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？如何改变电机转向？如何

2、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

3、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IH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（

4、WbWb） tt时间（时间（S S） ee感应电动势（感应电动势（V V）dtdwe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=BI

5、L: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。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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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： pfn120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：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

11、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。

12、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

13、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： pfn120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)503000501500501000603600601800601200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

14、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950-1050RPM(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；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

15、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

16、、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

17、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

18、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

19、转向？如何改变电机转向？如何调速？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

20、型抽头调速优点：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，1180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、无反馈调速，转速波动比较大

21、，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

22、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

23、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

24、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，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，

25、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

26、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)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

27、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

28、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31.5cm31.5cm4 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转电机堵转通过热电