单相异步电动机基本原理

1、单相异步电动机基础知识单相异步电动机基础知识 20092009年年5 5月月2626日日 目录目录 电机定义、种类电机定义、种类 安培环路定律、电磁感应定律、电磁力定理安培环路定律、电磁感应定律、电磁力定理 脉振磁场、圆形旋转磁场、椭圆旋转磁场脉振磁场、圆形旋转磁场、椭圆旋转磁场 单相异步电机如何转起来单相异步电机如何转起来 异步是什么意思？异步是什么意思？ 为什么要串连电容？为什么要串连电容？ 如何合理选择电容？如何合理选择电容？ 怎样合理设定转速？怎样合理设定转速？ 标准化有什么好处？标准化有什么好处？ 常见噪音与那些因素有关？以及改进存在的问题？常见噪音与那些因素有关？以及改进存在的问题

2、？ 如何改变电机转向？如何改变电机转向？ 如何调速？如何调速？ 室内机挂机测试室内机挂机测试 室外机测试室外机测试 电机电机T-N 电机常规检验电机常规检验 电机特殊实验电机特殊实验 部分国家标准部分国家标准 电动机的定义 电能电能 机械能（动力）机械能（动力）磁场磁场 磁场是实际存在的一种物质，像空气一样摸不着看不到磁场是实际存在的一种物质，像空气一样摸不着看不到 磁力线，从磁力线，从N极到极到S极闭合曲线极闭合曲线 磁场强度磁场强度H 磁通密度（磁感应强度）磁通密度（磁感应强度）B 磁是桥梁磁是桥梁 能量守恒能量守恒 空调中电机分类 空调中使用的电机有：空调中使用的电机有： 单相电容运转异

3、步机 无刷直流电机 单相同步电机或步进电机 罩极异步电机 单相电机分类单相电机分类SinglePhase Asynchronous Motor ： 电阻起动 电容起动 恒电容起动运转 变电容起动运转 罩极起动 能量怎样转化 电生磁电生磁 磁生电磁生电 磁、电生力磁、电生力 电生磁 I H 沿任一条闭合回路沿任一条闭合回路L L，磁场强度的线积分等于该闭合，磁场强度的线积分等于该闭合 回路所包围的全电流。回路所包围的全电流。 ILdH 电生磁（磁场量化-安培环路定律安培环路定律） 本定律阐述磁通变化产生感生电势的规律。本定律阐述磁通变化产生感生电势的规律。 变化磁通产生的感应电势：变化磁通产生的

4、感应电势： 式中式中WW与磁通与磁通相交链的线圈匝数相交链的线圈匝数 与线圈交链的磁通（与线圈交链的磁通（WbWb） tt时间（时间（S S） ee感应电动势（感应电动势（V V） dt d we 磁生电电磁感应定律 当导线在磁场中运动并切割磁力线时，导体中产生当导线在磁场中运动并切割磁力线时，导体中产生 感应电动势感应电动势 ： 式中式中BB磁感应强度（磁感应强度（T T） LL导线有效长度导线有效长度 VV导线垂直于磁场的运动速度导线垂直于磁场的运动速度 ee感应电动势（感应电动势（V V） VBLe 磁生电电磁感应定律 感应电感应电 势方向势方向 遵循右遵循右 手定则手定则 磁、电生力电

5、磁力定律电磁力定律 当磁场与载流导体互相成当磁场与载流导体互相成角时，作用在导体角时，作用在导体 上的电磁力为上的电磁力为:F=BIL:F=BIL* *sinsin 式中式中FF电磁力（电磁力（N N） BB磁感应强度（磁感应强度（T T） II导体中的电流（导体中的电流（A A） LL导体的有效长度（导体的有效长度（m m） 电磁力电磁力 方向遵方向遵 循左手循左手 定则定则 在质量不变的物理系统中，能量总是守恒的，能在质量不变的物理系统中，能量总是守恒的，能 量既不能凭空产生，也不能凭空消失，而仅能变换的量既不能凭空产生，也不能凭空消失，而仅能变换的 形式。在电动机中能量的平衡关系为：形式

6、。在电动机中能量的平衡关系为： 电源输入的电能电源输入的电能= =磁场储能的增加磁场储能的增加+ +转换为热能的能量转换为热能的能量 损耗损耗+ +机械能的输出机械能的输出 式中：转换为热能的能量损耗主要包括三部分式中：转换为热能的能量损耗主要包括三部分 （1 1）定、转子绕组铜耗；）定、转子绕组铜耗； （2 2）交变磁通在铁芯中的铁耗）交变磁通在铁芯中的铁耗 （3 3）通风、摩擦产生的机械损耗）通风、摩擦产生的机械损耗 能量守恒原理能量守恒原理 旋转磁场旋转磁场 对称的多项绕组通对对称的多项绕组通对 称的多项电流时，产生称的多项电流时，产生 圆形旋转磁场圆形旋转磁场 实际是椭圆形旋转磁实际是

7、椭圆形旋转磁 场场 单相绕组可产生脉振磁场单相绕组可产生脉振磁场 由于单相绕组产生的是脉振磁场，电机没有起由于单相绕组产生的是脉振磁场，电机没有起 动转矩，不能起动，如下图表示：动转矩，不能起动，如下图表示： 旋转磁场旋转磁场 在三相电机中，当定子三相绕组接到对称三相交流电源时，在三相电机中，当定子三相绕组接到对称三相交流电源时， 对称三相交流电流在对称三相绕组中流通，产生圆形旋转磁势对称三相交流电流在对称三相绕组中流通，产生圆形旋转磁势 和磁场，从下图表示：和磁场，从下图表示： 旋转磁场旋转磁场 单相 单相异步电容运单相异步电容运 转电机中的单相不转电机中的单相不 是指单相绕组是指单相绕组

8、单相指单相电源单相指单相电源 单相电机定子铁芯中嵌放两相绕组且其轴线在空单相电机定子铁芯中嵌放两相绕组且其轴线在空 间相隔间相隔9090电角度，两相绕组的线径、匝数分布规律电角度，两相绕组的线径、匝数分布规律 各不相同，其中一相绕组称为主绕组（用各不相同，其中一相绕组称为主绕组（用M M表示）。表示）。 另一相称为副绕组或起动绕组（用另一相称为副绕组或起动绕组（用A A表示）。副绕组表示）。副绕组 铁串联电容后接入电源。结构原理如下图：铁串联电容后接入电源。结构原理如下图： 两相绕组 单相电容运转异步电动机单相电容运转异步电动机 主绕组主绕组M与副绕与副绕 组组A的轴线在空的轴线在空 间相隔间

9、相隔90电角电角 度度 副绕组串联一个副绕组串联一个 电容电容C再与工作绕再与工作绕 组并接于电源组并接于电源 在单相电机中，若定子上的主、副两相绕组完全对称，在单相电机中，若定子上的主、副两相绕组完全对称， 两相绕组接到两相对称电源，则与三相电机一样也产生在空两相绕组接到两相对称电源，则与三相电机一样也产生在空 间旋转的圆形旋转磁势和磁场，如下图间旋转的圆形旋转磁势和磁场，如下图： 单相电机的旋转磁场 对称两相绕对称两相绕 组通对称两相组通对称两相 电流时，产生电流时，产生 圆形旋转磁场圆形旋转磁场 单相电容运转异步电动机单相电容运转异步电动机 重要重要 这就是为什这就是为什 么要串连电么要

10、串连电 容容C 副绕组中电流副绕组中电流IA相位上相位上 超前于主绕组电流超前于主绕组电流IM 产生椭圆形旋转磁场产生椭圆形旋转磁场 两项绕组通两项电流两项绕组通两项电流 可以产生旋转磁场可以产生旋转磁场 可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋 转磁势与三相电机产生旋转磁势一样。其旋转速度转磁势与三相电机产生旋转磁势一样。其旋转速度 与电源频率和电机极数有关：与电源频率和电机极数有关： p f n 120 单相异步电动机基本原理 在单相电机的转子中铸有许多彼此相连通的鼠在单相电机的转子中铸有许多彼此相连通的鼠 笼形铝导条，如图示：笼形铝导条，如图示：

11、单相异步电动机基本原理 当电机中磁场以当电机中磁场以n n速度旋转时，处于旋转磁场速度旋转时，处于旋转磁场 中的转子导条就会切割磁力线而产生感应电势和感中的转子导条就会切割磁力线而产生感应电势和感 应电流，感应电流在磁场的作用下产生电磁力和电应电流，感应电流在磁场的作用下产生电磁力和电 磁力矩，行成一定的转速磁力矩，行成一定的转速nn。 异步是什么意思？异步是什么意思？ 为什么要串连电容？为什么要串连电容？ 如何合理选择电容？如何合理选择电容？ 怎样合理设定转速？怎样合理设定转速？ 标准化有什么好处？标准化有什么好处？ 常见噪音与那些因素有关？以及改进存在的问题？常见噪音与那些因素有关？以及改

12、进存在的问题？ 如何改变电机转向？如何改变电机转向？ 如何调速？如何调速？ 因为因为n1= n时，转子导条相对旋转磁场是静时，转子导条相对旋转磁场是静 止的，导条中就不会产生感应电势和感应电流，电止的，导条中就不会产生感应电势和感应电流，电 机就不会产生电磁力矩，电机转速就会自然下降。机就不会产生电磁力矩，电机转速就会自然下降。 因转子速度始终低于旋转磁场速度，故称此种电机因转子速度始终低于旋转磁场速度，故称此种电机 为为“单相异步电动机单相异步电动机”。 异步是怎么回事？ 异步电机转子转速异步电机转子转速n1 不等于旋转磁场转速不等于旋转磁场转速n异步异步 为什么要串连电容？ 电容和绕组方案

13、共同决定某个电容和绕组方案共同决定某个 转速点是否是圆形旋转磁场转速点是否是圆形旋转磁场 圆形旋转磁圆形旋转磁 场是我们追场是我们追 求的目标求的目标 有电容电机有电容电机 才能启动才能启动 电容和匝比之间存在如下关系：电容和匝比之间存在如下关系： C P2 /（22aUm2） a为匝比，副相有效匝数比主相有效匝数为匝比，副相有效匝数比主相有效匝数 P2为输出功率为输出功率 为效率为效率 如何选择电容？ 有时候受到工艺等限制，有时候受到工艺等限制， 需要合理调整电容，使需要合理调整电容，使 电机工作在接近圆形旋电机工作在接近圆形旋 转磁场转磁场 电机同步转速：电机同步转速： p f n 120

14、 怎样合理设定电机转速？ 根据频率和极数可以确定同步转速；根据频率和极数可以确定同步转速； 异步电机转速不能超过同步转速；异步电机转速不能超过同步转速； 极数极数频率频率(Hz)同步转速同步转速(RPM) 503000 501500 501000 603600 601800 601200 怎样合理设定电机转速？ 电机力矩曲线 负载特性 转速稳定区 转速不稳定区 在转速 不稳定 区，电 机受材 料等波 动，即 使转矩 发生较 小变化， 转速也 会发生 很大变 化 在转速 稳定区， 转矩相 对影响 转速较 小 6极电机设置转速为极电机设置转速为800-860RPM(50Hz)或或950- 1050

15、RPM(60Hz)时比较合理；时比较合理； 4极电机设置转速为极电机设置转速为1200-1300RPM(50Hz)或或1450- 1550RPM(60Hz) 时比较合理；时比较合理； 效率、成本优效率、成本优 标准化有什么好处？ 空调安装架标准化：空调安装架标准化：库存少，通用，库存少，通用， 供应商制作简单质量稳定等等供应商制作简单质量稳定等等 对应电机就是端盖标准化：对应电机就是端盖标准化：减少库减少库 存、通用、减少换模调模时间、质存、通用、减少换模调模时间、质 量稳定量稳定 端盖质量端盖质量 影响电机噪影响电机噪 音音 标准化标准化 可以降成可以降成 本本 标准化有什么好处？ 对于空调

16、转轴标准化：对于空调转轴标准化：风叶安装部风叶安装部 位标准通用位标准通用 对电机转轴标准化：对电机转轴标准化：减少库存、通减少库存、通 用、减少制作成本、减少转产时间用、减少制作成本、减少转产时间 浪费、缩短生产周期浪费、缩短生产周期 标准化标准化 可以降成可以降成 本本 标准化有什么好处？ 对于空调电源线标准化：对于空调电源线标准化：使用电源使用电源 线线色、端子连接器可以通用线线色、端子连接器可以通用 对于电机电源线标准化：对于电机电源线标准化：减少库存、减少库存、 通用、减少制作成本、缩短采购周通用、减少制作成本、缩短采购周 期、缩短生产周期期、缩短生产周期 标准化标准化 可以降成可以

17、降成 本本 常见噪音可能与那些因素有关？ 整机噪音整机噪音 电机的振动频率与整机的固有频率相等或接近时，发生电机的振动频率与整机的固有频率相等或接近时，发生 共振共振 产生的可能产生的可能 原因有那些？原因有那些？ 槽配合槽配合斜槽斜槽端盖端盖 转子动不平衡转子动不平衡 鼠笼转子铸铝鼠笼转子铸铝 电机运输电机运输 空调安装支架、板面太薄，强度不够空调安装支架、板面太薄，强度不够 电机生产过程中电机生产过程中 其其 他他 常见噪音可能与那些因素有关？ 很多可能原因很多可能原因 如何解决？如何解决？ 更改槽配合（受模具限制）更改槽配合（受模具限制） 更改斜槽（可操作，但与标准化不符）更改斜槽（可操

18、作，但与标准化不符） 改进端盖质量（受到外协厂水平、模具限制）改进端盖质量（受到外协厂水平、模具限制） 改进铸铝（受到铸铝工艺、设备限制）改进铸铝（受到铸铝工艺、设备限制） 校验转子动不平衡（可操作，但影响产能）校验转子动不平衡（可操作，但影响产能） 改进包装、运输（范围有限）改进包装、运输（范围有限） 控制生产过程（可改善摩擦噪音等不良，范围有限）控制生产过程（可改善摩擦噪音等不良，范围有限） 改善空调结构（客户配合）改善空调结构（客户配合） 空调中使用阻尼等（对整机噪音效果明显，需客户配合）空调中使用阻尼等（对整机噪音效果明显，需客户配合） 其他其他 具体操作又具体操作又 会碰到那些会碰到

19、那些 问题问题 常见噪音可能与那些因素有关？ 整机噪音是一个很复杂的系统问题，不单是电机或空调整机噪音是一个很复杂的系统问题，不单是电机或空调 的问题的问题 对整机噪音，单改善电机不一定会有效，因为对于某种对整机噪音，单改善电机不一定会有效，因为对于某种 电机来说，电机的固有频率范围已经确定电机来说，电机的固有频率范围已经确定 建议尽量借鉴现有好的空调结构和电机结构；建议尽量借鉴现有好的空调结构和电机结构； 充分验证充分验证 如何改变电机转向？ 电机出线侧电机出线侧 看看,转向如转向如 图图 改变转向的 方法：主相、 副相，反接 一相即可改 变转向 如何改变电机转向？ 如何改变电机转向？ 如何

20、调速？ 抽头调速抽头调速 常见的调试方法常见的调试方法 降压调速降压调速 PG调速调速 抽头调速抽头调速 定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组。通过改变定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组。通过改变 调速绕组与主、副绕组的联接方式，调整气隙磁场大小调速绕组与主、副绕组的联接方式，调整气隙磁场大小 及椭圆度来实现调速的目的。及椭圆度来实现调速的目的。 T型 L型 T型抽头调速优点：中、低档运行绕组温升低；缺点：型抽头调速优点：中、低档运行绕组温升低；缺点： 电机高档效率低，主绕组生产时，匝间比例高。电机高档效率低，主绕组生产时，匝间比例高。 L型抽头调速优点：电机高档效率高，付绕组匝间比例型

21、抽头调速优点：电机高档效率高，付绕组匝间比例 低；缺点：中、低档运行绕组温升较高低；缺点：中、低档运行绕组温升较高 降压调速降压调速 降压调速方法很多，如串联电抗器、串联电容、自耦 变压器和串联可控硅调压调速。空调中最常用的调压调 速是可控硅调压调速。 可控硅调速是改变可控硅导通角的方法，改变电动机 端电压的波形，从而改变了电动机的端电压的有效值。 可控硅导通角1=180时，电机端电压为额定值，1 180时电压波形如果实线部分，电机端电压有效值 小于额定值，1越小，电压越低。 降压调速降压调速 电机力矩曲线 负载特性 转速稳定区 转速不稳定区 无反馈调速，转速波动比较大，不同批产之间的电机、无

22、反馈调速，转速波动比较大，不同批产之间的电机、 同批次不同电机之间都可能存在较大波动同批次不同电机之间都可能存在较大波动 在转速不稳 定区，电机 受材料等波 动，即使转 矩发生较小 变化，转速 也会发生很 大变化 PG调速调速 塑封塑封PG电机就是可控硅降压调速。塑封电机就是可控硅降压调速。塑封PG电机的输电机的输 入电压不是直接接到电源上的，而是通过电控的输出端入电压不是直接接到电源上的，而是通过电控的输出端 施加电压于电机上的，其电控的输出电压是可调节的。施加电压于电机上的，其电控的输出电压是可调节的。 调速是利用电机输出转矩与电机输入电压成近似一次关调速是利用电机输出转矩与电机输入电压成

23、近似一次关 系，通过改变电机输入电压来改变电机的输出转矩，起系，通过改变电机输入电压来改变电机的输出转矩，起 到调节电机转速的作用，其原理如下：到调节电机转速的作用，其原理如下： PG调速调速 在电机的轴上装有一个磁环，它一般有在电机的轴上装有一个磁环，它一般有6极磁环及极磁环及2极极 磁环磁环2种。当电机转子旋转一圈时，磁环也旋转一圈，种。当电机转子旋转一圈时，磁环也旋转一圈， 磁环与磁环与PG板中的霍尔原件相感应，板中的霍尔原件相感应，6极磁环会在极磁环会在PG板板 的的OUTPUT（白）脚中输出（白）脚中输出3个脉冲，个脉冲，2极磁环会输出极磁环会输出 1个脉冲，这样根据输出脉冲的数量就

24、可以知道电机的个脉冲，这样根据输出脉冲的数量就可以知道电机的 转速。在电控中设定有厂家预定的转速值，将它与从转速。在电控中设定有厂家预定的转速值，将它与从 PG块中采样取得的转速值相比较，当转速偏低时，则块中采样取得的转速值相比较，当转速偏低时，则 提高电控的输出电压，当转速偏高时，则降低电控的输提高电控的输出电压，当转速偏高时，则降低电控的输 出电压出电压,这样通过这样通过PG信号的反馈调节电控输出电压就实信号的反馈调节电控输出电压就实 现了对电机的平滑调速。现了对电机的平滑调速。 PG调速是有反馈闭环调速，电机转速调速是有反馈闭环调速，电机转速 能准确达到设定的转速能准确达到设定的转速 室

25、内机挂机测试室内机挂机测试 室外机测试室外机测试 电机电机T-N 电机常规检验电机常规检验 电机特殊实验电机特殊实验 1 1、室内机挂机测试、室内机挂机测试 环环 境境 温温 度度 影影 响响 很很 大大摆叶位置调整使摆叶位置调整使 电流功率最大值电流功率最大值 空调挂起来空调挂起来 后面滤网是否后面滤网是否 干净影响很大干净影响很大 测试人员站在测试人员站在 这里，尽量不这里，尽量不 要挡住出风要挡住出风 1 1、室内机挂机测试、室内机挂机测试 平放气流与风阻不同平放气流与风阻不同 测试转速不准确测试转速不准确 高高3040转转 2 2、室外机测试、室外机测试 风叶上标记，便于测试风叶上标记

26、，便于测试 电脑数字闪光测试仪与空调电脑数字闪光测试仪与空调 中心成中心成60度角度角,距离距离300mm 测试人在此位置，测试人在此位置， 尽量不影响出风尽量不影响出风 室外机相对较稳定室外机相对较稳定 冷热态转速不同冷热态转速不同 2 2、室外机测试温升测试、室外机测试温升测试 正常测试采用电阻法。正常测试采用电阻法。 温升测试：必须要等到电机温升测试：必须要等到电机 运行稳定后测试，通常是运行稳定后测试，通常是2小小 时或更长时或更长 断电后必须立即堵住电机断电后必须立即堵住电机 风扇，不允许电机旋转。风扇，不允许电机旋转。 电机断电后，电机热电阻电机断电后，电机热电阻 降低非常快，铝漆

27、包线下降降低非常快，铝漆包线下降 更快，所以通常在更快，所以通常在5秒内将电秒内将电 阻测试完成阻测试完成 序号 说明 1热电偶测试温度法测试温升热电偶测试温度法测试温升 2有专门的温升测试仪器测试温升有专门的温升测试仪器测试温升 3测试电阻时一定要断开电容测试电阻时一定要断开电容 3 3、电机、电机T-NT-N与工作区域与工作区域 电机力矩曲线 负载特性 转速稳定区 转速不稳定区 在转速 不稳定 区，电 机受材 料等波 动，即 使转矩 发生较 小变化， 转速也 会发生 很大变 化 在转速 稳定区， 转矩相 对影响 转速较 小 6极电机设置转速为极电机设置转速为800-860RPM(50Hz)

28、或或950- 1050RPM(60Hz)时比较合理；时比较合理； 4极电机设置转速为极电机设置转速为1200-1300RPM(50Hz)或或1450- 1550RPM(60Hz) 时比较合理；时比较合理； 4 4、电机常规检验、电机常规检验 电阻测试：主、副相电阻电阻测试：主、副相电阻 空载性能：功率、电流、电容电压空载性能：功率、电流、电容电压 模拟负载：功率、电流、转速模拟负载：功率、电流、转速 绝缘电阻：铁壳电机大于绝缘电阻：铁壳电机大于50M，塑封大于，塑封大于20M 噪音、振动噪音、振动 低压启动：空载低压启动：空载0.5倍额定电压，负载倍额定电压，负载0.85倍额定电压倍额定电压

29、堵转性能：功率、电流堵转性能：功率、电流 4 4、电机常规检验、电机常规检验 正确旋转档位正确旋转档位 电阻测试电阻测试 注意环境注意环境 温度！温度！ 电机运转后马上测试电阻不是冷态电阻电机运转后马上测试电阻不是冷态电阻 4 4、电机常规检验、电机常规检验 模拟负载测试模拟负载测试 模拟负载模拟负载 模拟模拟 负载负载 只能只能 模拟模拟 实际实际 负载负载 的一的一 个点个点 4 4、电机常规检验、电机常规检验 振动测试振动测试 测试探头测试探头 弹性吊架弹性吊架 振幅位移振幅位移 （m） 振动速度振动速度 mm/s 测试测试6个点个点 测试测试 4 4、电机常规检验、电机常规检验 噪音测试噪音测试 耳听耳听 4 4个探头正对电机，个探头正对电机， 距离约距离约31.5cm31.5cm 4 4、电机常规检验、电机常规检验 测功测功 测功输出：效率曲线、测功输出：效率曲线、 T-N曲线、功率曲线、曲线、功率曲线、 电流曲线电流曲线 4 4、电机常规检验、电机常规检验 堵转测试堵转测试 电机堵