单相异步电动机知识

单相异步电动机知识讲师:王中泉2007-12-10单相异步电动机知识一、工作原理(单绕组异步电动机)单相异步电动机定子上一般有两个绕组：起动绕组、工作绕组，两绕组在空间上相距90度电角度。转子是笼型结构。单相异步电动机知识常用起动方法是裂相起动。在定子上另装一套起动绕组，使之为工作绕组在空间上互差90°电角度。起动绕组与电容(或电阻)串联后再与工作绕组并联于同一电源上，如图所示。适当选择串入电容C的大小，可以使起动绕组中电流IB超前于工作绕组中电流IA约90°相角。这样两绕组磁动势可以在气隙中形成一个接近于圆形的旋转磁动势和磁场，并产生一定的起动转矩。单相异步电动机种类1.单相电阻起动异步电动机—冰箱压缩机2.单相电容起动异步电动机--冰箱压缩机3.单相电容起动运转异步电动--空调压缩机4.单相罩极异步电动机—小家电空调压缩机用单相异步电动机的性能要求1.最大力矩—和压机排量成正比,压机的BDV要求有关(通常为额定力矩的2.2倍以上)2.起动力矩--(通常为额定力矩的0.3倍以上)冷媒沉积试验3.电容电压---气体负荷详细试验中电容电压电容耐压值的1.1倍4.额定工况效率决定COP的水平5.和保护器的匹配(保护器的UT气体负荷详细试验ITMAX,-30%电压或20%电压下,马达堵转保护试验绕组温度200度单相异步电动机结构异步电机主要由固定不动的定子和旋转的转子两部分组成，定、转子之间有气隙.单相异步电动机结构铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路，嵌放定子绕组。为了嵌放定子绕组，在定子冲片中均匀地冲制若干个形状相同的槽。槽形有三种：半闭口槽、半开口槽、开口槽。半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。单相异步电动机结构绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。定子绕组在槽内部分与铁心间必须可靠绝缘，槽绝缘的材料、厚度由电机耐热等级和工作电压来决定。单相异步电动机结构转子结构:铁心：由厚度为0.5mm的低硅钢片叠装而成，构成磁路。转轴：支撑转子铁心和输出机械转矩。绕组：构成电路部分。分为：笼形绕组和绕线式绕组。单相异步电动机结构总结:定子--两相绕组+铁芯+绝缘材料转子—转子铁芯+铝压铸鼠笼由两相绕组在气隙中形成旋转磁场,转子导条感生电势产生电流,电流和磁场作用产生作用力使转子旋转,由于转子旋转速度低于旋转磁场的速度,所以叫异步电动机单相异步电动机磁场单相异步电动机•转子为什么要斜槽?由于定转子开槽产生齿谐波,齿谐波的分布系数及短距系数和基波相同,不能用分布及短距的方法削弱它,在单相电机中通常采用转子斜槽的办法,使齿谐波磁场在转子导条中感应的电势被抵消掉,这样就能防止齿谐波磁场产生的附加转矩.损耗.噪音.一般斜一个定子齿距.•转子为什么要充分发蓝?发蓝能减低转子的涡流电流,在起动阶段,负序磁场大,涡流电流在负序磁场作用下,产生阻转矩,严重时导致起动不良高发.单相异步电动机•E=4.44fwkΦ•E—电势f—频率w—每相串联匝数k—绕组系数•Φ—每极气隙磁通量•在同样的每极气隙磁通量下,-8电源机种的匝数是-1电源的2.3倍,但通常60HZ的铁损比50HZ铁损高,为降低铁损,-1电源的每极气隙磁通量比-8电源机种小,所以,-8电源机种的匝数是-1电源的2倍左右.单相异步电动机•如何提高电机效率?•电机的损耗:铜损,铁损,机械损,杂散损.•铜损:定子铜损,转子铝损•铁损:定子,转子铁芯磁滞损,涡流损.•降低定子铜损---1.降低定子绕组匝数但要注意①.磁密上升,铁耗增大.②激磁电流增大,铜损增大③.功率因素降低.2.降低定子绕组端部长度但要注意定子制造性.3.增加定子导线面积但要注意槽满率不要过高.成本上升.•降低转子铝损---1.增大转子槽面积,端环面积但要注意起动力矩下降,用材料增加.•降低铁损----1.定子铁芯热处理成本增加2.高牌号电磁钢板成本增加3.增大铁芯厚度,降低磁密,但铁芯重量增加,能否降低铁损取决于这两因素谁占主导地位.另外激磁电流减低,降低铜损,但电阻上升,能否真正降低铜损要注意.单相异步电动机转子起动转矩的影响因素:漏电抗大,转子电阻小,转子发兰不充分,转子鼠笼断条.气孔.•降低漏电抗---1.降低定子绕组匝数但要注意①.磁密上升,铁耗增大.②激磁电流增大,铜损增大③.功率因素降低.2.改进定子槽形,增大槽宽,减小槽高但要注意齿磁密增加,功率因素降低.•增加转子电阻---1.减小转子槽面积,端环面积但要注意转子铝损上升,效率下降.•.选择好的转子发兰,铸铝工艺.转子铝损单相异步电动机转子起动电流的影响因素:漏电抗小•增加漏电抗---1.增大定子绕组匝数但要注意起动转矩降低.最大转矩的影响因素:漏电抗大,定子电阻大,转子电阻大.•降低漏电抗.定子电阻---1.降低定子绕组匝数但要注意①.磁密上升,铁耗增大.②激磁电流增大,铜损增大③.功率因素降低.2.改进定子槽形,增大槽宽,减小槽高但要注意齿磁密增加,功率因素降低.3.选大的线规,要注意槽满率不要过高•降低转子电阻---1.增大转子槽面积,端环面积但要注意起动转矩下降.单相异步电动机异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数的关系，由简化等效电路推导出表达式如下单相异步电动机•2.最大电磁转矩Tmax和发生最大电磁转矩时的转差率sm•注意：•在给定频率下，Tmax与U12成正比。最大电磁转矩与转子电阻无关，但发生最大电磁转矩的转差sm与R'2成正比（亦即与R2成正比）。漏抗越大，Tmax越小。故当转子回路电阻增加（如绕线型转子串入附加电阻）时，Tmax虽然不变，但sm增大，整个Tem=f(s)曲线向左移动。单相异步电动机起动转矩TstTem表达式中，令s=1得Tst表达式。单相异步电动机磁滞损耗----铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停转动，相互之间会不断摩擦，因而就要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗的大小----磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率f和铁心体积V成正比。单相异步电动机•.涡流与涡流损耗•涡流----铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产生，简称涡流。•涡流损耗----涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的I2R损耗称为涡流损耗。•涡流损耗的大小----涡流损耗与磁场交变频率f、厚度d和最大磁感应强度Bm的平方成正比，与材料的电阻率ρ成反比。•由此可见，要减少涡流损耗，首先应减小厚度，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成硅钢片，显著提高电阻率。变频用三相异步电动机变频调速变频调速，是通过改变电动机定子绕组供电频率来改变电动机同步转速。由于异步电动机的同步转速n0与电源频率f1成比例变化，所以改变f1就改变n0从而实现异步电动机的调速异步电动机的转速为n=(60f1/p)×(1－s)=n0－Δn异步电动机定子电路的电压平衡方程式为U1=－E1+I1Z1E1=4.44f1N1φmKw1在忽略定子阻抗压降的情况下，则有U1≈E1＝4.44f1N1φmKw1∝f1φm式中：U1-----定子绕组相电压；E1-----定子绕组感应电势；f1-----定子绕组电源频率；p-----极对数；n0-----同步转速；φm-----每极对气隙磁通；I1Z1-----定子阻抗压降。变频用三相异步电动机从式中可见，当电源频率发生变化时不仅影响电动机的运行速度，而且还会影响电动机内部磁通量和各部分磁路磁通密度的变化。从而必然引起电动机其他性能参数的变化。当频率f1下降低于额定频率时，定子绕组内的感应电动势E1随之下降。但因电源电压U1保持不变，由于U1与E1之间的差值增大，迫使励磁电流Im增大，以企图建立更大的气隙磁通量φm，以确保在同步速n0较低的情况下，感应足够的电动势E1与外加的电源电压U1平衡。恒转矩调速特性的控制恒转矩调速，就是说：在改变频率f1的调速过程中保持电动机的输出转矩不变。由电机原理可知，三相异步电动机的最大电磁转矩的表达式为Tmax=C(U1／f1)2U1／f1＝4.44Kw1N1φm∝Cφm式中：C----常数，变频用三相异步电动机恒转矩调速控制时：恒转矩，TF=T1。UF应随fF变化，应保持(UF／fF)=(U1／f1)=常数，比值恒定，气隙磁通量基本保持不变。调速过程中电动机的过载能力就能保持不变，达到恒转矩调速控制目的。但是在低频调速时，U1，E1都较小，定子绕组的感抗也变得很小，此时电动机内部电阻引起电压降已不容忽略，电动机的转矩将因此下降。为了获得恒定的转矩必须通过检测定子负载电流，提高定子电压，进行电压补偿，以便维持转矩恒定不变或有所提升。恒功率调速特性的控制恒功率调速，就是说：在改变频率f1的调速过程中保持电动机的输出功率不变电源电压有一定限制，电动机的输入电压也必须限制在允许的范围内。调速进入电压恒定不变，只能是恒功率调速。然而在电压允许范围内设定额定电压和最高电压也是可以的。