封闭式空调制冷压缩机单相电容起动异步电动机设计

1、毕业设计说明书题 目： 封闭式空调制冷压缩机单相电容起动异步电动机设计 专业班级： 电气工程 班 学生姓名： 学 号： 完成日期： 2012年6月 指导教师： 顾 评阅教师： 2012年 6 月诚 信 声 明本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。作者签名： 日期： 年 月 目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题背

2、景11.2 目前家用空调的发展现状和前景11.3 空调压缩机的工作原理31.4 设计任务及要求7第2章 空调用压缩机的分类及其结构82.1 压缩机的分类82.2 往复活塞式压缩机8第3章 单相电容起动与运行异步电动机设计103.1单相异步电动机的概况和工作原理103.2单相异步电动机的双旋转磁场分析153.3单相异步电动机的脉振磁势的分解163.4单相异步电动机的椭圆形磁势的分析183.5单相异步电动机的正、负序感应电势18第4章 单相电容起动异步电动机设计214.1 单相电阻起动异步电动机电磁计算214.2 重要尺寸及冲片214.3 主绕组设计244.4主相参数计算274.5 磁路计算324

3、.6 铁耗和机械风摩耗计算364.7 副绕组设计374.8起动性能计算384.9运行性能计算404.10有效材料用量43结束语45参考文献46致 谢47湖南工程学院毕业设计（论文）封闭式空调制冷压缩机单相电容起动异步电动机设计摘要：针对目前市场对优质空调器的需求量越来越大，和目前市场上空调器在能效比、噪声、人体舒适度等方面所存在的一些问题，提出以变频调速压缩机来实现对上述问题和空调器性能的改善。并且经过对单相电容起动和运转电动机原理的分析、电磁设计和其调速时采用变频器的理由和原理的研究，设计了一种满足一般要求的双值电容电动机。本课题封闭式空调制冷压缩机单相电容起动异步电动机设计所研究的单相电容

4、起动与运行异步电机的起动性能与运行性能都很好，是目前单相电机中最理想的电机。关键词：旋转式压缩机，变频调速，电容启动电动机Closed type refrigeration compressor single phase capacitor start asynchronous motor designAbstract：Aim at the market currently to high-quality air condition machine of demand is more and more big, adjust the machine with the market sky cu

5、rrently at the ability effect compare, an etc. aspect exist of some problem, put forward adjusting by changing the Frequencysoon compressor to carry out the improvement to the above-mentioned problem and the air condition machine function.And process to the list mutually the electric capacity starts

6、 and revolves the analysis, the electromagnetism design of the electric motor principle to adjust with it soon the hour adopts to change the reason of the machine of Frequency and the research of the principles, designing a kind of double that satisfies the general request value electric capacity el

7、ectric motor.This topic- Closed type refrigeration compressor single phase capacitor start asynchronous motor design study of list mutually the electric capacity starts and circulates difference step the electrical engineering starts the function and circulates the functions to all good very much, i

8、s single currently mutually electrical engineering in most ideal electrical engineering.Keywords: Frequency conversion adjusts the speed，Revolve type compressor，The electric capacity start electric motorII封闭式空调制冷压缩机单相电容起动异步电动机设计第1章 绪论1.1 课题背景随着人们生活水平的提高，空凋和冰箱等家用制冷电器日益普及，电量越来越短缺，所以如何提高制冷设备的节能性能成了重要研究

9、课题。采用能量调节是节约用电的一个非常重要的途径。常见的调节方式有变频、调节吸气、气缸卸载等等方式。其中调节变频是目前空调使用较多的，而变频空调依靠压缩机和风机减少功率输出，可以大幅度提高系统的EER值。1982年该项技术问世以来，得到了非常广泛的应用，目前已占空调市场的62 市场份额，成为空调市场的主流产品。随着变频空调日益受到青睬，相应地作为空调的心脏元件，变频压缩机如何适应空调变频调节的需求，也成为研究的热门课题，常见变频压缩机主要有涡旋式和旋转式，对制冷量相对较小的空调器、冰箱和空阔机组来说，旋转式压缩机零件少、体积小、重量轻、振动小、噪声低、可靠性较好、运行效率较高，性价比较高，因而

10、使用较普遍。旋转式压缩机和往复式压缩机相比较虽然有许多明显优点， 但由于它的结构紧凑，对零件材料、加工精度的要求都很高，属于高精度机械。目前国内各个变频旋转式压缩机厂家的技术主要来源于日本和美国，因此加强对旋转式压缩机的核心技术进行研究，不仅是提高国内技术水平，同时也是厂家降低生产的成本、减少引进的费用、提高的产品性能和市场竞争力的重要措施。1.2目前家用空调的发展现状和前景空调的种类分为：冷热式：既能降温、降湿，又可制热、取暖。制热方式可分为热泵式和电热式。冷 式：将室内热湿空气吸入，经蒸发器将水蒸气冷凝，然后将干燥、凉爽的空气送入室内，起到降温和降湿的作用。窗 式：空调制冷、通风和控制系统

11、的组合体。移动式：它与窗式空调的区别是采用水冷方式，冷凝水通过软管排出，可以在室内随意移动，不用安装分体式。由室内机箱和室外机箱组成，室外机箱组合了制冷系统中的压缩机、冷凝器和轴流风机等。家庭中央空调：是由一台主机通过风管或冷热水管连接多个末端出风口将冷暖气送到不同区域，实现对多个区域调节温度的目的，它是一个小型化的独立系统，适用于100平方米以上的大面积多居室的户型，该系统由主机和配套末端组成。变频空调：由电脑控制的变频器和变频压缩机组成，它运用变频控制技术，使空调根据环境的温度自动选择制冷、制热和除湿的运转方式，能使居室在短时间内迅速达到所需要的温度，并在低转速和能耗的状态下以较小的温差波

12、动，实现快速、节能和舒适的温控效果。空调器目前的发展趋势：空调的生产和销售已全球化，只有领先空调的技术发展，及时了解技术动向，掌握市场动态。才能把握住国内外空调技术发展的脉搏，才能取得产品销售优势。全球空调的发展趋势和特点在节能、健康、环保等诸多方面有所探索、尝试和突破。、直流变频技术 以前空调主要使用开关控制，该方法很难解决空调对于温度的快速调节问题，变频控制就是解决空调的温度调节速度问题。由控制的直流变频空调，采用最新的控制技术和全直流涡旋变频压缩机。2、制冷剂替代技术 为淘汰消耗臭氧层物质，保护我们的生存环境。年蒙特利尔议定书缔约国第七次代表大会决定在年内完成对的禁用，发展中国家将全面停

13、止使用。因此研制对臭氧层无破坏作用的制冷剂并使之商品化，已是空调制造行业的当务之急和不可逆转的趋势。目前，我国的淘汰工作已进入平稳发展阶段，并正在研究和开发替代技术。3、超远距离送风 该项技术采用了超强的送风系统和气流控制技术，送风距离可达米之远。气流控制技术可使风向从左到中、从中到左、从右到中、从中到右循环，随意选择送风方式。 4、健康技术的运用 健康技术的运用将给予空调一个全新的概念，即：光触媒、负氧离子、超静音、防霉抗菌材料等新技术，层层净化空气，除异味、除尘能力强，使用时犹如身临自然生态空间，有回归自然、返朴归真的感受。空调的现状:尽管目前在空调的发展领域已取得了巨大成就，但是科技发展

14、道路是没有止境，再者为了更好的满足用户对现代空调的新要求和出于对现在出现的环境、能源等问题的考虑。眼下现代新型空调的开发和研究还有很的路要走，通过各国相关设计研究人员的分析，认为现代新型空调器的发展趋势有以下几点： 不断提高空调器能效比节能始终是房间空调器技术进步的重要标志，单一工况的能效比已不能满足要求，更要求季节能效比高。为了提高空调器的能效比，各空调器生产厂家都投入了大量人力、财力进行研究，采取各种技术措施。 向变频及智能控制技术发展变频空调器在我国发展迅速，各大厂家均集中力量研制生产，目前我国许多分体式空调器均为变频式，社会拥有量也逐年增加。 不断降低空调器噪声。 空调器功能更加完善，

15、使用上追求舒适、健康。目前大多数房间空调器都使用R22制冷剂，但它对大气臭氧层有破坏作用，欧洲已从2000年起逐步停止使用，日本、美国等将在2020年逐步停止使用。日本一些大的空调器公司正在积极开发对大气臭氧层无破坏作用的环保型房间空调器，目前较有成效的是在房间空调器中使用R410A制冷剂。 向使用方便化发展因此为了满足广大用户的更进一步的要求，开发和研制性能更好、功能更多、更为节能、噪声更小、更为环保的新型空调器变的越来越迫切。然而想要在以上几个方面去改善和提高空调器的性能，我们就必需从空调器的核心部件-压缩机着手。1.3空调压缩机的工作原理目前，我国家用空调的生产总量已超过美国和日本，居世

16、界第一。一方面，由于国内经济的发展，人民生活水平的提高和电力供应能力的增大，使国内空调市场的需求量迅速增加。据不完全统计，自从我国于2001年加入WT0世贸组织以后，空调器的出口量迅速增加。我国家用空调产量和品种的增加，必然要求相配套的空调压缩机产量和品种有相应的增加。因此，各空调压缩机厂都在不断扩大产量。与此同时，由于出口空调要满足国际上环保公约的要求和节能的要求，对我国压缩机制造业也提出了加速开发新型环保制冷剂的压缩机和直流变频、高效节能以及不同电源、不同气候类型压缩机的新要求。旋转式压缩机的基本原理1旋转式压缩机的发展历史：旋转式压缩机最早的设计和制造是美国人Norge在本世纪20年代完

17、成的。后经不断改进，在50年代初期， 美国通用电器公司开始生产旋转式压缩机，应用于空调器。1967年美国飞德公司开始试验， 于1972年投入生产，规格416千卡时9576千卡时， 用来制造室内空调器。后又制成了15120千卡时的压缩机，用于分离空调和热泵系列1981年罗托莱克斯公司成为专门生产旋转式压缩机的公司，隶属于飞德总公司目前，日本至少有5个生产旋转式压缩机的厂家，其生产技术都是从美国引进的。2旋转式压缩机的原理：旋转式压缩机是由上部的耐氟电机和下部的压缩机构一泵，装在垒封闭壳体内组成，底部积存的冷冻油通过中空的偏心轴的搅油器旎转提升，供上下滑动轴承润滑。偏心轴外的滚子与能上下滑动的叶片

18、把缸体分成吸气腔和压缩腔，两腔容积随偏心轴转动角度不断变化，偏心轴每转一圈即同时进行了吸气和压缩两个行程。因为吸气行程是连续的，所以无需吸气阀门。当偏心轴转离排气端口，排气阀阻止高压气体盼返疏。压缩机吸排气和压缩工作情况。3旋转压缩机的优点a体积小。相同排量的压缩机，旋转式比往复式压缩机体积约小50，零太约少75，重量也要少30左右。b振动小、噪声低。旋转式压缩机只有电机转子及其与泵的共用偏心轴的旋转运动和叶片的微小往复运动，而往复式压缩机既有电机转予和血轴的旋转运动，又有活塞在缸体内的往复运动，还有连杆在曲轴与活塞间的摆动。往复式加工精度大大低于旋转式。c能耗低旋转式压缩机运动副比往复式少得

19、多，机械效率高。旋转式容积效率较高，大约可达90，这是因为吸人压力损失和过热吸气损失都小，且余隙产生的二次膨胀损失也小。d制冷性能系数C、O、P 值高，当采用R22时 C、O、P 值(ww)达到29左右，这比同类往复式压缩机要高得多。e运输方便。由于旋转式压缩机内部机件与壳体刚性连接，故可平卧放置，运输方便。另外，由于它体积小、重量轻，运费也省.众所周知，影响空调器工作性能的重要部分就是其主要工作部件-压缩机。压缩机是空调器的制冷系统的心脏部件，为制冷剂的循环过程提供动力。按照压缩机与带动它的电动机的连接方式，可以把空调器压缩机分为开启式和全封闭式两种类型。开启式压缩机把压缩机和电动机分开，用

20、联轴器或三角皮带连接。由于这种压缩机结构笨重、材料消耗大、密封性能不理想而较少采用。全封闭式压缩机就是将压缩机和电动机全部密封于机壳内。目前它有以下几种常见类型：往复活塞式、旋转活塞式、旋转滑片式、涡旋式等。这一类压缩机结构紧凑、体积小、重量轻、噪声低、密封性能好、允许转速高，为各类房间空调器所普遍采用。与常规压缩机恒定转速不同，变频式压缩机转速随频率而变。这使得它具备了许多恒定转速压缩机所没有的优点。可以预计，它将占有越来越多的市场份额。离心式压缩机多用于大型制冷空调装置。它的制冷量大、体积小、重量轻、运转平稳且设有独立的压力润滑系统。当空调器开始工作时，从蒸发器管道流出的气态制冷剂被压缩机

21、吸入后体积受到压缩，温度和压力的升高。当这种高温高压的气体进入冷凝器后，它的热量很容易被冷凝管周围的流动空气吸收。制冷剂随着温度的下降而凝结成液体后，经过管径很小的节流管（毛细管），压力和温度进一步降低，然后进入蒸发器。由于这时它的温度低于蒸发器周围流动空气的温度，于是液态的制冷剂就通过吸收蒸发器周围流动空气的热量而蒸发成温度和压力更低的气体，从而完成一次循环。如此周而复始，冷凝器周围的空气则不断散失热量。如果蒸发器安装在室内，冷凝器安装在室外，该空调器对室内的气体产生制冷作用。反之，如果冷凝器安装在室内，而蒸发器安装在室外，则该空调器对室内制热（热泵制热）。为了能够使我们的设计更为有科学根据

22、，也为了让我在设计中能够更为了解该从哪些方面去改善空调器的性能，我将对空调器的制冷过程作一个比较详细的介绍。空调器的制冷过程如图所示：（室内侧） （室外侧）高压吸热 低压 放热 蒸发器 压缩机 冷凝器 毛细管它包括制冷剂的蒸发（汽化）、压缩、冷凝、（液化）和节流这四个热力学过程。上述过程是在一个封闭的管道系统内不断循环的。制冷循环的具体过程是：（1） 蒸发过程。经毛细管节流后的低压液态制冷剂，在位于室内侧的蒸发盘管内蒸发，变成气态制冷剂，这个过程要吸收大量的热量（潜热），使蒸发器盘管的温度急剧降低。（2） 压缩过程。从蒸发器出来的低温低压的气态制冷剂，流入压缩机，经压缩机压缩后，变成高温高压的

23、气态制冷剂。（3） 冷凝过程。从压缩机出来的高温高压气态制冷剂，流入位于室外侧的冷凝器盘管内进行冷却降温，并凝结成液态制冷剂，而冷凝过程所释放出来的大量潜热，由室外冷却空气带走。（4）节流过程。从冷凝器出来的液态高压制冷剂温度还较高，流经又长又细的毛细管后，温度和压力都降低了。随着制冷剂压力的降低，流量也降低了。毛细管结构简单，运行可靠，但它调控制冷剂流量的能力较差。所以，目前不少新型家用空调器采用先进的电子控制膨胀阀作为节流元件。电子控制膨胀阀能根据房间热负荷的大小，用微型电子计算机控制膨胀阀门的开度，从而控制制冷剂的流量，使空调器处于最佳运行状态。1.4设计任务及要求压缩机电容起动电动机设

24、计：根椐电机体积与容量关系确定；定转子主要尺寸及冲片尺寸确定；定转子槽数确定；主绕组设计计算；参数计算；磁路计算；铁耗和机械耗计算；付绕组设计；起动点的性能计算；额定点的性能计算；过载能力的性能计算；结构设计。第2章 空调用压缩机的分类及其结构2.1 压缩机的分类压缩机是制冷系统的心脏，发挥着最重要的作用：按照制冷量的需要定量吸入制冷剂气体，经过压缩机以后按额定的冷凝压力输送出去。为了使汽缸和活塞得到润滑，壳体底部盛有润滑油，并有专门机构将润滑油吸到缸壁润滑。在壳体外部的排气管上，往往有一只削音器，用来消除排气噪声。制冷压缩机有活塞式、旋转式和涡旋式三种压缩机是电冰箱的重要部件。压缩机的分类方

25、法较多。按压缩气体的方式分，有容积式和速度式；按压缩机活塞在汽缸内作用情况来分，有单作用式、双作用式和级差式。按压缩机与电动机的连接形式分，又开启式、半封闭式和全封闭式。按压缩机背压高低分，有低背压、中背压、高背压式。电冰箱为了减少噪音和防止制冷机泄漏，多采用容积型全封闭低背压式压缩机，它是将压缩机与电机连成一体，有电机直接带动压缩机运转，利用压缩机的活塞在气缸中的运动，靠改变气缸容积的大小来压缩制冷机气体。使其体积减少，密度增加，提高了气体的压力，从而将气体从低压端输送到高压端。容积型全封闭压缩机根据活塞运动的方式，分为往复活赛式和旋转活塞式两种。2.2 往复活塞式压缩机2.2.1 往复活赛

26、式压缩机的工作原理1、吸汽过程：活塞向下移动吸汽过程开始，直到活塞移动至最底点时，吸汽过程才完成。2、压缩过程：活塞由底部开始向上移动，直到汽缸的蒸汽压力开始排出气腔压力为止。3、排气过程：当活塞继续向上移动，被压缩蒸汽的压力就要大于排气腔压力高。高温高压蒸汽被活塞推进腔内。直到活塞移动到最高点为止。4、膨胀过程：当活塞由最高点往下移动时，残留在余隙容积中的蒸汽就要膨胀，直到蒸汽压力降至等于气腔压力时，膨胀过程才告完成。2.2.2 往复活赛式压缩机的结构往复式活塞式压缩机有汽缸及活塞，它是利用活塞在汽缸中作往复运动所形成的可变工作积来压缩和输送气体的。在全封闭式压缩机中，电动机与压缩机安装在上

27、下两个钢壳内，而且压缩机和电动机共用一根轴。由于曲轴不伸出壳外，故从结构上解活塞式压缩机剂泄漏的问题，具有较好的密封性。图2.1 活塞式压缩机结构图第3章 单相电容起动与运行异步电动机设计3.1单相异步电动机的概况和工作原理从目前家用空调器压缩机用的单相电动机的功率来说，绝大多数的电动机按照其功率来分是属于中小型功率电动机。在解放前我国中小功率电动机以有生产，但批量不大。解放后，特别是在50年代末期发展较快。目前约有规模较大的中小功率电动机厂140多家。近年来我国从国外引进了不少中小功率电动机生产流水线、关键工艺装备和技术，许多工厂进行了技术改造，并已初步建立了生产、设计、检测、科研系统。使我

28、国中小功率电动机的生产能力和产品质量有明显的提高。下面我分别对国内和国外科技发展趋势作一个简单介绍。 国内科技水平和趋势电机行业通过“八五”、“九五”发展规划的落实实施及引进国外的技术和设备，技术水平、产品性能均有所提高，电机的品种数在80年代初期为89个系列503个品种，而目前根据不完全统计有300多个系列，1480个品种左右。“九五”期间还对中小功率电动机的派生系列、专用系列分别进行了产品更新，并开发了一些特殊电机、节能电机、和机电一体化产品。使的我国电机的主要性能指标已接近国际水平。其技术发展趋势有如下特点： 全面采用国际标准 通过引进消化国外技术，诸如中型异步电动机、中小型同步电动机、

29、小型直流电动机及一些专用电动机产品；同时也引进先进的设计软件、先进的结构和先进的工艺，以缩短我国中小功率电动机行业的技术经济水平与国外先进水平的差距。 发展专用派生系列及按国外先进标准生产的出口产品，以满足市场的需要。 提高产品的可靠性及贯彻安全强制性标准。 引进先进制造工艺和设备，提高工艺水平。 国外科技水平及趋势 国外电机除北美外大部分按德国DIN42673标准生产，电机制造厂不断地在材料、工艺、设计等方面进行改进，电机更新的速度快、周期短。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高、寿命长、通用化程度高、电机效率不断提高、噪声不断降低、重量减轻、电机外形美观、绝缘等级采用F级或H级，而且也考

30、虑到电机的制造成本的降低等。美国从节能及环保出发，强调电动机效率，发展高效、超高效率三相异步电动机，把节能列入国家法规。国外各公司注重新产品的开发，交流变频调速电动机在工业发达国家获得广泛的应用，并有逐步取代直流调速系统的趋势，因此变频调速电动机和与之配套的变频器发展迅速。国外在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视，在降低噪声方面进行很多研究开发工作，如冷却系统采用双向风扇，改进风扇造型及风罩直径尺寸，改进风道等，使电动机的噪声有明显的降低。在国际市场上，电机是机电产品的重要组成部分，每年的世界贸易额约为35亿美元。再由于工业发达国家对于原材料、工时耗用多而获利少的普通电机产品不愿意制造，纷

31、纷转向发展中国家加工和购买，因此国际市场上对电机的需求呈上升趋势。同时我国人口众多，幅员辽阔，有着巨大的国内市场，因此投入大量人力、财力来进行中小功率电动机的研究与开发有着非常广阔的前景。家用空调器（窗式空调器、分体壁挂式空调器）大多数采用单相电容（220V、50Hz），其压缩机也相应为单相电动机，用来驱动压缩机、送风风扇和轴流排风扇。单相电动机的类型很多，有电阻起动（RSIR）、电容起动（CSIR）、电容运转（PSC）和双值电容（CSR）等类型。空调器所用的压缩机单相电动机是电容运转型（PSC）和双值电容型（CSR）。想要研究和设计一个产品，很明显设计者要先了解这个产品或是现有的同类产品的工

32、作原理，这样才能够使自己的设计能更好的满足用户的需求，也可使设计变得更加得心应手。下面我将就小功率电动机的工作原理作一个详细的介绍。小功率电动机是一种在气隙磁场中通过电磁感应实现机电能量转换的电动机，由于其运行转速与电网频率之比不是恒定值，按国家标准规定，在不致引起误解或混淆的情况下，一般也可以称之为异步电动机。单相异步电动机只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、农业和人民生活的各个领域，如用在洗衣机、电风扇、冰箱、空调器等家用电器，以及驱动水泵、鼓风机、碾米机、饲料粉碎机、切肉机和各种电动工具等，各种小功率电动机的容量范围与电机的起动性能（如起动性能、起动转矩等）和运行性能（如效率、

33、功率因数等）有密切的关系。例如，电容运转感应电动机的效率和功率因数较高，但它的起动转矩偏小，如欲加大起动转矩，有时可选用较大电容值的电容器，但这又会影响电机的运行性能和成本，故它的容量一般做得偏小。我所设计的单相电动机属于小功率单相双值电容异步电动机，其大致工作原理是：定子绕组由两相绕组（主绕组、副绕组）组成，两绕组相轴夹角为90度，同时副相外接两个电容，它们分别为起动电容和工作电容，在电动机起动和运行的两种不同状态下，它们通过开关控制以保证不同时间接入副绕组。起动时，两绕组接入电压，此时开关接到起动电容上使电容接于副绕组，使副绕组电流滞后主绕组电流90电角度，两相绕组产生的磁场合成椭圆磁场，

34、转子即在磁场驱动下旋转。压缩机电机中定子产生椭圆磁场，其效率明显低于产生圆形磁场的三相异步电机，其气隙中谐波较大，振动和噪音也较大。单相异步电动机与三相异步电动机的主要不同就在于它的不对称。三相对称电动机工作时，内部是圆形旋转磁场。而单相异步电动机在一般情况下，内部则是椭圆形磁场，仅在某一转速上满足条件时才是圆形磁场。一个内部是椭圆形磁场的电机是同样能工作的，只是它的性能要不及圆形磁场的好，对于一个椭圆形磁场，可看作是一个正序圆形磁场与一个负序圆形磁场共同作用下，当正序转矩大于负序转矩时便会向正向旋转，反之亦然。电容电动机是由定子上处于不同空间位置，并流着不同时间相位电流的主副绕组共同作用产生

35、旋转磁场的，由这一旋转磁场作用就会使电机起动运行。对于仅有单绕组的单相异步电动机，定子上单层绕组所产生的是脉振磁势，分解所得到的是正、负序幅值相等的旋转磁势。如果定子是静止的，则短路的转子定子产生效应相等的反作用，与定子合成后会产生正、负序相等的磁场（磁密）。这样，电机在n=0时所产生的正、负序转矩便也相等。即Tf=Tb。电机的起动转矩Tst=Tf-Tb=0。这就是说单绕组异步电机没有起动转矩，为了起动就需要配置副绕组，使电机能在n=0的条件下由定子绕组建立起椭圆而不是脉振磁势。单绕组异步电机没有起动转矩，但是在转子起动以后，虽然定子仅有单绕组通电，电机却能产生驱动转矩，会使电机在单绕组下工作

36、，这又是单绕组电机所独具的特点，因为当转子以某一转速旋转时，转子对顺它转向旋转的正序磁势间转差率较小，转子近乎开路，正序现在的阻抗值大，转子正序电流较小，经转子反作用合成的正序旋转磁场较大，磁密及反电势均较大，正序转矩值也较大。但是转子对逆序磁势来说则是短路的，要呈现出很强的去磁阻尼效应，这时逆序视在阻抗值较小，转子的逆序电流分量较大。由于转子的支持，合成的逆序磁场的幅值将很小，磁密、反电势等也均小，所产生的逆序转矩也较小，正、负序转矩之差便是电机实际产生的转矩，单绕组异步电动机的机械特性充分反映了这样一个性质，即电机没有起动转矩，但是如果能驱使转子转动，电机即可以在旋转方向产生驱动转矩，使它

37、连续转动。依靠分相起动仅保留单绕组运行的异步电动机虽然电能指标不及电容电动机，但是结构却最简单，运行可靠，价钱便宜。适于将电机做得大些。单相异步电动机由转子和定子两个基本部分构成。转子部分是鼠笼型的结构。定子上有两个绕组，一个主绕组即工作绕组，另一个副绕组又称起动绕组。如果单相电动机只有一个工作绕组，在接入单相交流电源时，电动机并不会转动。这是因为单相绕组通入正弦交流电时，产生一个大小随时间按正弦规律变化的脉动磁场，而磁场的空间方向却保持固定不变。这种正弦脉动磁场可以分解成两个大小相等，转速相同，而旋转方向相反的两个旋转磁场。这两个旋转磁场相对转子的转速相同，产生两个同样大小的感应电流，各电流

38、与对应的磁场相互作用而产生大小相等、方向相反的两个转动力矩，但合成转矩为零，转子不能转动起来。当转子被外力带动沿某一方向旋转时，情况就不同了。这时两个旋转磁场的转向一个与转子转向相同，另一个则相反。假设与转子转向相同的旋转磁场称为顺向磁场，另一个则称为逆向磁场，这时顺向转矩增加；逆向转矩减小；合成转矩不再为零，转子能继续转动下去。与通容量的三相异步电动机比较而言，单相异步电动机的体积大、运行性能较差，所以单相电机只做成小容量的。单相异步电动机通常在定子上有2相绕组，转子是普通的鼠笼转子。根据两个定子绕组的分布及供电情况的不同，可以产生不同的起动和运行性能。单相异步电动机类型(1)单相电阻分相起

39、动异步电动机；(2)单相电容分相起动异步电动机；(3)单相电容运转异步电动机；(4)单相电容起动与运转异步电动机；(5)单相罩极式异步电动机。一、1相定子绕组通电时的机械特性单相异步电动机定子绕组上有两个交流分布绕组(一般相差90电角度)，主绕组m和副绕组a 当m相通入单相正弦交流电流时，将会产生正弦分布的基波脉振磁势。fj(x,t)=Fjcosxcost=1/2Fjcos(x-wt)+cos(x+wt)=F+F- 这是两个圆形脉振磁势，他们可以分别在异步电动机中产生电磁转矩。所以1相定子绕组通电时电机中的电磁转矩为这两个旋转磁势产生的电磁转矩的叠加。图3.1 主绕组一相通电时单相电动机机械特

40、性F+产生T+=f(s),F-产生T-=f(s),电动机机械特性为T=T+T-。1相通电时，F+和F-幅值相等，转向相反，对应T+和T-也相对于原点对称。合成T=f(s)具有如下特点：(1)n=0无起动转矩；(2)在n0区域有正向转矩，在n0区域有反向转矩；(3)理想空载转速nF-,对应的T+=f(s)和T-=f(s)不再对称，合成转矩T=f(s)不通过原点。图3.2 椭圆磁势单相电动机机械特性在n=0时，T0,电动机具有正向起动转矩，起动后，n0,T0，电动机可以继续运行。 如果m相绕组和a相绕组空间错开90电角度，通入的两相电流相位差为90度且幅值相等，则产生圆形旋转磁势，此时F=F+,F

41、-=0;T=T+,T-=0,机械特性与三相异步电动机的情况相同，起动转矩也较大。 结论：起动的必要条件 (1)定子具有空间不同位置的两套绕组；(2)两相绕组通入不同相位的交流电流。 单相异步电动机的优点是使用单相电源，但其起动的必要条件是两相绕组通入不同相位的电流。必须采取措施将m相和a相电流的相位分开，即“分相”，不同的分相方法对应于不同的单相异步电动机。单相异步电动机的绕组一般可用万用电表测量其线间的阻值来判断。起动绕组中的电阻值较大，运行绕组中的电阻值较小。单相异步电动机起动后，当电动机转速达到额定转速的70%-80%时，往往由起动元件将起动绕组从电路中断开，电动机进入额定转速运行。 3

42、.2单相异步电动机的双旋转磁场分析当一台三相异步电动机在运行时，如果定子有一相线断开，例如图1-2中的开关K打开，若电动机轴上所带的负载不太大的话，则电机将继续运转，只不过此时的工作电流增大，电动机的温升提高，而且转速下降了，实际上这台电动机已经处于单运行了，此时，若切断电源，电动机将停止运转，若待转子停转后，如仍使开关处于断开状态，再次接通电源后，电动机就不能重新启动，由此在可看出三相异步电动机在作单相运行时，机械特性较“软”效率较低，起动转矩为零等，异步电动机在单、三相运行时，性能差异的根本原因就在于两者气隙磁场的性质是不同的。图3.3 三相电机接线图3.3单相异步电动机的脉振磁势的分解一

43、个集中绕组通电后，在空间产生的是随时间脉振的矩形波磁势，分解后将有各奇次谐波分量存在，经适当设计绕组，便可消去高次谐波分量，仅余下基波分量。这样便是在空间以绕组轴线为对称成余弦分布，并随电流周期交变而脉振的磁势。假设t=0时，电流值为最大，则这个余弦分布的脉振磁势可写作：F=Fmcosxcost (式中，基波磁势幅值：Fm=0.9Kdp1N1I)这样一个在空间上不动，而幅值随时间脉振的波就是驻波，一个驻波可以看着是由两个幅值减半，方向相反的行波合成，即：F=F+F-就幅值上来看F+=F-=0.5Fm=0.5(0.9Kdp1N1I)随着时间的变化，任一时刻的脉振磁势都可以看着是由两个正序和负序旋

44、转磁势所组成的，见图1-3图3.4 脉振磁势的合成与分解脉振磁势的分解，实际上是反映着时间变量向空间向量的转化，其中每一个旋转磁势者具有磁势幅值恒定，转速是频率所确定的同步转速的性质，即为圆形旋转磁势。它们与转子间的作用关系将因与转子间有不同的转差率而不同。如以s代表正序磁势与转子间的转差率，则有正序磁式的转差率 s=1-v负序磁式的转差率 2-s=1+v (式中v=n/n1转子的相对转速)每别把每个磁势对转子的作用计算出来以后，再予叠加起来，便是一个脉振磁势与转子相作用的结果。这就是相对单绕组电机的脉振磁势，采取双旋转磁势的分析方法。单绕组产生的脉振磁势下是一对应于绕组中电流I的，同样，分解

45、出来的每一个圆形旋转磁势也要对应于绕组中的一个电流分量。分别叫作等效的正、负序电流分量I+、I-。则： F+=0.9Kdp1N1I+ F-=0.9Kdp1N1I-即每个圆形旋转磁势是由绕组中的一半电流所产生，并随时间变化正、负序磁势在空间向着相反方向旋转。3.4单相异步电动机的椭圆形磁势的分析设电动机的定子铁心上放有两套绕组M和A，在空间上，它们轴间的夹角为电角度，分别对时间t作正弦变化的交流电流m和a，且设时间上a导前m一个角。仍取电动机气隙圆周空间坐标直线x=0与相轴A重合。合成磁势幅值的失端点轨迹是一个长轴为f+和f-幅值之和，短轴为f+和f-幅值之差的椭圆。这就是所谓的椭圆形磁势。如图

46、所示。图3.5 正序磁势与转子作用的电路图解（a）转子开路 （b）转子旋转 （c）简化电路有时为了改善电机的性能，故意把电机设计成90；有时为了通用定子冲片，也会导致两相绕组相轴夹角90。在这些情况下，为获得圆形磁场，在相位上就必须考虑+=180这个条件了。总之，椭圆磁势可以分解为两个速率相等，转向相反而幅值不等的旋转磁势当正、负序磁势大小相等时，就是脉振磁势，当负序磁势大于零时，就成了圆形磁势了。3.5单相异步电动机的正、负序感应电势定子的正、负序磁势经与转子作用后要分别合成正、负序磁场、磁通。将在定、转子绕组上分别感应有电势，其效应就是迭加的，在电路上就是串联的。分析时是把多相鼠笼转子等效

47、为具有主绕组匝数的对称两相转子。这样在定、转子绕组上将感应有相同的电势。现独立观察每个圆形磁势的作用，当转子开路时，所感应的电势如图所示。图3.6 脉振磁势的分解与合成对于图示规定的电势正方向，则有Ea=jI0Xa=Ua。实际转子为短路且旋转，转子对于正、负序磁势的效应，就表现为要以图1-4(b)所示电路影响着正序磁势。把励磁支路与转子支路合成后并有图1-4(c)所示两相正序（以及负序）的现在阻抗。这样正、负序感应电势可作： Ef=IfZf(2) Eb=IfZb(2) (式中Zf(2)、Zb(2)两相对称电机的正、负序视在阻抗)2.6单相电容启动与运行异步电动机的工作原理电动机的几种常用起动方

48、式：（1）电容起动，电感运行为了使起动绕组中的电流位相比工作绕组中的电流位相超前90，在起动绕组中串接一只容量合适的电容器。电动机起动后，通过继电器或离心开关使电容脱开，仅在工作绕组中有电流存在，使电动机正常运转。（2）电容起动与运行起动时，起动绕组与两只并联的电容器串接；运行时，其中一只电容器脱开。这种起动方式起动性与过载性都较好，功率因数和效率较高（3）电容运转起动与运行用同一只与起动绕组串接的电容，这种方式起动与运行结构简单，起动转矩较低，但功率因数较高。电容起动运转式单相异步电动机其起动绕组电路中，串有一组一大一小相互并联的电容。电容量较大的电容器供，还串联一个起动开关，当电动机起动并

49、达到正常转速后，大电容器自行断开。另外在起动绕组中还串联一只电容量较小的电容器供运转时用。此类电动机既有电容起动式电动机的优点：起动转距一般约为额定转距的3倍；又有电容运转式电动机的优点：起动绕组与运行绕组中的电流相位差接近90，所产生的旋转磁场较为均匀，在运行过程中，电容器一直串联在电路中并在此起移相的作用，相对于分相式电动机，其起动转距大、运行平稳、起动电流小、功率因数大、效率较高、过载能力大；是目前单相电机中最理想的电机。其电路接线图如下：图3.7 电容起动与运转单相电动机（1）为了克服电容运转电动机不能兼顾圆形起动和圆形运转的缺憾，在a绕组中采用两个并联的电容器。C为长期运行电容器，C

50、s为起动电容器。（2）起动时，串联在a绕组的总电容为C+Cs，较大，可以产生较圆形的旋转磁势；转速达到一定值后，Cs被开关甩开，运行时的磁势也接近圆形。（3）该类单相电动机中最理想的一类。起动转矩、最大转矩、功率因数、效率都提高了；电机噪声较小。第4章 单相电容起动异步电动机设计4.1单相电阻起动异步电动机电磁计算数据与技术要求1. 型号： BO2-8024Y2. 电压： UN=220V3. 相数： m=24. 频率： f=50Hz5. 极数： p=46. 输出功率： PN=370W7. 效率： 0.68. 功率因数： cos0.629. 额定电流： IN =4A10. 额定转速： nN143

51、5转/分11. 噪声： 65db 声功率级12. 起动性能： T*st0.813. 过载能力： T*max1.814. 绝缘等级： C级15. 堵转性能： T*K1.316. 堵转电流： IK=30A17. 工作方式： 连续电机性能满足JB/T6738-93标准。4.2 重要尺寸及冲片1. 定子外径： 满载电势标幺值： KE =0.0108lnP N -0.013p+0.931 =0.7083 计算功率：P=( KEP N)/(cos) =(0.7083370)/(0.620.63) =663.1 (W) 当p=4时，取 K =96.53 ；查表得KD = Di1/ D=0.65；查表得=1；

52、 初取Kdp=0.94;由表查得A=170A/cm;由表查得B=7000Gs D1=KP/（KdpAB）1/3/KD =96.53663.1/（10.941707000） 1/3/0.65 =12.8(cm)2. 定子内径： Di1=（D1-1.643）/（1.175+1.03/p）=7.7cm3. 气隙： g=0.013+0.004 Di1/=0.025cm4. 转子外径： D2= Di1-2 g =7.65cm5. 转子内径： Di2=2.2cm(按转轴直径决定)6. 叠长： L =p =D1KD /p=7.5 (cm)7. 定转子槽数： 要求 S1/p=整数，和S1/3p=整数，再参照定子槽数表选取 S1=24 对于转子槽数的选取，为了降低噪音，应使S2与S1 相差20%； 使槽数能被极数整除；为了降低电抗值，应使S2 S1 ；参照常用的槽配合表，选取S2=308. 由经验公式得出以下定子、转子槽形尺寸（单位：厘米）定子为半闭口斜肩梨形槽转子为闭口圆肩梨形槽 表4.1d10d11d14w10w11r13r130.070.0710.2