电子技工业务3 电子技工业务 第三章 第6节 单相异步电动机

第3章船舶电机及拖动基础第六节单相异步电动机单相异步电动机分定子和转子两部分。定子绕组由单相交流电源供电,定子一般有两个绕组,一个是工作绕组,另一个是起动绕组,两个绕组在空间上相隔90°安放;转子多为普通的鼠笼式。概述：一、单相交流异步电动机的磁场第六节单相异步电动机若仅将单相异步电动机的主绕组接单相交流电源,它所产生的磁场将是一个脉振磁场(又称脉动磁场)。即当某一瞬间电流为零时,电机气隙中的磁感应强度也等于零。电流增大时,磁感应强度也随着增强。电流方向相反时,磁场方向也跟着反过来。但是在任何时刻,磁场在空间的轴线并不移动,只是磁场的强弱和方向像正弦电流一样,随时间按正弦规律作周期性变化。因为没有旋转磁场,所以单相异步电动机没有自起动能力。但是借助外力,例如用手将转子向某一方向拨动一下,则电动机就在该方向上自行加速并达到稳定转速。第六节单相异步电动机同理可以解释三相异步电动机的缺相运行,如果三相异步电动机在起动时三相电源的某一相发生断路故障,则三相电源就变成了单相电源,三相绕组变成两相串联的单相绕组,定子磁场变为脉动磁场,失去了自起动能力;但如果三相异步电动机是在运行中发生断相,它还能继续转动,不过若在重载下发生断相,势必迫使它在大转差、大电流下运行,以保持转矩的平衡,这时电流将超过额定电流,若无过载保护将会因过热而烧毁绕组。许多三相异步电动机定子绕组被烧毁的原因多是由于所谓的“跑单相”而造成的,特别是在无过载保护的情况下,断相运行不易察觉。因此在使用三相异步电动机时应特别注意。一、单相交流异步电动机的磁场第六节单相异步电动机为了便于分析问题,通常可以把这个脉振磁场分解成两个旋转磁场来看待。这两个磁场的旋转速度相等,但旋转方向相反。每个旋转磁场的磁感应强度的幅值等于脉振磁场的磁感应强度幅值的一半。单相异步电动机的电磁转矩也是分别由这两个旋转磁场所产生的转矩合成的结果。当电动机静止时,由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等、转向相反,因而在转子绕组中感应产生的电动势和电流大小相等、方向相反,从而产生使电动机正转和反转的电磁转矩Tem+和Tem-。一、单相交流异步电动机的磁场第六节单相异步电动机正转电磁转矩若为拖动转矩，故两个电磁转矩的大小相等，方向也相反，于是合成转矩等于零，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零，电动机不能起动。这既是它的一个特点,也是它的一大缺点。但是,如果用外力使转子起动一下,则不是朝正向旋转就是朝反向旋转,电磁转矩都将逐渐增加,电动机将按外力作用方向达到稳定转速。一、单相交流异步电动机的磁场第六节单相异步电动机二、单相异步电动机的机械特性图3-59中的曲线1和曲线2分别为正转和反转的Tem-s曲线,它们相对于原点对称。电动机的合成电磁转矩为Tem

=Tem+＋Tem-。因此在单相电源供电下，异步电动机或者是单相异步电动机的Tem-s曲线为Tem+＋Tem-=f(s),如图中的曲线3所示。图3-59单相异步电动机的Tem-s曲线

第六节单相异步电动机二、单相异步电动机的机械特性从图3-59所示的曲线可看出，单相异步电动机有两个特性：1）电动机不转时,n=0,即s+=s-=1时,合成转矩Tem++Tem-=0，电动机无起动转矩。图3-59单相异步电动机的Tem-s曲线

2）如果施加外力使电动机向正转或反转方向转动,即s+或s-不为“1”时,这样合成电磁转矩不等于零,去掉外力,电动机会被加速到接近同步转速n0。换句话说,单相异步电动机虽无起动转矩,但一经起动,就会转动而不停止。第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法从前面分析我们知道,若只是单相异步电动机只有一个绕组有电,就不能自行起动,而必须依靠外力来完成起动过程,不过它一旦起动即可朝起动方向连续不断地运转下去。因此要使单相异步电动机能自行起动，就必须在起动时使它产生一个旋转磁场,常用的方法有罩极式和电流分相式异步电动机两种。第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法罩极式电动机的工作原理如图3-60所示,定子上有凸出的磁极,主绕组就安置在这个磁极上。1.罩极式电动机图3-60单相罩极电动机结构示意图

在磁极表面约1/3处开有一个凹槽,将磁极分为大小两部分,在磁极小的部分套着一个短路铜环,将磁极的一部分罩了起来,称为罩极,它相当于一个副绕组。第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法1.罩极式电动机图3-60单相罩极电动机结构示意图

当定子绕组中接入单相交流电源后,磁极中将产生交变磁通,穿过短路铜环的磁通,在铜环内产生一个相位上滞后的感应电流。

由于这个感应电流的作用,磁极被罩部分的磁通不但在数量上和未罩部分不同,而且在相位上也滞后于未罩部分的磁通,这两个在空间位置不一致,而在时间上又有一定相位差的交变磁通,就在电机气隙中合成了一个沿未罩部分移向被罩部分的推移磁场,是一个近似的旋转磁场。第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法1.罩极式电动机图3-60单相罩极电动机结构示意图

这个旋转磁场切割转子后,就使转子绕组中产生感应电流。载有电流的转子绕组与定子旋转磁场相互作用,转子得到起动转矩,从而使转子由磁极未罩部分向被罩部分的方向旋转。

罩极电动机具有结构简单、制造方便、造价低廉、使用可靠、故障率低的特点。缺点是效率低、起动转矩小、反转困难等。罩极电动机多用于轻载起动的负荷,凸极式集中绕组罩极电动机,常用于电风扇、电唱机。隐极式分布绕组罩极电动机则用于小型鼓风机、油泵中。

第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法电流分相式异步电动机结构特点是定子上有两套绕组,一相称主绕组(工作绕组),另一相为副绕组(辅助绕组),它们的参数基本相同,在空间相位相差90°的电角,如果通入两相对称相位相差90°的电流,就能形成一个旋转磁场,使单相异步电动机自行起动。电流分相式异步电动机按起动方法主要有电阻分相式和电容分相式两类。2.电流分相式异步电动机第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动机的起动方法单相电容分相式异步电动机的电路,如图3-61所示。2.电流分相式异步电动机图3-61单相电容分相式异步电动机

从图中可以看出,当副绕组中串联一个电容器和一个开关时,如果电容器容量选择适当，则可以在起动时通过副绕组的电流在时间和相位上超前主绕组电流90°电角，这样在起动时就可以得到一个接近圆形的旋转磁场，从而有较大起动转矩。第六节单相异步电动机三、单相交流异步电动