单相异步电动机(上课用PPT)

1、 单相异步电动机的构造与三相笼型异步电动机相似单相异步电动机的构造与三相笼型异步电动机相似,它的它的转子也是鼠笼型转子也是鼠笼型,主要区别在于定子绕组主要区别在于定子绕组。 单相异步电动机的定子上放置有空间位置相差90电角度的两相绕组,一相为主绕组（工作绕组）主绕组（工作绕组）,另一相为辅助绕组辅助绕组（启动绕组）（启动绕组）。 单相异步电动机采用单相电源供电, 功率比较小,从几瓦到几百瓦,它广泛应用于家用电器（如电风扇、电冰箱、空调、洗衣机、吸尘器等）、医疗器械和小型机械中。6. 1. 1 单相单相单绕组单绕组异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 假设定子只放置有主绕组（工作绕组）,当工

2、作绕组通入单相交流电流时, 产生的磁动势是一个脉振磁动势 F 。如下图所示。单相定子绕组通入单相交流电单相定子绕组通入单相交流电 产生脉动磁场产生脉动磁场 脉振磁动势脉振磁动势 F 可以分解为两个可以分解为两个幅值相等（等于脉振磁动势幅值的一半），同步转速相同,旋转方向相反的圆形旋转磁圆形旋转磁动势动势, 即 F = F+ + F_ , 如图6 - 1所示。其中 F+ 的转向与电动机转向相同, 称为正向旋转磁动势；F_ 的转向与电动机转向相反, 称为反向旋转磁动势。 单相异步电动机的转子在脉振磁动势作用下产生的电磁转矩,就等于正向旋转磁动势 F+ 和反向旋转磁动势 F_ 分别作用下产生的电磁转

3、矩 T+ 和 T_ 的叠加。 在单相异步电动机中, 正向旋转磁动势 F+ 作用下产生的电磁转矩为 T+ , 机械特性为 n =f ( T+ ) ，反向旋转磁动势作用下产生的电磁转矩为 T _ , 机械特性为 n = f ( T_ ) , 两条机械特性曲线是对称的, 合成电磁转矩为 T = T+ + T_ ,合成机械特性为 n = f ( T ) , 如图 6 2 所示。图 6 - 2 单相单绕组异步电动机的机械特性曲线 由图 6 2可知, 合成机械特性为一条过坐标原点的曲线, 由该曲线可以看出单相异步电动机具有下列特点： （1） 当转速 n = 0（启动）时, 电磁转矩 T = 0 。这表明只

4、有主绕组通电时, 电动机无启动转矩, 不能自行启动。图 6 - 2 单相单绕组异步电动机的机械特性曲线 （2）当转速 n 0时, 电磁转矩 T 0；当 n0时, T0。这表明如果由于其他原因(如外力作用)使电动机正转或反转, 且电磁转矩大于负载转矩, 电动机就能在电磁转矩的作用下进入稳定区域稳定运行。 综上所述,单相异步电动机定子上若只有单相异步电动机定子上若只有主绕组（工作绕组）主绕组（工作绕组）, 电动机则无启动转矩电动机则无启动转矩 , 不能自行启动不能自行启动 , 但是可以运行但是可以运行, 因此需要解决单相异步电动机的启动问题。 以上分析表明, 单相异步电动机的关键问题是如何启动,

5、解决启动的条件是电动机产生椭圆形或圆形旋转磁动势解决启动的条件是电动机产生椭圆形或圆形旋转磁动势。 可以证明：当两相绕组通入相位不同的两相交流电流时,将产生一个椭圆形的旋转磁动势和旋转磁场；而两相对称绕组通入两相对称交流电流时,将产生一个圆形的旋转磁动势和旋转磁场。 因此单相异步电动机必须有一个辅助绕组(启动绕组)。6. 1. 2 单相异步电动机的主要类型和启动方法单相异步电动机的主要类型和启动方法 根据启动方法的不同,单相异步电动机分为电阻启动分相式、电容启动分相式、电容运转分相式和罩极式。1电阻启动分相式单相异步电动机电阻启动分相式单相异步电动机 电阻启动分相式单相异步电动机的工作原理图如

6、图 6 - 3所示。图中, 1为主绕组（工作绕组）； 2为辅助绕组（启动绕组）; 3为转子导体。 启动绕组的电阻比工作绕组大启动绕组的电阻比工作绕组大, 启动绕组的电抗比工作绕组小启动绕组的电抗比工作绕组小。 当这两个绕组并联接到电源上时, 启动绕组的电流 超前于工作绕组的电流 一个角度, 如图 6 - 3所示,vIuIuIuIvIvI 因此由它们产生的椭圆形旋转磁动势, 能使单相异步电动机自行启动。 启动时, 椭圆形旋转磁场的转向椭圆形旋转磁场的转向是从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。启动后, 待转速达到 75%80 同步转速时, 将开关Q2断开, 这时单相异步电动机实质上是两

7、相启动单相运转。 改变转向的方法改变转向的方法, 是把工作绕组或启动绕组中的任何一个绕组接电源的两出线端对调。 2电容启动分相式单相异步电动机电容启动分相式单相异步电动机 电容启动分相式单相异步电动机的工作原理图如图 6 - 4所示。这种电动机在结构上和电阻分相式相似 , 区别只是在启动绕组中串入一个电容器 , 启动绕组中的电流 超前于电源电压 , 工作绕组中的电流 滞后于电源电压 。vIUuIU 若电容大小选得恰当, 就可以使 和 的相位差接近 90电角度, 在电动机中建立一个接近于圆形的旋转磁场, 所以这种电动机可获得较大的启动转矩, 启动性能和启动性能和运行性能优于电阻启动分相式电运行性

8、能优于电阻启动分相式电动机动机, 适合于启动力矩要求较高的设备。电动机启动后将启动绕组启动后将启动绕组断开断开。 vIvIvIuIuIuI3电容运转分相式单相异步电动机电容运转分相式单相异步电动机 电容运转分相式单相异步电动机在结构和原理上与电容启动分相式电动机完全一样, 只是启动绕组和电容器都设计为长期工作状态, 工作绕组与启动绕组在运转时都起作用。电容运转式单相异步电动机实际上是两相异步电动机, 它的运行特性较好运行特性较好, 功率因数、效率功率因数、效率和过载能力都比电容启动和电阻启动的异步电动机要和过载能力都比电容启动和电阻启动的异步电动机要好好。 4 罩极式单相异步电动机罩极式单相异

9、步电动机 单相罩极式异步电动机的定子为硅钢片叠成的凸极式，工作绕组套在凸极的极身上。每个极的极靴上开有一个槽，槽内放置有短路铜环，铜环罩住整个极面的三分之一左右 ，如图所示。转子均采用笼形结构。短路环短路环 当工作绕组接入单相交流电源后，磁极内即产生一脉振磁场。脉振磁场的交变，使短路环产生感应电势和感应电流，根据楞次定律可知，环内将出现一个阻碍原来磁场变化的新磁场，从而使短路环内的合成磁场环内的合成磁场变化总是在相位上滞后滞后于环外脉振磁场环外脉振磁场的变化。可以把环内、环外的磁场设想为两相有相位差的电流所形成，这样分相的结果，使气隙中出现椭圆形旋转磁场。优点：结构简单优点：结构简单, ,制造

10、方便。制造方便。缺点：旋转方向只能从未罩部分转向缺点：旋转方向只能从未罩部分转向被罩极部分，不能实现正反转。被罩极部分，不能实现正反转。6. 1. 3 单相异步电动机的应用单相异步电动机的应用 目前绝大部分台风扇和吊风扇台风扇和吊风扇均采用电容运转单相异步电容运转单相异步电动机电动机拖动。为了达到控制其风量和风速的要求, 大多带有调速装置, 而且均采用改变定子电压的方法来实现调速,其调速原理可参见图 6 - 6。 图 6 - 6是台风扇的调速电路。利用电抗器的不同抽头, 用转换开关或琴键开关就可获得快、中、慢三种不同的转速。电抗器的抽头越多, 获得的转速就越多。 电冰箱电冰箱电路主要由压缩机电

11、动机、启动器、温控器、热保护器等组成。压缩机电动机一般均采用电阻启动单相异步电动机电阻启动单相异步电动机（少量也有采用电容启动的）, 因此它的启动绕组只在启动时接通电源,启动后必须立即从电源上切除, 这通常由启动器来完成。图 6 - 7是普通单门电冰箱电路。 当温控器触点接通时, 电动机开始启动,启动后启动器的线圈通电才能将衔铁吸下, 启动器触点断开, 切断启动绕组电路, 电动机正常运转。经过一定时间后, 温控器触点断开, 电动机便停止运转。热保护器作为电动机的过载保护。灯开关由冰箱门进行控制, 当门打开时, 灯开关闭合接通照明灯电路。 洗衣机洗衣机电路主要由电动机和定时控制器两大部分组成,

12、电动机均为电电容运转式单相异步电动机容运转式单相异步电动机。对于需要正反转的洗衣机电动机, 工作绕组和启动绕组完全一样, 只要改变电容器与两绕组的串接顺序, 电动机就能实现正反转。图6 - 9是单缸洗衣机控制电路。 K1、K2、K3 是发条式定时器的触点, 由它们来控制洗涤时间和正反转。S1 是选择弱强洗的转换开关, 借助于定时器 K2或K3 通断时间长短的不同, 可控制强洗或弱洗。有关强洗、中洗和弱洗的工作情况如下： 强洗强洗：波轮单向连续转动，洗涤时产生强烈的涡流冲刷衣物。波轮转动时间的长短由定时器控制，最长不超过15分钟。适用于洗涤较脏的工作服、床单及粗厚衣物。 中洗中洗：波轮以自动间歇正反向转动，产生中等涡流冲刷衣物进行洗涤。正或反转2530秒，间歇35秒。适用于洗涤棉麻织物、化纤混纺衣物。 弱洗弱洗：波轮以自动间歇正反向转动，产生柔和涡流冲刷衣物进行洗涤。正或反转35秒，间停57秒。适用于洗涤丝绸