第6章单相异步电动机

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1、 Yd1 Yd5 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、一、 结构结构 二、二、 工作原理工作原理 单相定子绕组通入单相交流电 产生脉动磁场 S N S N 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

2、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。 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。

3、三、三、 分相启动电动机分相启动电动机 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 1 、电阻启动电动机、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

4、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I1 90，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。 2 1 2 2、电容启动分相式单相异步电动机、电容启动分相式单相异步电动机 SN W1 W2 S1 S2 X 2 1 SN W1 W2 S1 S2 X X 1 2 SN W1 W2 S1 S2 X 1 2 SN W1 W2 S1 S2 X X 2 1 SN W1 W2 S1 S2 X 2 1 SN W1 W2 S1 S2 X X 2

5、 1 SN W1 W2 S1 S2 X 2 1 SN W1 W2 S1 S2 X X 2 1 SN W1 W2 S1 S2 X 2 1 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 3、罩极电动机、罩极电动机 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 1/31/4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

6、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 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 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、四、 单相异步电动机的反转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 2、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

7、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、五、 单相异步电动机的调速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

8、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，

9、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

10、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

11、器 K2或K3 通断时间长短的不同, 可控制强洗或 弱洗。 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2530秒，间歇35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35秒，间停57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

12、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

13、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 因此, 这种电机称为同步电机。 ( 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, 均是由定子和转子两部分组成的。 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

14、）、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, 即凸极式和隐极式。 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

15、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 发电机和低速的同步电动机等。 图 6 -11 同步电机的转子结构 (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

16、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, 如汽轮发电机。 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