单相异步电动机

1、第二章第二章单相异步电动机单相异步电动机第一节第一节单相异步电动机的结构和工作原理单相异步电动机的结构和工作原理第二节第二节单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类第三节第三节单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速本章小结本章小结 第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理一、一、单相异步单相异步电动机的基本结构电动机的基本结构二、二、单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及

2、机壳、端盖、单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及机壳、端盖、轴承、风扇等部件构成，如图轴承、风扇等部件构成，如图2-1所示。所示。一、单相异步电动机的基本结构一、单相异步电动机的基本结构第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理1定子定子电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图2-2所示。所示。2转子转子转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图2-3所示。所示。转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。一、直流电动机的

3、基本结构一、直流电动机的基本结构3其他部件其他部件单相异步电动机的单相异步电动机的其他部件还有机壳、其他部件还有机壳、前后端盖、风叶等。前后端盖、风叶等。第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理1运转原理运转原理异步电动机属于感应电动机。异步电动机属于感应电动机。实验装置如图所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极实验装置如图所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极之间放一个可以自由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙，没之间放一个可以自由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙，没有机械或电气的联系。有机械或电气的联系。二、单相异步电动机的工作原理二、

4、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理当我们转动手柄使磁铁旋转时，现象：当我们转动手柄使磁铁旋转时，现象：（1）笼型转子随着磁极一起转动。磁极转得快，转子跟着转得快；磁）笼型转子随着磁极一起转动。磁极转得快，转子跟着转得快；磁极转得慢，转子也跟着转得慢。极转得慢，转子也跟着转得慢。（2）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。（3）仔细观察还会发现，笼型转子的转速总是低于磁极的转速，两者）仔细观察还会发现，笼型转子的转速总是低于磁极的转速，两者的转速不能同步，即所谓的转速不能同步

5、，即所谓“异步异步”。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理设磁极按逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，置于旋转磁场中的转设磁极按逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，置于旋转磁场中的转子导条切割磁感应线，产生感应电动势，由于笼型转子绕组是闭合结构，子导条切割磁感应线，产生感应电动势，由于笼型转子绕组是闭合结构，所以转子绕组中产生感应电流。根据右手定则，可以判断出位于所以转子绕组中产生感应电流。根据右手定则，可以判断出位于N极下的导极下的导条感应电流方向为进入纸面；而位于条感应电流方向为进入纸面；而位于 S 极

6、下的导条感应电流方向为穿出纸极下的导条感应电流方向为穿出纸面。又因为载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，根据左手定则可判断面。又因为载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，根据左手定则可判断出位于出位于 N 极下的导条受力方向向左；位于极下的导条受力方向向左；位于 S 极下的导条受力方向向右。这极下的导条受力方向向右。这样，在笼型转子上就形成一个逆时针方向的电磁转矩，从而驱动转子跟随样，在笼型转子上就形成一个逆时针方向的电磁转矩，从而驱动转子跟随旋转磁场按顺时针方向转动起来。旋转磁场按顺时针方向转动起来。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结

7、构和电动机的结构和工作原理工作原理若磁极按顺时针方向旋转，同理，转子也会改变方向朝顺时针方向转若磁极按顺时针方向旋转，同理，转子也会改变方向朝顺时针方向转动。另外，磁场若加快旋转切割转子速度，转子上感应电流及电磁转矩将动。另外，磁场若加快旋转切割转子速度，转子上感应电流及电磁转矩将增大，则转子转速加快。增大，则转子转速加快。“异步异步”解释：异步电动机的转子转向与旋转磁场转向一致，如果转解释：异步电动机的转子转向与旋转磁场转向一致，如果转子与旋转磁场转速相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子导条子与旋转磁场转速相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子导条不再切割磁感应线，没有电磁感应

8、，感应电流和电磁转矩为零，转子失去不再切割磁感应线，没有电磁感应，感应电流和电磁转矩为零，转子失去旋转动力，在固有阻力矩的作用下，转子转速必然低于旋转磁场转速，所旋转动力，在固有阻力矩的作用下，转子转速必然低于旋转磁场转速，所以称其为异步电动机。以称其为异步电动机。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理如果电动机转子与旋转磁场以相同的转速旋转，这种电动机称为同步如果电动机转子与旋转磁场以相同的转速旋转，这种电动机称为同步电动机。电动机。异步电动机旋转磁场转速（也异步电动机旋转磁场转速（也称同步转速称同步转

9、速 n0 ）与转子转速）与转子转速 n 之差称为之差称为转差，转差与同步转速转差，转差与同步转速 n0 的比值用的比值用“转差率转差率” s 表示：表示：二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理00nnns 第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理2旋转磁场旋转磁场若要在定子绕组中通以具有相位差的两相或三相交流电，在定子绕组的若要在定子绕组中通以具有相位差的两相或三相交流电，在定子绕组的空间就可以产生一个旋转磁场。单相异步电动机的定子绕组通入的是单相交空间就可以产生一个旋转磁场。单相异步电动机的定子绕组通入的是单相交流电，只能产生一个大小和方向按

10、正旋规律周期性的变化，但磁场轴线不变流电，只能产生一个大小和方向按正旋规律周期性的变化，但磁场轴线不变的脉动磁场，也就是说脉动磁场是不旋转的，如图所示。的脉动磁场，也就是说脉动磁场是不旋转的，如图所示。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理如果单相异步电动机的转子是静止不动的，在脉动磁场的作用下，在转子如果单相异步电动机的转子是静止不动的，在脉动磁场的作用下，在转子绕组左、右半侧所产生的电磁转矩因大小相等而方向相反相互抵消，如图所示。绕组左、右半侧所产生的电磁转矩因大小相等而方向相反相互抵消，如图所示。也

11、就是说，单相异步电动机产生的脉动磁场不能产生启动转矩，电动机无法自也就是说，单相异步电动机产生的脉动磁场不能产生启动转矩，电动机无法自行启动。如果启动时用外力朝任意一个方向拨动电动机的转子，则转子两边产行启动。如果启动时用外力朝任意一个方向拨动电动机的转子，则转子两边产生的电磁转矩就有了差距，就会产生该方向的合成转矩，电动机就会朝着被拨生的电磁转矩就有了差距，就会产生该方向的合成转矩，电动机就会朝着被拨动的方向旋转起来动的方向旋转起来。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理 第二节第二节单相异步电动机的分

12、类单相异步电动机的分类一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机三、电容运转式异步电动机三、电容运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机五、罩极式电动机五、罩极式电动机单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类了解决单相异步电动机不能自行启动的问题，往往采用在单相电动机的了解决单相异步电动机不能自行启动的问题，往往采用在单相电动机的定子绕组中嵌放两套绕组，分别为主绕组和启动绕组，在启动绕组中又采用定子绕组中嵌放两套绕组，分别为主绕组和启动绕组，在启动绕组中又采用串入电阻或电容使两个绕组中的电流在时间上有一定的相

13、位差，就可以产生串入电阻或电容使两个绕组中的电流在时间上有一定的相位差，就可以产生旋转磁场。因此单相电动机在类型上可分为：旋转磁场。因此单相电动机在类型上可分为： 罩罩极极式式电电动动机机电电容容起起动动运运转转式式电电容容运运转转式式电电容容式式起起动动电电阻阻式式起起动动分分相相式式电电动动机机单单相相异异步步电电动动机机第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中“1” 为主绕组，匝数为主绕组，匝数比启动绕组多，主要呈感性。比启

14、动绕组多，主要呈感性。 “2” 为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的电流于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的电流I2 超前于工作绕组的电流超前于工作绕组的电流 I1 一个一个角，两者之间有一定的相位差，从而可以角，两者之间有一定的相位差，从而可以形成旋转磁场形成旋转磁场, 产生起动转矩。产生起动转矩。第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特点特点起动绕组一般是按短时工作设计起动绕组一般是按短时工作设计, 因此串有一个起动开关因此串有一个起动开关S , 当转

15、速上升当转速上升到一定程度时到一定程度时, 开关自动断开起动绕组开关自动断开起动绕组, 由工作绕组维持运行。由于由工作绕组维持运行。由于 角不大角不大, 因此电阻起动式电动机的起动转矩较小。因此电阻起动式电动机的起动转矩较小。3应用应用适用于空载或轻载起动的场合。适用于空载或轻载起动的场合。一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成二、电容起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机图示为单相电容起动式电动机的原理图。电动机的启动绕组中串联了一图示为单相电容起动式电动机的原理图。电动机的启动绕组中串联了一个电容器，选择合适

16、的电容量，可使工作绕组与启动绕组的电流相位差接近个电容器，选择合适的电容量，可使工作绕组与启动绕组的电流相位差接近90 ，产生近似于圆形的旋转磁场。，产生近似于圆形的旋转磁场。 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特点特点具有较大的启动转矩，且启动电流较小，因而这种电动机的起动性能较具有较大的启动转矩，且启动电流较小，因而这种电动机的起动性能较好。电容启动式电动机的起动绕组也是按短时工作设计，因此串有一个起动好。电容启动式电动机的起动绕组也是按短时工作设计，因此串有一个起动开关开关 S , 当转速上升到一定程度时当转速上升到一定程度时, 开关自动断开起动绕组开关自动断开起动绕

17、组, 由工作绕组维持由工作绕组维持运行。运行。二、电容起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成三、电容运转式异步电动机三、电容运转式异步电动机 图示为单相电容运转式电动机的原理图。与电容启动式电动机相比较，图示为单相电容运转式电动机的原理图。与电容启动式电动机相比较，其启动绕组中不串起动开关其启动绕组中不串起动开关 S，因此启动绕组和启动电容器在电动机启动后因此启动绕组和启动电容器在电动机启动后也参与运行，因此称为电容运转式电动机。也参与运行，因此称为电容运转式电动机。第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特

18、点特点这种电动机运行时输出功率大、功率因数高、过载能力强、噪声低、振这种电动机运行时输出功率大、功率因数高、过载能力强、噪声低、振动小。其缺点是起动性能不如电容起动式电动机好。动小。其缺点是起动性能不如电容起动式电动机好。3应用应用广泛应用于各种小功率的电动类日用电器中广泛应用于各种小功率的电动类日用电器中三、电容运转式异步电动机三、电容运转式异步电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 为了使电动机的起动和运行性能都比较好，可以在启动绕组中串联两个为了使电动机的起动和运行性能都比较好，可以在启动绕组中串联两个相互并联的电容器，其中相互并联的电容器，其中 C1与启动开关与启

19、动开关 S 串联。电动机启动时，两个电容器串联。电动机启动时，两个电容器都参与工作；启动结束，由都参与工作；启动结束，由 S 断开启动电容器，只有断开启动电容器，只有 C2 参与运行，这样电参与运行，这样电动机的启动与运行性能都能得到保障。动机的启动与运行性能都能得到保障。四、电容起动运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 罩极式电动机的转子是笼型的罩极式电动机的转子是笼型的, 定子有凸极式和隐极式两种。图为凸极定子有凸极式和隐极式两种。图为凸极式罩极电动机结构示意图。在凸出的定子磁极约式罩极电动机结构示意图。在凸出的定子磁极约 1/

20、3 处开一小槽处开一小槽, 套入罩极线套入罩极线圈圈( (一个短路铜环一个短路铜环) ) , 作为副绕组作为副绕组, 凸极上的另一个线圈作为主绕组。当定子绕凸极上的另一个线圈作为主绕组。当定子绕组通入单相交流电流时组通入单相交流电流时, 所产生的脉动磁场可分为两部分，一部分磁通不穿过所产生的脉动磁场可分为两部分，一部分磁通不穿过短路环短路环, 另一部分穿过短路环另一部分穿过短路环, 由于短路环在变化的磁场中产生感应电流由于短路环在变化的磁场中产生感应电流, 使使2 滞后于滞后于1 , 这种相位差相当于磁场未罩的部分向被罩的部分连续移动这种相位差相当于磁场未罩的部分向被罩的部分连续移动, 磁场的

21、磁场的中心线始终是由磁极的未罩部分移向被罩部分。这种移动磁场实际上是椭圆中心线始终是由磁极的未罩部分移向被罩部分。这种移动磁场实际上是椭圆度很大的旋转磁场度很大的旋转磁场, 使电动机产生起动转矩自行起动并运行。使电动机产生起动转矩自行起动并运行。五、罩极式电动机五、罩极式电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类五、罩极式电动机五、罩极式电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转二、单项异步电动机的调速二、单项异步电动机的调速 1分相式电动机的

22、反转分相式电动机的反转一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向。就可以改变单改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向。就可以改变单相异步电动机的转向，电路原理如图所示。相异步电动机的转向，电路原理如图所示。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速 2罩极式电动机反转罩极式电动机反转一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转罩极式电动机的转向由定子磁极的结构决定的，故运行时无法改变，只罩极式电动机的转向由定子磁极的结构决定的，故运行时无法改变，只有把定子绕组铁心从机座中抽出来，反相后再装。或在定子槽中

23、增加一套主有把定子绕组铁心从机座中抽出来，反相后再装。或在定子槽中增加一套主绕组或罩极线圈。绕组或罩极线圈。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速1调速原理和方法调速原理和方法二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转速的过通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转速的过程，称为调速。常用的调速方法有两种：第一是外电路降压法，；第二种是程，称为调速。常用的调速方法有两种：第一是外电路降压法，；第二种是通过改变定子绕组的匝数调速。通过改变定子绕组的匝数调速。2外电路降压调速外电路降压调速（1）

24、串联电抗法，如图。）串联电抗法，如图。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速将电动机主、副绕组并联后再与电抗器串联。调速开关接高速档，电机将电动机主、副绕组并联后再与电抗器串联。调速开关接高速档，电机绕组直接接电源，转速最高；调速开关接中、低速档，电机绕组串联不同的绕组直接接电源，转速最高；调速开关接中、低速档，电机绕组串联不同的电抗器，总电抗增大，转速降低电抗器，总电抗增大，转速降低。二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速用此方法调速比较灵活，电路结构简单，维修方便，但需要专用电抗器，用此方法调速比较灵活，电路结构简单，维修方便，但需要专用电抗器，成本高

25、，耗能大，低速起动性能差。成本高，耗能大，低速起动性能差。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速（2）采用）采用 PTC 零件调速零件调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速如图为具有微风挡的电风扇调速电路。如图为具有微风挡的电风扇调速电路。微风微风风扇在风扇在 500 r/min 以下送出的风。如采用一般的以下送出的风。如采用一般的调速方法，电动机在这样低的调速方法，电动机在这样低的转速下很难启动，电路利用常转速下很难启动，电路利用常温下温下 PTC 电阻很小，电动机在电阻很小，电动机在微风挡直接起动，起动后，微风挡直接起动，起动后，PTC 阻值增大，

26、使电动机进入阻值增大，使电动机进入微风挡运行。微风挡运行。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速（3）晶闸管调压调速）晶闸管调压调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速晶闸管调压调速是通过改变晶闸管的导通角来改变电动机的电压波形，晶闸管调压调速是通过改变晶闸管的导通角来改变电动机的电压波形，从而改变电压的有效值已达到调速的目的。从而改变电压的有效值已达到调速的目的。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速图示为吊扇使用的双向晶闸管调压调速电路。图示为吊扇使用的双向晶闸管调压调速电路。二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速3绕组抽头法调速绕组抽头法调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速绕组抽头法调速，实际上是把电抗器调速法的电抗嵌入定子槽中，通过绕组抽头法调速，实际上是把电抗器调速法的电抗嵌入定子槽中，通过改变中间绕组与主、副绕组的连接方式，来调整磁场的大小和椭圆度，从而改变中间绕组与主、副绕组的连接方式，来调整磁场的大小和椭圆度，从而调节电动机的转速。采用这种方法调速，节省