第6章单相异步电动机

Yd1Yd5第6章其他交流电动机6.1单相异步电动机6.2三相同步电动机*6.3单相（微型）同步电动机*6.4直线异步电动机思考与练习题6.1单相异步电动机单相异步电动机采用单相电源供电,功率比较小,从几瓦到几百瓦,它广泛应用于家用电器（如电风扇、电冰箱、空调、洗衣机、吸尘器等）、医疗器械和小型机械中。生活中的单相异步电动机图片一、结构二、工作原理单相定子绕组通入单相交流电产生脉动磁场SNSN脉动磁场可以分解为两个大小一样、转速相等、方向相反的旋转磁场F+、F-。顺时针方向转动的旋转磁场F+对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向转动的旋转磁场F-对转子产生逆时针方向的电磁转矩。在启动时刻这两个电磁转矩大小相等、方向相反，电动机的转子不会转动，也就是说单相异步电动机的启动转矩为零。TTT''T'10022ss'单相异步电动机的机械特性1、s=1（n=0）时，合成电磁转矩为零，无法直接启动。2、一旦单相异步电动机转动起来，由于顺时针旋转磁场F+和逆时针旋转磁场F-产生的合成电磁转矩不再为零，在这个合成电磁转矩的作用下，即使没有其它外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向继续运转。(需要解决单相异步电动机的启动问题)3、单相异步电动机总有一个反向的制动转矩存在，所以额定转速略低，其效率和负载能力都不及三相异步电动机。三、分相启动电动机只要在空间不同相的绕组中通入时间上不同相的电流，就能产生一旋转磁场，分相启动电动机就是根据这一原理设计的。1、电阻启动电动机（1）结构特点–定子绕组由辅助绕组及工作绕组两部分组成（启动绕组匝数少，导线细；工作绕组匝数多，导线粗。由于结构的不同，流经这两套绕组的电流存在着一定的相位差）–启动结束后，辅助绕组被自动切除（2）优缺点–价格较低–启动电流较大，启动转矩不大（3）应用范围–轻载或空载定子的两个绕组：1）主绕组，2）启动绕组。两绕组在空间相差90°。在启动绕组回路中串接启动电容C，作电流分相用，并通过开关Q与工作绕组并联在同一单相电源上。工作绕组呈感性，I1滞后于U。若适当选择电容C，使流过启动绕组的电流I2超前I190°，就相当于在相位上互差90°的两相电流流入在空间相差90°的两相绕组中，就在气隙中产生旋转磁场，并在该磁场作用下产生电磁转矩,使电动机转动。)90sin()sin(12tIitIimm212、电容启动分相式单相异步电动机mIiit1200；；W1W2S1S2X21mmIiIit707.0707.04512；；W1W2S1S2XX12mmIiIit09012；；W1W2S1S2X12mmIiIit707.0707.013512；；W1W2S1S2XX21mmIiIit120180；；W1W2S1S2X21mmIiIit707.0707.022512；；W1W2S1S2XX21mmIiIit027012；；W1W2S1S2X21mmIiIit707.0707.031512；；W1W2S1S2XX21mmIiIit120360；；W1W2S1S2X21单相电容启动式异步电动机旋转磁场的产生优点：启动转矩大，启动电流小，启动性能好，适用于满载启动的场合。3罩极电动机的定子一般采用凸极式，工作绕组集中绕制，套在定子磁极上。在极靴表面的1/3～1/4处开有一个小槽，并用短路铜环把这部分磁极罩起来，短路铜环起了启动绕组的作用，称为启动绕组。罩极电动机的转子做成笼型（a）单相交流电流（b）罩极电动机的磁场优点：结构简单,制造方便；缺点：转向只能由未罩部分向被罩部分旋转，不能实现正反转。常用于小型电风扇上。4．电容运转式单相异步电动机•电容运转式单相异步电动机在结构和原理上与电容分相式电动机完全一样,只是启动绕组和电容器都设计为长期工作状态,工作绕组与启动绕组在运转时都起作用。电容运转式单相异步电动机实际上是两相电动机,它的运行特性较好,功率因数、效率和过载能力都比电容分相启动和电阻分相启动的异步电动机要好。四、单相异步电动机的反转1、将工作绕组或启动绕组的首末端对调1I2、将电容器从一个绕组改接到另一个绕组洗衣机正反转控制电路注意：两相绕组完全对称，即匝数相等，空间相位差90o电角度；串联电容器的绕组中的电流超前于电压，不串联电容器的那相绕组中的电流落后于电压。1、串电抗器调速法将电抗器与电动机定子绕组串联，加到电动机定子绕组上的电压低于电源电压，达到降压调速的目的。由额定转速向低调速。线路简单、操作方便。应用：吊扇。五、单相异步电动机的调速电容运转电动机在调速范围不大时，普遍采用定子绕组抽头调速。定子槽中嵌有工作绕组W1W2、启动绕组S1S2和调速绕组D1D2。通过改变调速绕组与工作绕组、启动绕组的连接方式，调节相位差来实现调速的目的。2、电动机绕组变抽头调速应用：台扇、落地扇。M典型线路图分析典型线路图分析：经检验合格的家用电器产品在出厂时都附有电气原理图或电气接线图。电气原理图是根据电气动作原理而绘制，台扇的电气原理图多粘贴在底座的盖板上，落地扇多粘贴在开关箱的后盖板上，有些生产厂同时在使用说明书中给出电气原理图，这对电风扇的安装使用、维修分析提供了方便。有些电气原理图简单明了，很容易看懂其原理、调速方式和接线方式，而有些电气原理图则过于复杂，从电气原理图不易分清其调速方式和接线方式，给维修带来困难。下面结合电风扇的典型接线图进行分析介绍，以使对电动机的典型接线方式有所了解。图6-7台风扇调速电路任何物质在液化后都要放出热量，在气化时都要吸收热量，这是最普遍的物理现象。空调冰箱就是利用了这个道理，将制冷剂液化放出热量，然后再让他蒸发吸收热量。液化放出热量的位置和蒸发吸收热量的位置不能在一处，否则没有任何效果。因此空调就有了室外机，目的是散热和其它主要功能。电冰箱电路主要由压缩机电动机、启动器、温控器、热保护器等组成。压缩机电动机一般均采用电阻启动单相异步电动机（少量也有采用电容启动的）,因此它的启动绕组只在启动时接通电源,启动后必须立即从电源上切除,这通常由启动器来完成。图6-8是普通单门电冰箱电路。当温控器触点接通时,电动机开始启动,启动后启动器的线圈通电才能将衔铁吸下,启动器触点断开,切断启动绕组电路,电动机正常运转。经过一定时间后,温控器触点断开,电动机便停止运转。热保护器作为电动机的过载保护。灯开关由冰箱门进行控制,当门打开时,灯开关闭合接通照明灯电路。图6–8电冰箱调速电路洗衣机电路主要由电动机和定时控制器两大部分组成,电动机均为电容运转式单相异步电动机。对于需要正反转的洗衣机电动机,工作绕组和启动绕组完全一样,只要改变电容器与两绕组的串接顺序,电动机就能实现正反转。图6-9是单缸洗衣机控制电路。K1、K2、K3是发条式定时器的触点,由它们来控制洗涤时间和正反转。S1是选择弱强洗的转换开关,借助于定时器K2或K3通断时间长短的不同,可控制强洗或•有关强洗、中洗和弱洗的工作情况如下：•强洗：波轮单向连续转动，洗涤时产生强烈的涡流冲刷衣物。波轮转动时间的长短由定时器控制，最长不超过15分钟。适用于洗涤较脏的工作服、床单及粗厚衣物。•中洗：波轮以自动间歇正反向转动，产生中等涡流冲刷衣物进行洗涤。正或反转25～30秒，间歇3～5秒。适用于洗涤棉麻织物、化纤混纺衣物。•弱洗：波轮以自动间歇正反向转动，产生柔和涡流冲刷衣物进行洗涤。正或反转3～5秒，间停5～7秒。适用于洗涤丝绸、毛纺等柔质衣物。•从以上可知，洗衣机的洗涤强度，既强洗、中洗和弱洗，与电风扇送风强度是有本质区别的。电风扇是以改变电动机的转速来获得不同的风量，而洗衣机的强、中、弱洗并非通过电动机转速改变来获得，它是通过控制电动机的运转与停止的时间长短来实现的。图6-9洗衣机调速电路6.2三相同步电动机交流电机分为异步电机和同步电机两大类。在前面我们已讲述了交流异步电机,本节简要介绍同步电机。同步电机又可分为同步发电机、同步电动机和同步补偿机（调相机）三种。发电厂用的发电机都是同步发电机。三相同步电动机主要用于功率较大,转速不需要调节的生产机械中,如空气压缩机、大型水泵等。同步电动机由于具有启动比较困难,不易调速等缺点,限制了它的应用,但可通过改变励磁电流来改善电网的功率因数,因此也得到了广泛应用。近年来,由于交流变频技术的发展,解决了电源变频的问题,从而使同步电动机的启动和调速问题得到了解决,同步电动机得到了更为广泛的应用。同步电机还可作同步补偿机用，专门用来改善电网的功率因数。同步电机无论作何种用途,有一个共同的特点是它的转速总等于定子旋转磁场的同步转速,即pfnn1160因此,(6-1)6.2.1三相同步电动机的基本结构同步发电机、同步电动机和同步补偿机,它们的结构相同,1．定子同步电机的定子与异步电机的定子的结构基本相同,是由定子铁心、定子绕组（电枢绕组）、机座和端盖等组成的。铁心是由硅钢片叠成的,大型同步电机由于尺寸较大,硅钢片冲制成扇形(如图6-10所示),然后拼叠成圆形。电枢绕组是三相对称绕组,有些大型高压电机的绝缘要求较高。机座和端盖与三相异步电动机的相同。图6-10定子扇形硅钢片冲片2．转子同步电机的转子与异步电机的转子不同,它由转子铁心、转子绕组（励磁绕组）和滑环组成。通过电刷和滑环给转子上的励磁绕组通入直流励磁电流,就可使转子产生固定极性的磁极。同步电机的转子结构形式有两种,凸极式转子如图6-11(a)所示,磁极铁心用硅钢片冲压叠成,磁极上装有直流励磁绕组,绕组的连接应使转子的磁极极性N和S在电机圆周上交替排列,励磁电流通过电刷和滑环通入励磁绕组。凸极式转子的特点是,转子与定子之间的气隙不均匀,结构简单,制造方便,但机械强度较差,适用于低速同步电机,如水轮图6-11(a)凸极式；(b)隐极式隐极式转子如图6-11(b)所示,转子呈圆柱形,无明显的磁极,转子和转轴是由整块的钢加工成统一体。在圆周上约有2/3的部分铣有齿和槽,槽内嵌放同心式直流励磁绕组,没有开槽的1/3部分称为大齿,是磁极的中心区域。励磁绕组也是通过电刷和滑环与直流电源相连接。隐极式转子的特点是,转子与定子之间的气隙均匀,制造工艺比较复杂,机械强度较好,适用于极少数高速的同步电机,另外,在同步电机转子的表面,都装有类似笼型异步电动机转子的短路绕组,在同步发电机中称为阻尼绕阻,在正常运行中起稳定作用。在同步电动机中称之为启动绕组。在异步启动时起启动作用,启动后同步运行时起稳定作用。6.2.2三相同步电动机的工作原理当同步电动机的定子三相绕组接到三相对称电源上时,三相绕组中流入三相对称电流,由磁场理论知道,它将产生一个圆形旋转磁场,如果转子已经通入直流励磁电流产生了固定的磁极极性,且转子转速接近于旋转磁场的同步转速,根据同名磁极相斥、异名磁极相吸的原理,旋转磁场磁极对转子磁极产生的磁拉力则牵引着转子以同步转速旋转,即n=n1,如图6-12所示,这就是同步电动机的简单工作原理。由于转子的转速与旋转磁场的转速相同,故称为同步电动机。图6-12同步电动机的工作原理6.2.3三相同步电动机的相量图与电磁功率凸极式同步电动机与隐极式同步电动机的不同之处是凸极式电动机转子有明显的磁极,气隙不均匀,电枢磁动势处于气隙圆周的不同位置时遇到的磁阻不同。当定、转子磁极轴线重合时（0°）,转子处于直轴轴线位置,这时磁路的气隙最小,磁阻也最小,对应的电抗值最大,称之为直轴同步电抗,以Xq表示。当定、转子磁极轴线相差90°电角度时,转子处于交轴轴线位置,这时的磁路气隙最大,磁阻也最大,相应的电抗值最小,称之为交轴同步电抗,以Xq表示。当定、转子磁极轴线相差的角度处于上述两位置之间时,相应的磁阻及电抗也处于两者之间，若不计定子绕组电阻压降,凸极式同步电动机的电qqdd01jjXIXIEU(6–2)式中:——定子相电压；——定子感应的相电动势；——定子相电流的直轴分量；——定子相电流的交轴分量；