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1、本科生课程大作业报告课程名称：特种电机及其驱动技术题目：电机在空调中的应用姓名：学号：学院：电气工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：目录1槪述21-1电机简介21.2空调电机的基本要求32空调用电机原理32.1压缩机电机32.1.1异步电动机特点及其控制系统42丄2单相异步电机42.1.3三相异步电机52.2空调风扇电机72.3其它装置用电机92.4步进电机在空调中的应用92.4.1步进电机简介92.4.2步进电机在空调中的应用102.5永磁同步电机在空调中的应用112.5.1永磁同步电机工作原理及其特点112.5.2永磁同步电机在空调中的应用122.6无刷直流电机在空调中的应用132.
2、6.1无刷直流电机简介132.6.2无刷直流电机在空调中的应用143空调中常用电机性能比较144结论与展望15电机在空调中的应用电机（Electric Machine）,是机械能与电能之间转换装迓的统称。转换是双向的，大部 分应用的是电磁感应原理。由机械能转换成电能的电机，通常称做“发电机”：把电能转换 成机械能的电机，被称做“电动机”。电机在生活中的应用非常广泛，在家庭中一般属于驱 动型电机。驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔 等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影 碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机
3、及其它通用小型机械设备（包 括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。家用电动机主要是小功 率电机，家庭中凡有转动件的，都是由电机來驱动的，如：空调室内机风扇电机、室外风 扇电机、空气压缩机、室内机转页电机等。家用电器的性能与所匹配的电机有着直接的关 系，电机的效率、功率因数、调速范围及噪声与家电的节能环保有着密切的关系。本文着 重讨论电机在空调中的典型应用。1概述空调即空气调节器（Air Conditioner）,是指用人工手段，对建筑/构筑物内环境空气的 温度、湿度、洁净度、速度等参数进行调节和控制的过程。一般包括冷源/热源设备，冷热 介质输配系统，末端装置等儿大部分和其他
4、辅助设备。主要包括水泵、风机和管路系统。 末端装置则负责利用输配來的冷热虽，具体处理空气，使目标环境的空气参数达到要求。空调的结构包括压缩机、冷凝器、蒸发器、风扇、四通阀、单向阀毛细管组件。空调 中的驱动电机主要有4个。一个是在压缩机里做功，起到循环制冷剂的作用：一个是在室 外机里，带动风扇给压机、冷凝器降温：一个是在室内机里，带动风扇把蒸发器的“冷” 给吹出來：一个是室内机百叶窗的调整电机。1.1电机简介电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械.用于实现电能向机械能的转换。运行 时从电系统吸收电功率，向机械系统输出机械功率。电机驱动系统主要由电机、控制器 （逆变器）构成，驱动电机和电机控制器
5、所占的成本之比约为1:1,根据设计原理与分类方 式的不同，电机的具体构造与成本构成也有所差异。电机的控制系统主要起到调节电机运 行状态，使其满足整车不同运行要求的目的。针对不同类型的电机，控制系统的原理与方 式有很大差别。动力电源信号图1.1-1电动机驱动系统的基本组成框图L电磯铁型直滾电机-盘电机-永创流电机二翳器豔轨电68型电机交潦、直潦两用电机一交瀛轅流式电机r感应电机(IM)(Induction)LL三相感应电机匚蠶式交流电机二相感应电机分相起动电机 电容起动电机 单相感应电机反拔起动电机 -电容电机 -电咖式电&帧 有屏箴极电机电机同步电机(SM) (Synchronus)-绕组磁场
6、型电机 一永晞磁铁型电机-磁阴电机同步磁胆电机“l开关磯阻电机磁滞电机（Hysteresis Motor）r可变18阴型（VR型）步进电机卜永磁型（PM型）压电执行II磁致伸嬢执行 8S（Magnetostrtctjon Actuator） 静电执行器一非电磁型电机L混合型（HBffi） 超声波电机图1.1-2电机的分类（按原理）1.2空调电机的基本要求根据空调的工作环境、功能要求、性能要求等，用于空调的电机须有以下基本特 点：1电机结构紧凑、尺寸尽呈小，封装尺寸有限，必须根据具体产品进行特殊设计。2. 重虽尽虽轻，以减轻整体重虽。增加电机与整体的适配性。3. 可靠性高、失效模式可控。4. 提
7、供良好的力矩控制，动态性能较好。5. 效率高，低功率损耗。6. 成本低，以整体费用。7. 调速范围合适。8. 节能环保。9. 环境适应性好。10. 结构简单，价格低廉，适合大批塑生产，运行时噪声低，使用维修方便。2空调用电机原理空调器的驱动电机有压缩机、风扇电机（轴流风机和贯流风机）、摆动送风叶片（步进 电机和同步电机）等部件电机驱动。2.1压缩机电机空调压缩机是制冷系统中的心脏，其驱动电机的性能和质虽举足轻重。设计该电动机 的就要使其既能在压缩机中长期稳定地工作，乂能同压缩机体达到垠佳的匹配，从而提高 压缩机的性能指标，获得最好的经济效益。空调压缩机电机按其供电的相数，可分为三相和单相异步电
8、动机，其中三相异步电动 机主要用于3HP以上的大功率压缩机和变频压缩机，一般家用3HP以下的空调器压缩机 大部分采用单相异步电动机，而该类单相异步电动机又可分为PSC（Permancnt Split Capacitor ）电动机和 CSR （Capacitor Start and Run ）电动机，前者电路简 单，可靠性高，但起动转矩较小：后者由于使用了起动电容，所以起动转矩增大。2.1.1异步电动机特点及其控制系统感应电动机又称异步电动机，即转子置于旋转磁场中，在旋转磁场的作用下，获得一 个转动力矩，因而转子转动。转子是可转动的导体，通常多呈鼠笼状。定子是电动机中不 转动的部分，主要任务是产
9、生一个旋转磁场。旋转磁场并不是用机械方法來实现。而是以 交流电通于数对电磁铁中，使其磁极性质循环改变，故相当于一个旋转的磁场。这种电动 机并不像直流电动机有电刷或集电环，依据所用交流电的种类有单相电动机和三相电动机。（1）异步电动机的特点异步电动机有下面的优点：结构紧凑、坚固耐用：运行可靠、维护方便：价格低廉. 体积小、质址轻：环境适应性好：转矩脉动低，噪声低。交流异步电动机成本低而且可靠 性髙，逆变器即便损坏而产生短路时也不会产生反电动势，所以不会岀现急刹车的可能性。 三相笼型异步电动机的功率容虽覆盖面很广.从零点几瓦到儿千瓦。它可以采用空气冷却 或液体冷却方式，冷却口由度奇、对环境的适应性
10、好，并且能够实现再生制动。与同样功 率的直流电动机相比较，效率较高、重虽约要轻一半左右。同时它有下面的缺点：功率因数低，运行时必须从电网吸收无功电流來建立磁场：控 制复杂，易受电机参数及负载变化的影响：转子不易散热：调速性能差，调速范围窄。（2）异步电动机的控制系统由于交流三相感应电机不能直接使用直流电，因此需要逆变装迓进行转换控制。新能 源汽车减速或制动时，电机处在发电制动状态，给裕电池充电，实现机械能转换为电能。 在新能源汽车上，由功率半导体器件构成的PWM功率逆变器把希电池电源提供的直流电 变换为频率和輛值都可以调节的交流电。三相异步电动机逆变器的控制方法主要有V/f恒 定控制法、转差率
11、控制法、矢址控制法和直接转矩控制法（DTC） o 20世纪90年代以前 主要使用前两种控制方式，但是因转速控制范围小.转矩特性不理想.而对于需频繁起动、 加减速的电动车并不适合。现在.后两种控制方式目前处于主流的地位。2.1.2单相异步电机空调器用单相压缩机有两个绕组，即启动绕组与运行绕组（主绕纽），三个接线头，其 中C为公共端，S为启动瑞，R为运行端，一般采用电容运行式（PSC）驱动，实行定速 控制，其接线原理如图21所示。220VAC/50HZ图2.1-1单相压缩机电机接线原理从图中可以看出，电机从启动到正常运行过程中，副绕组电路始终都串接一只电容， 这样电器运行性能好，效率与功率因数高，
12、工作可靠。2.1.3三相异步电机三相异步电机结构与单相电机类似，不同的是三相电机定子由3组完全对称的绕组组 成，这三个绕组嵌在定子铁芯槽中，而且在空何分布上彼此错开120电度角。3个绕组 可接成Y形，亦可接成形，当定子绕组中通入三相对称电流（即三相电流在时间位相上 互差120电度角）时，就会在定子、转子何的气隙产生旋转磁场，使转子因电磁感应血 产生电磁转矩。三相异步电动机结构简单，性能优良，转矩、效率与功率因数都较单相异 步电动机高，所以功率较大的空调器，如柜式空调器压缩机多采用三相异步电机。三相异步电动机不需要启动和运行电容就能口动形成旋转磁场.其Y形和形接线原 理如图2.2-1所示。VAC
13、/、_/ 9间间间 IBS之之之 相V w U 三U-V-W-相位差三相相1电上12注：将三相电源线的任意 两相对调即可便电动机 反转。*图2.1-2三相压缩机Y形和形接线原理三相异步电机多用于变频空调压缩机里。同传统定频空调相比，变频空调具有节能效 果明显、温度调节平稳、整个频率范围内运行噪声低等一系列优点，因而受到了用户的欢 迎。空调变频电机一般采用三相感应电机，它克服了传统定频空调中单相感应电机起动性 能差、电磁噪声大、效率低的不足，可实现柔性起动、低电压运行，并随负荷变化口由调 整转速，从而大大提高效率。由于变频器供电的特点以及压缩机运行的特殊性.普通感应电机难以达到较好的运行 性能，
14、效率低，噪声大，甚至出现不能起动和高频F堵转，导致电机烧坏等问题。常规电源直接供电的感应电机在运行过程中.由于磁通不可控制，功奉因数一般较低: 在低速下效率也达不到要求。同时，为了满足起动特性，鼠笼式转子的槽形往往被设计成 深儕或双鼠笼槽，利用起动时电流的集肤效应增大起动电阻，以满足其起动转矩并限制起 动电流。这样设计的电机具有以下三大缺点：1）转子漏抗大，直接影响到最大转矩：2）转子深槽占用了转子大虽的空间，不利于电机的体枳优化：3）各种深槽或双鼠笼槽结构使得电机在生产加工时面临很大的工艺问题，增加了生 产成本。变频器供电下感应电机运行条件则发生了根木的变化，电机运行时，随着逆变器的调 频调
15、压控制，机械待性曲线可以任意平移，这使得电机在低速时降低供电频率，可以把最 大转矩调到起动点，使起动转矩等于最大转矩，同时降低了起动电流：通过调节电压和频 率，可以找到一个最佳的滑差频率，使电机的某项性能（如效率、功率因数等）达到最优。与此同时，由于变频电源的非正弦性，输出电压中含有髙次谐波，电机运行时会在定、 转子导体中产生集肤效应，使导体有效截面积减少，电阴增大，造成定、转子铜损耗増大, 同时产生电磁噪声。从变频器供电的特点可知，变频电机的设计可以不再考琨起动问题，转子槽不需设计 为深槽，从而可以对电机整体尺寸进行优化：效率和功率因数可以在不同速度下都维持较 高的水平，从而提高功率密度。与此同时，电机必须考虑变频器谐波的彫响，设计方案应 该能尽呈抑制谐波，此外还应该提高绝缘等级。因此，变频电机的设计应和变频器供电条件结合起来，把电机和变频器作为系统进行 综合考虑，使整体性能达到最优。另外，根据空调压缩机驱动系统的工作特点，对所配套的变频电机有如下要求： 调速范围要求不是很宽。一般空调压缩机要求能在3O-90hz的频率范围内平稳调 速，一般不会运行在更低的频率下。运行时要求低噪
