第三节 单相异步电动

第三章电动机与变压器第三节单相异步电动机第三节单相异步电动机【教学目标】1．了解单相异步电动机的结构和工作特点；2．了解单相异步电动机的分类；3．掌握单相异步电动机的反转与调速；4.学会单相异步电动机的使用与检修。【教学重点】单相异步电动机的反转与调速【教学难点】单相异步电动机的检修第三节单相异步电动机单相异步电动机是利用单相电源供电的一种小容量交流电动机。由于它结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点。在电动工具等方面得到了广泛应用。与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的不足之处是：体积较大，运行能力较差，效率较低。因此，单相异步电动机的容量一般在几瓦到几百瓦之间。一、单相异步电动机的结构和工作特点单相异步电动机的结构原理和三相异步电动机大体相似，即它的转子为笼型结构，定子采用在定子铁心槽内嵌放单相定子绕组，如图3-37所示。图3-37单相异步电动机的结构1．单相异步电动机的结构在单相定子绕组中通入单相交流电后，产生的磁场不是旋转磁场，而是脉动磁场。一个脉动磁场可以分解为两个大小相等、方向相反的旋转磁场，单相异步电动机的电磁转矩T等于在正、反转磁场分别作用下产生的电磁转矩T+和T-之叠加。如果单相异步电动机定子上只有主绕组，当转速n=0时，电磁转矩T=0，无起动转矩，电动机不能起动。但电动机一旦获得初速度起动后，T+和T-不再相等，电动机就能继续运转，且运转方向取决于初速度的方向。单相异步电动机的结构和工作特点2．单相异步电动机的工作特点为了解决单相异步电动机的起动问题，在单相定子上安装两套绕组，一套是工作绕组（或称主绕组）长期接通电源工作；另一套是起动绕组（称为副绕组或辅助绕组），如果工作绕组与起动绕组对称（匝数相等、空间互差90°），通入相位差90°的两相交流电，则可产生旋转磁场，转子便能自行起动。转动后的单相异步电动机，切除起动绕组后仍可以继续运行。这种把单相交流电变为两相交流电的起动方法称为单相异步电动机的分相起动。单相异步电动机的结构和工作特点3．单相异步电动机的起动单相异步电动机根据分相的方法，可分为单相电阻起动异步电动机、单相电容起动电动机、单相电容运行异步电动机、单相电容起动与运行异步电动机和单相罩极式异步电动机等。二、单相异步电动机的分类单相电阻起动异步电动机的起动绕组通过一个起动开关和工作绕组并接到单相电源上，如图3-38（a）所示。当两个绕组并联接在同一个电源时，会流过不同相位的电流，起动绕组电流I1超前于工作绕组I2一个电角度如图3-38（b）所示，从而产生旋转磁场，获得起动转矩。这种电动机起动转矩不大（一般为额定转矩的1.2～2倍），但起动电流较大，在电冰箱中得到了广泛的应用。图3-38单相电阻起动异步电动机单相异步电动机的分类1．单相电阻起动异步电动机在起动绕组中串入一个电容器，就构成单相电容起动异步电动机。单相电容起动异步电动机在起动绕组中也串接了一个起动开关，其结构如图3-39所示。单相电容起动异步电动机的起动转矩大，起动电流量小，起动性能好，适用于各种满载起动的机械，如小型空气压缩机，木工机械等。图3-39离心开关结构单相异步电动机的分类2．单相电容起动异步电动机将单相电容起动异步电动机中的起动开关去掉，起动绕组的导线加粗，就组成了单相电容运行异步电动机，如图3-40所示。单相电容运行异步电动机的电容量较小，其起动性能不如单相电容起动异步电动机，但由于这种电动机结构简单，价格低，工作可靠，运行性能好，所以广泛用于电风扇、空调、电子仪表等用电设备中。图3-40单相电容运行异步电动机单相异步电动机的分类3．单相电容运行异步电动机单相电容起动与运行异步电动机虽然结构复杂，成本高，但起动与运行性能都有改善，因此主要用于要求起动转矩大，功率因数较高的设备上，如电冰箱、水泵、小型机车等。为了使电动机在起动和运行时都能得到比较好的性能，在起动绕组中采用了两个并联的电容器，如图3-41所示。图3-41单相电容起动与运行异步电动机单相异步电动机的分类4．单相电容起动与运行异步电动机单相罩极式异步电动机是结构最简单的一种单相异步电动机，按磁极形式的不同可分为凸极式和隐极式两种，原理完全一样，只是凸极式结构简单，更为常见。凸极式按励磁绕组布置的位置不同，又分为集中励磁和单独励磁两种，励磁绕组均称为定子绕组，转子都采用笼型结构，如图3-42所示。图3-42凸极式罩极电动机单相异步电动机的分类5．单相罩极式异步电动机在交流电上升过程中，磁通量增加，短路环中产生感应电动势和电流，阻止磁通进入短路环，这时的磁通主要集中在磁极的未罩部分，如图3-43（a）所示。当交流电流达最大值时，电流和磁通量基本不变，短路环中的电动势和电流很小，基本上不起作用，磁通在整个磁极中均匀分布，如图3-43（b）所示。在交流电流下降过程中，磁通量减少，短路环中的电动势和电流阻止磁通量减少，使每个磁极中的磁通集中在被罩部分，如图3-43（c）所示。图3-43罩极电动机中磁场的移动原理单相异步电动机的分类罩极式电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、运行时噪声小，维护方便。缺点是起动和运行性能较差，转向只能由未罩部分向被罩部分旋转，主要用于小功率空载起动的场合，如计算机的散热风扇、各种微型电扇等。单相异步电动机的分类三、单相异步电动机的反转与调速与三相异步电动机一样，要使单相异步电动机反转必须使旋转磁场反转，因为异步电动机的转向是从电流相位超前的绕组向电流相位落后的绕组旋转的，如果把其中绕组反接，旋转磁场的方向必将随之改变。一般是把工作绕组或起动绕组的首端和末端与电源的接线对调，有的电容运行单相电动机采用将电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中的方法实现反转。1．单相异步电动机的反转单相异步电动机和三相异步电动机一样，恒转矩负载的转速调节是较困难的。对容量较小的通风机类负载，如吊扇、台扇等，一般采用电容运行单相异步电动机，为了达到控制其风量和风速的目的，大多带有调速装置，而且大多采用改变定子绕组电压的方法来调速。三、单相异步电动机的反转与调速2．单相异步电动机的调速将电抗器与电动机定子绕组串联，利用电抗器上产生的电压降，使加到电动机定子绕组上的电压下降，使电动机转速由额定转速往下调。通过调节抽头改变电抗器上的电压降，可以使电动机获得不同的转速。电路如图3-44所示。这种调速方法简单，操作方便；但只能有级调速，且电抗器上消耗电能，现已很少使用。图3-44串电抗器调速电动机三、单相异步电动机的反转与调速（1）串电抗器调速所谓微风，是指电扇转速在500r/min以下送出的风，如果采用一般的调速方法，风扇电动机在这样低的转速下很难起动。在图3-44所示电路的基础上设置微风档，并在此档上串联PTC元件，利用PTC元件在常温下电阻很小的特点，使电动机能够在微风档直接起动；起动后由于电流的热效应，PTC元件的电阻迅速增大，使电动机进入微风档运行。图3-44串电抗器调速电动机三、单相异步电动机的反转与调速（2）采用PTC元件调速晶闸管调速是通过改变晶闸管的导通角，来改变加在电动机上的交流电压，从而调节电动机的转速。如图3-45所示。吊扇晶闸管调压调速电路整个电路只用了双向晶闸管、双向二极管、带电源开关的电位器、电阻和电容等5个元件，电路结构简单，调速、节能效果好，可以做到无级调速；但会产生一些电磁干扰，大量用于风扇调速。图3-45吊扇晶闸管调压调速电路三、单相异步电动机的反转与调速（3）晶闸管调速四、单相异步电动机的使用与检修单相异步电动机的使用大体上与三相异步电动机相仿。在电动机的运行过程中也要注意电动机转速是否正常起动，温升是否过高，是否有焦臭味，在运行中有无杂音和震动等等。电动机的检修，可根据故障症状推断故障可能部位，并通过一定的检查方法，找出损坏的地方，以使故障排除。可能的原因检查和排除方法通电即断熔丝，电路或电动机可能有短路检查电路及电动机，查找熔断原因并更换合格熔丝电源不通或电源电压不正常检查电源和控制电器电动机定子绕组、起动绕组开路或损坏用万用表检查，修理或更换绕组电容器损坏或断开用万用表检查并更换同规格的电容器离心开关触点接触不良修理或更换转子卡住转子负载应能用手平滑转动，检查轴承是否灵活，定转子是否相碰，传动机构是否受阻；过载检查所带负载是否正常单相异步电动机的使用与检修1．通电后电动机不能起动可能的原因检查和排除方法电源电压偏低找出原因并设法提高电源电压绕组有局部短路排除短路故障或更换绕组电容器规格不符或容量变小调换合格电容器转子笼条或端环断裂修理或更换转子电动机负载过重检查轴承及负载情况单相异步电动机的使用与检修2．电动机通电起动慢，转速过低可能的原因检查和排除方法分相式电动机起动绕组短路应逐一检查，排除故障点电容器损坏起动开关坏起动电路接触不良罩极式电动机一般是短路铜环断路拆开电动机检查单相异步电动机的使用与检修3．电动机通电后不转动，但可按拨动方向转动可能的原因检查和排除方法工作绕组或起动绕组匝间短路或接地找出故障处，修理或更换工作绕组与起动绕组相互接线改正接线起动开关无法断开，使起动绕组长期运行检修或更换起动开关轴承内润滑油干涸清洗轴承加新的润滑油单相异步电动机的使用与检修4．电动机运行时温升过高可能的原因检查和排除方法绕组短路或接地找出故障点，修理或更换轴承损坏或缺少润滑油更换轴承或加润滑油定子与转子之间有硬杂物清除杂物离心开关损坏修理或更换电扇风叶变形修理或更换单相异步电动机的使用与检修5．电动机运转中响声异常【课堂练习】第三节单相异步电动机教材“复习思考题”：1.填空题第13、14、15题；2.选择题第10、11、12、14题；3.判断题第13、14题;4.简答题第15、16题。【课堂小结】单相异步电动机与三相异步电动机的比较：第三节单相异步电动机结构工作原理分类反转方法调速方法单相异步电动机三相异步电动机【课后作业】教材“复习思考题”简答题第13、17题。第三节单相异步电动机