,二、,隐极,同步电机（只有卧式支撑）,1,、,隐极式转子,结构：隐极式,转子上没有凸出的磁极,，如图,6-1,所示。沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，槽中嵌放励磁绕组。在转子表面约,1/3,部分没有开槽，构成,所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也,会出现,N,极和,S,极。,图,6-1,隐极式,转子,2,、,隐极式,转子特点：在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达,170,米,/,秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。转子长度,/,直径,=2.5,6.5,，且容量愈大比值愈大。,3,、,汽轮发电机,主要结构部件有：定子、转子、端盖和轴承。,定子,定子大体上与异步电机相同，定子铁心由或其它厚度的电工钢片叠成。,图,6-2,汽轮发电机,三、凸极同步电机（卧式、立式支撑）,1,支撑：卧式、立式支撑。立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分：悬式（推力轴承在转子上部）、伞式。,2,、水轮发电机的特点是：极数多，直径大，轴向长度短，整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同。大多数水轮发电机为立式。,3,、定子：水轮发电机的直径很大，定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成。为了散热的需要，定子铁心中留有径向通风沟。,4,、转子：水轮发电机由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式转子结构工艺上较为简单。凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，如图所示。,转子铁心：由厚度为,1,3mm,的钢片叠成；磁极两端有磁极压板，用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组。有些发电机磁极的极靴上开有一些槽，槽内放上铜条，并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组，其作用是用来抑制短路电流和减弱,电机振荡，在电动机中作为起动绕组用。,励磁绕组：励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为,N,极和,S,极。,图 凸极式,转子,同步电机的运行原理,一、工作原理,1,、定子上：三相绕组，空间互差,120,0,电角度，匝数相等,转子上：,I,f,由转子,N,极出来气隙定子铁心气隙转子,S,极,原动机,n,逆时针恒速旋转定子上导体切割磁力线产生,e,2.,同步电动机基本工作原理,电枢绕组通入三相交流电流后，气隙中产生电枢旋转磁场，其旋转磁场的速度为同步速度：,当转子励磁绕组通入直流电流后，在同一气隙中，双呈