單相異步電動機

單相異步電動機當(dāng)前第1頁\共有46頁\編于星期六\2點洗衣機電機油煙機電機電動車電機家用空調(diào)電機下一頁上一頁什么是單相異步交流電動機當(dāng)前第2頁\共有46頁\編于星期六\2點單相異步電動機的優(yōu)缺點

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，噪音小。缺點：與同容量三相感應(yīng)電動機相比較，體積較大，功率因數(shù)及過載能力都較低。故單相感應(yīng)電動機只能作成小容量：微型：幾瓦～750瓦；小型：550瓦～3700瓦。什么是單相異步交流電動機當(dāng)前第3頁\共有46頁\編于星期六\2點

與三相感應(yīng)電動機相似，包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。單相感應(yīng)電動機正常工作時，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時產(chǎn)生的磁場是脈動磁場，單相運行的電動機沒有起動轉(zhuǎn)矩。為使電動機能自行起動和改善運行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個輔助的起動繞組（又稱副繞組）。兩個繞組在空間相距900或一定的電角度。單相異步交流電動機的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第4頁\共有46頁\編于星期六\2點單相異步交流電動機的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第5頁\共有46頁\編于星期六\2點單相異步交流電動機的工作原理1、單相繞組的脈振磁場定子繞組：主繞組是一單相繞組mm：加一正弦交流電→氣隙→產(chǎn)生脈振磁場F0當(dāng)前第6頁\共有46頁\編于星期六\2點脈動磁場：磁場大小及方向隨電流的變化而變化，但磁場的軸線卻固定不變。結(jié)論磁場只是脈動而不旋轉(zhuǎn)，電動機不起動。1）n=0，T＝0，無起動轉(zhuǎn)矩，不采取措施，電機不能自行起動。2）如果外力使電機轉(zhuǎn)動：n>0，T>0，正轉(zhuǎn)；n<0，T<0，反轉(zhuǎn)可以運行但不能起動。單相異步交流電動機的工作原理當(dāng)前第7頁\共有46頁\編于星期六\2點單相異步電動機一、單相異步電動機的工作原理結(jié)構(gòu)：定子放單相繞組（其中通220V單相交流電）轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子轉(zhuǎn)子定子繞組當(dāng)前第8頁\共有46頁\編于星期六\2點220V~NS

當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。在電流正半周在電流負(fù)半周？當(dāng)前第9頁\共有46頁\編于星期六\2點轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。其原理分析如下：

定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場（），可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成而等效。即：

+

-tm=

+

-=

m/2當(dāng)前第10頁\共有46頁\編于星期六\2點脈動磁場的分解④④⑥⑥⑧⑧②②-

+③③⑦⑦⑨⑨⑤⑤①①

+

-

當(dāng)前第11頁\共有46頁\編于星期六\2點正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩為零。（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反當(dāng)前第12頁\共有46頁\編于星期六\2點單相異步交流電動機的工作原理當(dāng)前第13頁\共有46頁\編于星期六\2點分析：1）轉(zhuǎn)子靜止時，n=0,S=1，合成轉(zhuǎn)矩為0。單相感應(yīng)電動機無起動轉(zhuǎn)矩，故單相異步電動機不能自行起動。三相異步電動機電源斷一相，相當(dāng)于一臺單相異步電動機，故不能起動。2）當(dāng)s≠1時，T≠0，且T無固定方向，取決于s的正負(fù)。一旦旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向依外力方向而定，即在外力矩作用下，電機可朝外力方向旋轉(zhuǎn)。三相感應(yīng)電動機運行中斷一相，電機仍能繼續(xù)運轉(zhuǎn)。3）由于存在負(fù)序轉(zhuǎn)矩，使合成轉(zhuǎn)矩減小，過載能力低，TF不變，n下降→S上升→I2`上升→I1上升→溫升增加。單相異步交流電動機的工作原理當(dāng)前第14頁\共有46頁\編于星期六\2點分相式單相異步電動機起動的必要條件方法:定子具有空間不同相位的兩套繞組。兩套繞組中通入不同相位的交流電流。通常可取兩種方法：副繞組中串入適當(dāng)電阻。副繞組采用的導(dǎo)線比主繞組的截面細(xì)，匝數(shù)比主繞組少。當(dāng)前第15頁\共有46頁\編于星期六\2點電容分相式起動二、單相異步電動機的起動~KDCWSTW:主繞組（工作繞組）ST：啟動繞組K：離心開關(guān)AXA'X'WSTAXA'X'當(dāng)前第16頁\共有46頁\編于星期六\2點~KDCWST接近90°電容分相式單相異步電動機起動原理當(dāng)前第17頁\共有46頁\編于星期六\2點ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場動畫450900iBiAO當(dāng)前第18頁\共有46頁\編于星期六\2點啟動時開關(guān)K閉合，使兩繞組電流相位差約為90°，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷，而電機仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。工作原理~KDCWSTAXA'X'當(dāng)前第19頁\共有46頁\編于星期六\2點S???ABB'???iAiBA12~實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路

改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉(zhuǎn)。

將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前近90；當(dāng)將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA

較iB

超前近90。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。

電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來后，利用離心力將開關(guān)S斷開(S是離心開關(guān))，使起動繞組B–B′斷電。M~當(dāng)前第20頁\共有46頁\編于星期六\2點2罩極式單相異步電機~~i12定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴)當(dāng)前第21頁\共有46頁\編于星期六\2點

當(dāng)電流i流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁通1，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通2。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙作用，使得2在相位上滯后1，從而在電動機定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場，使轉(zhuǎn)子獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。

當(dāng)前第22頁\共有46頁\編于星期六\2點罩極式單相電機定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)

定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。

圖中電機的轉(zhuǎn)動方向：順時針旋轉(zhuǎn)。因為沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領(lǐng)先。當(dāng)前第23頁\共有46頁\編于星期六\2點

單相異步電動機的功率小，主要制成小型電機。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動化儀表等。

三、單相電機的使用

三相異步電動機的單相運行

三相異步電動機在運行過程中，若其中一相和電源斷開，則變成單相運行。此時和單相電機一樣，電機仍會按原來方向運轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電機過熱。使用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動機若在啟動前有一相斷電，和單相電機一樣將不能啟動。此時只能聽到嗡嗡聲，長時間啟動不了，也會過熱，必須趕快排除故障。當(dāng)前第24頁\共有46頁\編于星期六\2點同步電機的主要結(jié)構(gòu)與感應(yīng)電機一樣，同步電機也是由定子及轉(zhuǎn)子兩大部分所組成，定子上有三相交流繞組；轉(zhuǎn)子上則有勵磁繞組，通入直流電流后，能產(chǎn)生磁場。定子：同步電機的定子有時也稱為電樞，由定子鐵芯、電樞三相繞組、機座和端蓋等部件所組成。當(dāng)前第25頁\共有46頁\編于星期六\2點同步電機的定子鐵芯是由硅鋼片沖制后疊裝而成。當(dāng)大型同步電機沖片外圓的直徑大于1m時，由于材料標(biāo)準(zhǔn)尺寸的限制，必須做成扇形沖片，然后按圓周拼合起來疊裝而成。如圖所示：當(dāng)前第26頁\共有46頁\編于星期六\2點轉(zhuǎn)子：同步電機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)型式，即凸極式和隱極式。這是根據(jù)定轉(zhuǎn)子之間的氣隙的分布情況來定義的。見圖：當(dāng)前第27頁\共有46頁\編于星期六\2點1）凸極式：有上圖可見，轉(zhuǎn)子有明顯的突出的磁極，氣隙分布不均勻。2）隱極式：轉(zhuǎn)子作成圓柱形，氣隙均勻分布。區(qū)別：對于高速旋轉(zhuǎn)的同步電機，在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上，我們采用隱極式，而對于低速旋轉(zhuǎn)的電機，由于轉(zhuǎn)子的圓周速度較低，離心力較小，故采用制造簡單、勵磁繞組集中安放的凸極式結(jié)構(gòu)。大型同步發(fā)電機通常用汽輪機或水輪機作為原動機來拖動，故前者稱為汽輪發(fā)電機，后者稱為水輪發(fā)電機。汽輪發(fā)電機：轉(zhuǎn)速高，采用隱極式。水論發(fā)電機：轉(zhuǎn)速低，采用凸極式。當(dāng)前第28頁\共有46頁\編于星期六\2點12.2.3冷卻問題簡述：在中、小型電機中，都采用空氣作為冷卻介質(zhì)。當(dāng)電機的容量很大時，電機內(nèi)部的損耗及發(fā)熱量迅速增加，冷卻問題顯得格外重要，此時必須加強通風(fēng)或采用其他的冷卻方式。1）在大型汽輪發(fā)電機中，為了提高其冷卻效率，往往用氫氣冷卻，是氫氣與空氣混合后，有爆炸危險，必須有一套控制設(shè)備來保證外界空氣不會滲入到電機內(nèi)部。目前在更大容量的發(fā)電機中，可以采用導(dǎo)線內(nèi)部直接冷卻。例如采用空心導(dǎo)體（如圖），冷卻介質(zhì)直接在導(dǎo)體中流通而把熱量帶走，這樣能更有效地降低電機的溫升。所采用的冷卻介質(zhì)一般有氫氣及水等。當(dāng)前第29頁\共有46頁\編于星期六\2點同步電機的額定值同步電機的額定值有：1）額定電壓：是指在正常運行時，按照制造廠的規(guī)定，定子三相繞組上的線電壓。電壓的單位用V或kV表示。2）額定電流：流過定子繞組的線電流。3）額定功率：是指在正常運行時，電機的輸出功率。當(dāng)前第30頁\共有46頁\編于星期六\2點A：對于發(fā)電機而言：輸出的是電功率。B：對于電動機而言：輸出的是機械功率。單位是KW。4.相數(shù)m：一般m=3。5.額定頻率:我國額定工業(yè)頻率規(guī)定=50Hz.當(dāng)前第31頁\共有46頁\編于星期六\2點6）額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速即為電機的同步速，在一定極數(shù)及頻率時，它的轉(zhuǎn)速是定值。當(dāng)前第32頁\共有46頁\編于星期六\2點交流電機分：同步電機----n=ns(ns為同步轉(zhuǎn)速）

異步電機----nns一、同步電機分類：旋轉(zhuǎn)電樞式：電樞旋轉(zhuǎn)，主極固定，因電樞功率不易由滑動部分送出，只適于較小容量發(fā)電機，實用少。旋轉(zhuǎn)磁極式：磁極旋轉(zhuǎn)，電樞固定，電樞功率由靜止部分送出，可傳送較大功率，實用廣，是同步發(fā)電機的基本結(jié)構(gòu)型式。同步電機

同步電機的基本工作原理當(dāng)前第33頁\共有46頁\編于星期六\2點旋轉(zhuǎn)磁極式隱極式轉(zhuǎn)子：不計齒槽時氣隙均勻；機械強度高，適用于高轉(zhuǎn)速；一般用于汽輪發(fā)電機；外形細(xì)長。凸極式轉(zhuǎn)子：氣隙不均勻，極弧下較小，極間較大；機械強度比隱極機低，適用于低轉(zhuǎn)速；一般用于水輪發(fā)電機，外形扁盤形。二、隱極同步電機（只有臥式支撐）1、隱極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：隱極式轉(zhuǎn)子上沒有凸出的磁極，如圖6-1所示。沿著轉(zhuǎn)子本體圓周表面上，開有許多槽，槽中嵌放勵磁繞組。在轉(zhuǎn)子表面約1/3部分沒有開槽，構(gòu)成所謂大齒，是磁極的中心區(qū)。勵磁繞組通入勵磁電流后，沿轉(zhuǎn)子圓周也會出現(xiàn)N極和S極。圖6-1隱極式轉(zhuǎn)子當(dāng)前第34頁\共有46頁\編于星期六\2點2、隱極式轉(zhuǎn)子特點：在大容量高轉(zhuǎn)速汽輪發(fā)電機中，轉(zhuǎn)子圓周線速度極高，最大可達(dá)170米/秒。為了減小轉(zhuǎn)子本體及轉(zhuǎn)子上的各部件所承受的巨大離心力，大型汽輪發(fā)電機都做成細(xì)長的隱極式圓柱體轉(zhuǎn)子?？紤]到轉(zhuǎn)子冷卻和強度方面的要求，隱極式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和加工工藝較為復(fù)雜。轉(zhuǎn)子長度/直徑=2.5~6.5，且容量愈大比值愈大。3、汽輪發(fā)電機

主要結(jié)構(gòu)部件有：定子、轉(zhuǎn)子、端蓋和軸承。定子定子大體上與異步電機相同，定子鐵心由或其它厚度的電工鋼片疊成。圖6-2汽輪發(fā)電機當(dāng)前第35頁\共有46頁\編于星期六\2點三、凸極同步電機（臥式、立式支撐）1支撐：臥式、立式支撐。立式水輪發(fā)電機據(jù)推力軸承的不同安放位置又分：懸式（推力軸承在轉(zhuǎn)子上部）、傘式。2、水輪發(fā)電機的特點是：極數(shù)多，直徑大，軸向長度短，整個轉(zhuǎn)子在外形上與汽輪發(fā)電機大不相同。大多數(shù)水輪發(fā)電機為立式。3、定子：水輪發(fā)電機的直徑很大，定子鐵心由扇形電工鋼片拼裝疊成。為了散熱的需要，定子鐵心中留有徑向通風(fēng)溝。4、轉(zhuǎn)子：水輪發(fā)電機由于水輪機的轉(zhuǎn)速較低，要發(fā)出工頻電能，發(fā)電機的極數(shù)就比較多，做成凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)工藝上較為簡單。凸極式轉(zhuǎn)子上有明顯凸出的成對磁極和勵磁線圈，如圖所示。轉(zhuǎn)子鐵心：由厚度為1～3mm的鋼片疊成；磁極兩端有磁極壓板，用來壓緊磁極沖片和固定磁極繞組。有些發(fā)電機磁極的極靴上開有一些槽，槽內(nèi)放上銅條，并用端環(huán)將所有銅條連在一起構(gòu)成阻尼繞組，其作用是用來抑制短路電流和減弱當(dāng)前第36頁\共有46頁\編于星期六\2點電機振蕩，在電動機中作為起動繞組用。勵磁繞組：勵磁線圈中通過直流勵磁電流后，每個磁極就出現(xiàn)一定的極性，相鄰磁極交替為N極和S極。圖凸極式轉(zhuǎn)子當(dāng)前第37頁\共有46頁\編于星期六\2點同步電機的運行原理一、工作原理1、定子上：三相繞組，空間互差1200電角度，匝數(shù)相等轉(zhuǎn)子上：If,由轉(zhuǎn)子N極出來氣隙定子鐵心氣隙轉(zhuǎn)子S極原動機n逆時針恒速旋轉(zhuǎn)定子上導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生e

當(dāng)前第38頁\共有46頁\編于星期六\2點2.

同步電動機基本工作原理當(dāng)前第39頁\共有46頁\編于星期六\2點電樞繞組通入三相交流電流后，氣隙中產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)磁場的速度為同步速度：當(dāng)轉(zhuǎn)子勵磁繞組通入直流電流后，在同一氣隙中，雙呈現(xiàn)出一個轉(zhuǎn)子磁場，其大小及極性固定，極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同，為一恒定直流磁場，這兩個磁場相互作用（磁極吸引力作用），從而使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以相同的速度一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)前第40頁\共有46頁\編于星期六\2點同步電機的磁場：一部分是由定子電流提供的（輔助磁場）另一部分是轉(zhuǎn)子勵磁繞組提供的（稱主磁場）。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速相同，所以這兩個磁場在空間上是相對靜止的，氣隙磁場是這兩個磁場的合成。當(dāng)輸入的三相交流電壓一定時，這個合成磁場也基本上是恒定的。所以改變轉(zhuǎn)子直流勵磁電流，使轉(zhuǎn)子磁通的大小相應(yīng)改變，則定子磁通出會隨之改變，定子勵磁電流也要隨之作相應(yīng)改變。功率因數(shù)也會隨之改變。當(dāng)前第41頁\共有46頁\編于星期六\2點調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流，同步電機的勵磁全部由轉(zhuǎn)子勵磁提供，電樞繞組不從交流電網(wǎng)中吸取無功勵磁電流，定子電流與外加電壓同相，同步電動機相當(dāng)于一個純電阻負(fù)載，