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1、项目一 单相异步电动机的基本原理 项目二 单相交流异步电动机的启动 项目三 单相异步电动机的控制 项目四 单相异步电动机的常见故障及排除,活动一 单相绕组的磁场 活动二 单相电动机绕组的磁场,项目一 单相异步电动机的基本原理,由单相交流电源供电的异步电动机称为单相交流异步电动机。家用电器及医疗器械中都使用单相交流异步电动机。单相交流异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点；但它与同容量的三相异步电动机比较，体积较大，功率因数、效率及过载能力都较低。单相交流异步电动机只做成小容量的，一般不到 1 kw 。 单相交流异步电动机的定子铁心与三相交流异步电动机一样，也是用硅钢片叠成的，但铁心的槽
2、内仅安放两套绕组，绕组根据启动特性及运行性能等不同的特点进行布置；单相交流异步电动机的转子与普通的三相交流异步电动机的转子一样，也是采用笼式结构，如图 6 一 1 所示。,当三相交流异步电动机通人单相交流电时，不能产生旋转磁场，而只是产生脉动磁场。如图6 一 2 所示，在向单相定子绕组中通入按正弦规律变化的单相交流电后，当电流在正半周及负半周不断交变时，其产生的磁场大小及方向也在不断变化（按正弦规律变化），但磁场的轴线则沿纵轴方向固定不动，我们把这样的磁场称为脉动磁场。当转子静止不动时，转子导体中的合成感应电动势及电流均为“0”，即合成转矩为“0”，因此转子没有启动转矩。故单相异步电动机如不采
3、取一定措施，则电动机不能自行启动。,活动一 单相绕组的磁场,由前面叙述可知，单相交流异步电动机本身没有启动转矩，转子不能自行启动，要解决电动机的启动问题，关键是使转子产生启动转矩，为此必须采用某些特殊启动装置。通常，在单相交流异步电动机的定子上嵌装两套绕组，一个是主绕组（工作绕组），用以产生主磁场；另一个是副绕组（启动绕组），用来与主绕组共同作用，产生合成的旋转磁场，使电动机得到启动转矩。单相交流异步电动机根据其启动方法或运行方法不同，一般可分为以下几种基本形式：单相电容运行异步电动机、单相电容启动异步电动机、单相电阻启动异步电动机、单相电容启动和运行异步电动机、单相罩极式异步电动机。,活动二
4、 单相电动机绕组的磁场,项目二 单相交流异步电动机的启动,活动一 单相电容运行异步电动机 活动二 单相电容启动异步电动机 活动三 单相电容启动异步电动机 活动四 单相电阻启动异步电动机 活动五 单相电容启动和运行异步电动机 活动六 单相罩极式异步电动机,活动一 单相电容运行异步电动机,这种单相交流异步电动机使用较为广泛，其原理线路如图 6 一 3 ( a ）所示。在电动机定子铁心上嵌放两套绕组：主绕组 U1U2和副绕组Z1Z2，它们的结构基本相同，空间上相位互差 90电角度。在启动绕组Z1Z2中串入电容器 C 后，再与工作绕组并联接在单相交流电源上，适当选择电容器 C 的容量，可以使流过工作绕
5、组中的电流IU和流过启动绕组中的电流 IZ的相位相差约 90，如图 6 一 3 ( b ）所示。,与三相旋转磁场的产生分析方法相同，画出对应于不同瞬间定子绕组中的电流所产生的磁场，如图 6 一 4 所示。由图中可得如下结论：向空间位置互差90电角度的两相定子绕组内通入在相位上互差90的两相电流，产生的磁场也是沿定子内圆旋转的旋转磁场。笼式结构的转子在该旋转磁场的作用下，获得启动转矩而使电动机运转。,在电容运行异步电动机的启动绕组中串联一个离心开关 S ，就构成单相电容启动异步电动机。图 6 一 7 所示为启动的原理线路图，图 6 一 8 所示则为离心开关动作示意图。当电动机转子静止或转速较低时
6、，离心开关的两组触点在弹簧的压力下处于接通位置，即图 6 一 7 中的 S 闭合，启动绕组与工作绕组一起接在单相电源上，电动机开始转动；当电动机转速达到一定数值后，离心开关中的重球产生的离心力大于弹簧的弹力，则重球带动触点向右移动，使两组触点断开，即图 6 一 7 中的 S 断开，将启动绕组从电源上切除。电容启动电动机与电容运行电动机比较，前者有较大的启动转矩，但启动电流也较大，适用于各种满载启动的机械，如电冰箱中的压缩机。,活动二 单相电容启动异步电动机,电容运行电动机结构简单，使用、维护方便。这类电动机常用于吊扇、台扇、电冰箱、洗衣机、空调器、吸尘器等。图 6 一 5 及图 6 一 6 所
7、示分别为电容运行台扇电动机及电容运行吊扇电动机的结构图。,在电容运行异步电动机的启动绕组中串联一个离心开关 S ，就构成单相电容启动异步电动机。图 6 一 7 所示为启动的原理线路图，图 6 一 8 所示则为离心开关动作示意图。当电动机转子静止或转速较低时，离心开关的两组触点在弹簧的压力下处于接通位置，即图 6 一 7 中的 S 闭合，启动绕组与工作绕组一起接在单相电源上，电动机开始转动；当电动机转速达到一定数值后，离心开关中的重球产生的离心力大于弹簧的弹力，则重球带动触点向右移动，使两组触点断开，即图 6 一 7 中的 S 断开，将启动绕组从电源上切除。电容启动电动机与电容运行电动机比较，前
8、者有较大的启动转矩，但启动电流也较大，适用于各种满载启动的机械，如电冰箱中的压缩机。,活动三 单相电容启动异步电动机,单相电阻启动异步电动机启动线路如图 6 一 9 所示，其特点是电动机的工作绕组U1U2的匝数较多，导线较粗，因此绕组的感抗远大于直流电阻，可近似地看作流过绕组中的电流滞后电源电压约90。而启动绕组Z1Z2的匝数较少，导线较细，又与启动电阻 R 串联，使该支路的总电阻远大于感抗，可近似认为电流与电源电压同相位。因此就可以看成工作绕组中的电流与启动绕组的电流两者相位差近似90，从而在定子与转子及空气隙中产生旋转磁场，使转子产生转矩而转动。当转速达到额定值的 80 左右，离心开关 S
9、 动作，把启动绕组从电源上切除。电阻启动异步电动机在电冰箱的压缩机中得到广泛的采用。,活动四 单相电阻启动异步电动机,图 6一10所示为电容启动和运行单相异步电动机的线路。在启动绕组Z1Z2回路中串入两个并联电容器 C1和C2，其中电容器 C2串接离心开关 S ，启动时 S 闭合，两个电容器同时作用，电容量为两者之和，电动机有良好的启动性能；当转速上升到一定程度，离心开关 S 自动打开，断开电容器 C2，电容器 C1与启动绕组参与运行，确保良好的运行性能。可见，电容启动和运行电动机虽然结构较复杂、成本较高、维护工作量稍大，但其启动转矩大、启动电流小、功率因数和效率高，适用于空调机、小型空压机和
10、电冰箱等。,活动五 单相电容启动和运行异步电动机,单相罩极式电动机的转子仍为笼式，定子有凸极式和隐极式两种。其中，凸极式结构最常见。凸极式按励磁绕组布置的位置不同，可分为集中励磁和分别励磁两种，它们的结构分别如图 6一11 和图 6一12 所示。凸极式分别励磁结构一般有两极和四极两种。在每个磁极极面约 1 / 4 1 / 3 处开有小槽，在较小部分的极面上套有铜制的短路环，就好像把这部分磁极罩起来一样，所以称为罩极式电动机。励磁绕组用具有绝缘层的铜线绕成，套装在磁极上。对分别励磁的电动机，必须正确连接以使其产生的磁极极性按 N , S , N , S 的顺序排列。,活动六 单相罩极式异步电动机
11、,当在罩极电动机励磁绕组内通入单相交流电时，在励磁绕组与短路铜环的共同作用下，磁极之间形成一个连续移动的磁场，好似旋转磁场一样，从而使笼式转子受转矩作用而转动。连续移动的磁场形成原理如图 6 一 13 所示。当流过励磁绕组中的电流由“ 0 ”开始增大时，由电流产生的磁通也随之增大，但在铜环罩住的一部分磁极中，根据楞次定律，变化的磁通将在铜环中产生感应电动势和电流，力图阻止原磁通的增加，从而使被罩磁极中的磁通较疏，未罩磁极部分磁通较密，如图 6 一 13 ( a ）所示。当电流达到最大值时，电流的变化率近似为“0”，这时铜环中没有感应电流产生，因而磁极中的磁通均匀分布，如图 6 一 13 ( b
12、 ）所示。当励磁绕组中的电流由最大值下降时，铜环中又有感应电流产生，以阻止被罩磁极部分中磁通的减小，因而此时被罩部分磁通较密，未罩部分则较疏，如图 6 一 13 ( c ）所示。可见，罩极电动机的磁极在空间是移动的，且总是由未罩部分向被罩部分移动，从而使笼式结构的转子获得启动转矩。,单相罩极异步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；主要缺点是启动性能及运行性能较差、效率和功率因数都较低。常用于小功率空载启动的场合，如台式电风扇、仪用电风扇、电唱机等。,活动一 单相交流异步电动机的反转 活动二 单相交流异步电动机的调速,项目三 单相异步电动机的控制,活动一 单相交
13、流异步电动机的反转,要使单相交流异步电动机反转，必须使旋转磁场反转，其方法有 l ）把工作绕组或启动绕组的首端和尾端与电源的接线对调。从对图 6 一 14 的分析中可以知道，单相交流异步电动机的磁场总是由电流相位超前的绕组向电流相位落后的绕组旋转。现在把其中的一个绕组反接，等于把这个绕组电流的相位改变了180，如原来是超前 90，改接后就变成滞后 90，所以旋转磁场的转向随之改变。,2 ）把电容器从一绕组改接到另一绕组。把电容器从一绕组改接到另一绕组的方法，只适用于电容运行单相异步电动机。接有电容器的绕组中电流的相位总是超前没有接电容器的绕组，因而，磁场由接有电容器的绕组向没有接电容器的绕组旋
14、转。洗衣机用的电容运行单相异步电动机需经常正转和反转。当定时器内的开关处于图 6 一 14 中所示位置时，电容器 C 串联在U1U2绕组中；经过一定时间后，定时器开关与触点“ 1 ”接触，自动把电容器 C 从U1U2绕组回路中切除，串入Z1Z2绕组回路中，就实现了电动机的反转。 3 ）罩极式异步电动机的反转。罩极式异步电动机的转动方向，是由未罩部分转向被罩部分。一般情况下，罩极式异步电动机不能用改变外部接线的方法使其反装，因此罩极式异步电动机用于不需要改变转动方向的装置中。若一定要改变转向，在允许和可能的前提下，将定子铁心取下，调转 180再装回去，罩极式单相异步电动机就可以改变转动方向了。,
15、单相交流异步电动机主要的调速方法有以下几种。 1 利用绕组抽头调速 改变绕组主磁通调速的实质是通过转换开关的不同触点，与事先设计好的绕组的不同抽头连接，在电动机外部通过抽头的变换增、减主绕组的匝数，从而增、减绕组端电压和工作电流，调节主磁通，使转速发生改变。这种调速方式不需任何附加设备，是目前广泛使用于电风扇和空调器的调速方法。绕组抽头调速常用的有主绕组抽头和副绕组抽头两种形式，如图 6 一15所示。在图 6 一15 ( a ）中，主绕组抽头“ 1 ”是高速挡，当开关 S 与之接通时，主绕组匝数最少，工作电流最大，主磁通最多，转子转速最高。在开关 S 分别接通主绕组抽头“ 2 ”和“ 3 ”时
16、，串入电路的主绕组匝数增多，副绕组匝数减少，工作电流减小，主磁通减少。若负载转矩不变，主磁通减少时，转子转速下降。,活动二 单相交流异步电动机的调速,图 6 一 15 ( b ）所示为副绕组抽头电路，副绕组抽头“ 1 ”是高速挡，当开关 S 与之接通时，主绕组匝数最少，工作电流最大，主磁通最多，转子转速最高。在开关 S 分别接通主绕组抽头“ 2 ”和“ 3 ”时，串入电路的主绕组匝数增多，副绕组匝数减少，工作电流减小，主磁通减少。若负载转矩不变，主磁通减少时，转子转速下降。,2 串联电抗器调速 串联电抗器调速电路如图 6 一 16 所示。工作原理与电动机绕组抽头调速相似，它是在电动机绕组外面串联有抽头的电抗器，又叫调速线圈。这实际上是一只感抗很大的铁心线圈，通过转换开关，将不同匝数的电抗器绕组与电动机绕组串联，改变电路的感抗值，也就改变了电动机主磁通的大小，改变其转差率，也改变了转速。 从图 6 一 16 中还可看出，串入电动机绕组的电抗器线圈匝数越少，电动机转速越快；反之，则越慢。串电感器调速在电风扇，特
