单相异步电动机基本原理教学课件

1、单相异步电动机基础知识2009年5月26日 第1页，共64页。目录一、电机基本原理二、电机常见问题三、电机测试四、部分单相异步电机相关标准第2页，共64页。一、电机基本原理电机定义、种类安培环路定律、电磁感应定律、电磁力定理脉振磁场、圆形旋转磁场、椭圆旋转磁场单相异步电机如何转起来第3页，共64页。二、电机常见问题异步是什么意思？为什么要串连电容？如何合理选择电容？怎样合理设定转速？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？如何改变电机转向？如何调速？第4页，共64页。三、电机测试室内机挂机测试室外机测试电机T-N电机常规检验电机特殊实验第5页，共64页。四、部分单相异步电

2、机相关标准部分国家标准第6页，共64页。电动机的定义电能机械能（动力）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力线，从N极到S极闭合曲线磁场强度H磁通密度（磁感应强度）B磁是桥梁能量守恒第7页，共64页。空调中电机分类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第8页，共64页。能量怎样转化电生磁磁生电磁、电生力第9页，共64页。电生磁通电导线产生磁场变化电流产生变化磁场右手螺旋法则IH第10页，共64页。沿任一条

3、闭合回路L，磁场强度的线积分等于该闭合回路所包围的全电流。电生磁（磁场量化-安培环路定律）第11页，共64页。 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： 式中W与磁通相交链的线圈匝数 与线圈交链的磁通（Wb） t时间（S） e感应电动势（V）磁生电电磁感应定律第12页，共64页。 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 ： 式中B磁感应强度（T） L导线有效长度 V导线垂直于磁场的运动速度 e感应电动势（V）磁生电电磁感应定律感应电势方向遵循右手定则第13页，共64页。磁、电生力电磁力定律 当磁场与载流导体互相成角时，作用在导体上的电磁力为:F=BIL*s

4、in式中F电磁力（N） B磁感应强度（T） I导体中的电流（A） L导体的有效长度（m）电磁力方向遵循左手定则第14页，共64页。 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，而仅能变换的形式。在电动机中能量的平衡关系为：电源输入的电能=磁场储能的增加+转换为热能的能量损耗+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（1）定、转子绕组铜耗； （2）交变磁通在铁芯中的铁耗 （3）通风、摩擦产生的机械损耗能量守恒原理第15页，共64页。旋转磁场 对称的多项绕组通对称的多项电流时，产生圆形旋转磁场 实际是椭圆形旋转磁场单相绕组可产生脉振磁场第16页，共64页

5、。 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：旋转磁场单相绕组产生脉振磁势，电机不能启动第17页，共64页。 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，产生圆形旋转磁势和磁场，从下图表示：旋转磁场第18页，共64页。单相单相异步电容运转电机中的单相不是指单相绕组单相指单相电源第19页，共64页。 单相电机定子铁芯中嵌放两相绕组且其轴线在空间相隔90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M表示）。另一相称为副绕组或起动绕组（用A表示）。副绕组铁串联电容后接入电源。结构原理如下图：两相绕组

6、第20页，共64页。单相电容运转异步电动机主绕组M与副绕组A的轴线在空间相隔90电角度副绕组串联一个电容C再与工作绕组并接于电源第21页，共64页。 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 对称两相绕组通对称两相电流时，产生圆形旋转磁场第22页，共64页。单相电容运转异步电动机重要这就是为什么要串连电容C副绕组中电流IA相位上超前于主绕组电流IM产生椭圆形旋转磁场两项绕组通两项电流可以产生旋转磁场第23页，共64页。 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

7、转磁势一样。其旋转速度与电源频率和电机极数有关： 单相异步电动机基本原理同步转速第24页，共64页。 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：单相异步电动机基本原理 当电机中磁场以n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n。第25页，共64页。二、电机常见问题异步是什么意思？为什么要串连电容？如何合理选择电容？怎样合理设定转速？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？如何改变电机转向？如何调速？第26页，共64页。 因为n1= n时，转子导条相对旋转磁场是静

8、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。因转子速度始终低于旋转磁场速度，故称此种电机为“单相异步电动机”。 异步是怎么回事？异步电机转子转速n1不等于旋转磁场转速n异步第27页，共64页。为什么要串连电容？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圆形旋转磁场是我们追求的目标有电容电机才能启动第28页，共64页。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P2为输出功率为效率如何选择电容？有时候受到工艺等限制，需要合理调整电容，使电机工作在接近圆形旋转磁场第29页，共64页。电机同步转速：

9、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；异步电机转速不能超过同步转速；极数频率(Hz)同步转速(RPM)503000501500501000603600601800601200第30页，共64页。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800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)时比较合理；4极电机设置转速为1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz) 时比较合理；效率、成本

10、优第31页，共64页。标准化有什么好处？空调安装架标准化：库存少，通用，供应商制作简单质量稳定等等对应电机就是端盖标准化：减少库存、通用、减少换模调模时间、质量稳定端盖质量影响电机噪音标准化可以降成本第32页，共64页。标准化有什么好处？对于空调转轴标准化：风叶安装部位标准通用对电机转轴标准化：减少库存、通用、减少制作成本、减少转产时间浪费、缩短生产周期标准化可以降成本第33页，共64页。标准化有什么好处？对于空调电源线标准化：使用电源线线色、端子连接器可以通用对于电机电源线标准化：减少库存、通用、减少制作成本、缩短采购周期、缩短生产周期标准化可以降成本第34页，共64页。常见噪音可能与那些因

11、素有关？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，发生共振产生的可能原因有那些？槽配合斜槽端盖转子动不平衡鼠笼转子铸铝电机运输空调安装支架、板面太薄，强度不够电机生产过程中其他第35页，共64页。常见噪音可能与那些因素有关？很多可能原因如何解决？更改槽配合（受模具限制）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）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）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）其他具体操作又会碰到那些问题

12、第36页，共64页。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；充分验证第37页，共64页。如何改变电机转向？电机出线侧看,转向如图改变转向的方法：主相、副相，反接一相即可改变转向第38页，共64页。如何改变电机转向？第39页，共64页。如何改变电机转向？第40页，共64页。如何调速？抽头调速常见的调试方法降压调速PG调速第41页，共64页。抽头调速定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组。通过改变调速绕组与主、副绕组的联接方式，调整气

13、隙磁场大小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：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，付绕组匝间比例低；缺点：中、低档运行绕组温升较高第42页，共64页。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。 第43页，共64页

14、。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、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第44页，共64页。PG调速塑封PG电机就是可控硅降压调速。塑封PG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：第45页，共64页。PG调速在电机的轴上装有一个磁环，它一般有6极磁环及2极磁环2种。

15、当电机转子旋转一圈时，磁环也旋转一圈，磁环与PG板中的霍尔原件相感应，6极磁环会在PG板的OUTPUT（白）脚中输出3个脉冲，2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,这样通过PG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。PG调速是有反馈闭环调速，电机转速能准确达到设定的转速第46页，共64页。三、电机测试室内机挂机测试室外机测试电机T-N电机常规检验电机特殊实验第47页，共64页。1、室内机挂机测试环境温度影响很大

16、摆叶位置调整使电流功率最大值空调挂起来后面滤网是否干净影响很大测试人员站在这里，尽量不要挡住出风第48页，共64页。1、室内机挂机测试 平放气流与风阻不同测试转速不准确高3040转第49页，共64页。2、室外机测试风叶上标记，便于测试电脑数字闪光测试仪与空调中心成60度角,距离300mm测试人在此位置，尽量不影响出风室外机相对较稳定冷热态转速不同第50页，共64页。2、室外机测试温升测试正常测试采用电阻法。温升测试：必须要等到电机运行稳定后测试，通常是2小时或更长断电后必须立即堵住电机风扇，不允许电机旋转。电机断电后，电机热电阻降低非常快，铝漆包线下降更快，所以通常在5秒内将电阻测试完成序号

17、说明1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3测试电阻时一定要断开电容第51页，共64页。3、电机T-N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800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)时比较合理；4极电机设置转速为1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz) 时比较合理；第52页，共64页。4、电机常规检验 电阻测试：主、副相电阻空载性能：功率、电流、电容电压模拟负载：功率、电流、

18、转速绝缘电阻：铁壳电机大于50M，塑封大于20M噪音、振动低压启动：空载0.5倍额定电压，负载0.85倍额定电压堵转性能：功率、电流第53页，共64页。4、电机常规检验 正确旋转档位电阻测试注意环境温度！电机运转后马上测试电阻不是冷态电阻第54页，共64页。4、电机常规检验 模拟负载测试模拟负载模拟负载只能模拟实际负载的一个点第55页，共64页。4、电机常规检验 振动测试测试探头弹性吊架振幅位移（m）振动速度mm/s测试6个点第56页，共64页。测试4、电机常规检验 噪音测试耳听4个探头正对电机，距离约31.5cm第57页，共64页。4、电机常规检验 测功测功输出：效率曲线、T-N曲线、功率曲线、电流曲线第58页，共64页。4、电机常规检验 堵转测试电机堵转通过热电偶与测试仪相连，可打印曲线验证非正常状态时的安全性第59页，共64页。5、电机特殊实验其他特殊实验高、低温放置试验高、低温运行试验湿热试验淋雨试验跌落试