单相异步电机原理

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1、通电线圈在磁场中受到力的作用能量转化就是电能转化成机械能。目前较常用的交流电动机有两种：1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。 第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。一、三相异步电动机的旋转原理 三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异 步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源 相与相之间的电压在相位上是相差120 度的，三相异步电动机定子中 的三个绕组在空间方位上也互差120 度，这样，当在定子绕组中通入 三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，其产生的过程如图1 所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个 周期，旋转磁场

2、在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变 化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。 根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关， 为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法； 2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流 电动机的无级变速控制。观察图 1 还可发现，旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。 相序 A、B、C 顺时针排列，磁场顺时针方向旋转，若把三根电源线 中的任意两根对调，例如将B相电流通入C相绕组中，C相电流通 入B相绕组中，则相序变为：C、B、A,则磁场必然逆

3、时针方向旋 转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。 定 子绕组产生旋转磁场后，转子导条（鼠笼条）将切割旋转磁场的磁力 线而产生感应电流，转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电 磁力，电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速 旋转起来。一般情况下，电动机的实际转速 n1 低于旋转磁场的转速 n。因为假设n=n1，则转子导条与旋转磁场就没有相对运动，就不会 切割磁力线，也就不会产生电磁转矩，所以转子的转速nl必然小于 n。为此我们称三相电动机为异步电动机。二、单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通 过定子绕组时，电动

4、机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方 向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个 磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、 旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转 子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以 电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时 针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力 线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动 变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零， 转子将顺着推动方向旋转起来。要使单相电动机能自动旋转起来，我

5、们可在定子中加上一个起动绕 组，起动绕组与主绕组在空间上相差 90 度，起动绕组要串接一个合 适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差 90 度，即所谓的 分相原理。这样两个在时间上相差 90 度的电流通入两个在空间上相 差 90 度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图2 所示。 在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一 定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起 动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成 短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动 机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电

6、容器 串接的位置来实现。在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相 罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。 每个磁极在 1/3-1/4全极面处开有小槽，如图3 所示，把磁极分成两 个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起 来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排 列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中 穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90 度的感应 电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容 式电动

7、机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。单相异步电机原理图.A相通电励磁绕齟图15.1同步电机结构=1翹QSAaFRW2ESBlu3SB23FRcccuPE3I 1FU2 曰三相异步电动机自锁正转控制线路电气原理图如图所示，三相异步电动机的自锁控制线路的主电路和点动控制的主电路大致相同，但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1,在启动 按钮 SB2 的两端并接了接触器 KM 的一对常开辅助触头。接触器自 锁正转控制线路不但能使电动机连续运转，而且还有一个重要的特 点，就是具有欠压和失压（或零压）保护作用。它主要由按钮开关 SB （起停电动机使用）、交流接触器KM （用做接通和切断电

8、动机的 电源以及失压和欠压保护等）、热继电器（用做电动机的过载保护） 等组成。欠压保护：“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。 “欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离 电源电压停转，避免电动机在欠压下运行的一种保护。因为当线路电 压下降时，电动机的转矩随之减小，电动机的转速也随之降低，从而 使电动机的工作电流增大，影响电动机的正常运行，电压下降严重时 还会引起“堵转”（即电动机接通电源但不转动）的现象，以致损坏 电动机。采用接触器自锁正转控制线路就可避免电动机欠压运行，这 是因为当线路电压下降到一定值（一般指低于额定电压85%以下）时， 接触器线圈两端的电压也同样

9、下降到一定值，从而使接触器线圈磁通 减弱，产生的电磁吸力减小。当电磁吸力减小到小于反作用弹簧的拉 力时，动铁心被迫释放，带动主触头、自锁触头同时断开，自动切断 主电路和控制电路，电动机失电停转，达到欠压保护的目的。失压（或零压）保护：失压保护是指电动机在正常运行中，由于 外界某中原因引起突然断电时，能自动切断电动机电源。当重新供电 时，保证电动机不能自行启动，避免造成设备和人身伤亡事故。采用 接触器自锁控制线路，由于接触器自锁触头和主触头在电源断电时已 经断开，使控制电路和主电路都不能接通。所以在电源恢复供电时， 电动机就不能自行启动运转，保证了人身和设备的安全。三相异步电动机的自锁控制线路的控制原理当按下启动按钮SB2后，电源U1相通过热继电器FR动断接点、停止按钮SB1的动 断接点、启动按钮 SB2 动合接点及交流接触器 KM 的线圈接通电源 V1 相，使交流接触器线圈带电而动作，其主触头闭合使电动机转动。 同时，交流接触器 KM 的常开辅助触头短接了启动按钮 SB2 的动合 接点，保持交流接触器线圈始终处于带电状态，这就是所谓的自锁（自 保）。与启动按钮SB2并联起自锁作用的常开辅助触头称为自锁触头 （或自保触头）。