項目八 任務1 認識單相異步電動機

項目八：認識單相異步電動機和控制電機12認識控制電機之伺服電動機34認識單相異步電動機認識控制電機之測速發(fā)電機認識控制電機之步進電動機任務1、認識單相異步電動機任務描述暑假的傍晚，10歲的小明打完球回到家里，像往常一樣打開臺式電風扇準備納涼，卻發(fā)現(xiàn)電風扇紋絲不動。見電源指示燈是亮的，小明料定是電扇壞了。天氣悶熱，離開電扇怎么受得了？小明一急，對著破電扇拍打起來。誰知，胡亂的拍打竟然讓電風扇轉了起來，送來陣陣涼爽。小明愣了：難道這臺電風扇真的是欠拍嗎？你能告訴小明這是怎么回事嗎？1）弄清帶動這臺電風扇旋轉的是什么類型的電動機。2）從電動機的起動原理入手，結合故障現(xiàn)象找出故障原因。任務解析定義優(yōu)點利用單相交流電源供電的一種小容量（8~750W）交流電動機。所需電源方便、結構簡單、成本低廉、運行可靠，維修方便。缺點應用體積大、運行性能較差、效率較低。家用電器、醫(yī)療器械、自動控制系統(tǒng)及小型電氣設備。與同容量的三相異步電動機相比類型——很多電容分相式單相異步電動機和罩極式電動機應用最為廣泛。容量不大時，這些缺點并不明顯一、單相異步電動機簡介與同容量的三相異步電動機相比二、單相異步電動機的工作原理1、交流單相繞組產生脈振磁通勢在單相繞組中通入單相交流電流：以該繞組軸線處為坐標原點，則在一個磁極中產生的磁通勢為矩形磁通勢，其瞬時值為：Fm為矩形波磁通勢的幅值：a)單繞組產生的兩極磁通勢和磁場b)磁通勢的展開空間分布圖1、交流單相繞組產生脈振磁通勢任何瞬間，磁通勢在空間的分布都為一矩形波；波形在空間的任何一點，磁通勢的大小都隨時間t按余弦規(guī)律脈振。a）ωt=0，i=Im

b）

ωt=60°，i=1/2Im

c）ωt=90°，i=0

d）ωt=180°，i=-Im磁通勢隨時間變化的關系圖1、交流單相繞組產生脈振磁通勢磁通勢隨時間變化的關系圖這種在空間位置固定，而大小隨時間變化的磁通勢稱為脈振磁通勢，其頻率與交流電流的頻率相同。脈振磁通勢是矩形波磁通勢，波形與橫軸和縱軸都對稱，包含1、3、5、7等奇次諧波，且僅含余弦項。2、基波脈振磁通勢的分解對電機正常工作來說，起決定性作用的是基波磁通勢，它既是時間t的函數(shù)，又是空間位置x的函數(shù)。因此，在討論單相異步電動機的工作原理時，只需考慮基波分量，其它諧波分量忽略不計?；ù磐▌菘梢苑纸獬蓛蓚€幅值相等(1/2F1)、轉速相同(ω)，但轉向相反的旋轉磁通勢F1+和F1-。F1+和F1-都在單相異步電動機氣隙中旋轉，都被轉子導體切割，轉子導體中因而產生感應電動勢和感應電流，形成各自的電磁轉矩T1+和T1-。T1+和T1-大小相等、方向相反！T1+和T1-都作用在電動機的轉子上，T1+使轉子沿著與F1+相同的方向旋轉，T1-使轉子沿著與F1-相同的方向旋轉。3、單相異步電動機的工作原理T1+與正向轉差率s1+=(n1-n)/n1的關系T1+=f(s1+)如圖中曲線1；T1-與反向轉差率s1-=(-n1-n)/(-n1)的關系T1-=f(s1-)如圖中曲線2；二者的合成轉矩T1=T1++T1-如圖中曲線3。單相異步電動機的T=f(s)曲線1）轉子靜止時，n=0，s1+=s1-=1，合成轉矩T1=Tst=0，無法讓電動機起動。2）若有外力讓電動機轉起來，則n≠0，s

≠

1，合成轉矩T1≠0。若T1大于負載轉矩，撤去外力后，電動機將自行加速，并且最終在某一轉速穩(wěn)定運行。3）單相異步電動機穩(wěn)定運行的方向，由起動時的方向確定。4）因為存在兩個方向相反的電磁轉矩，一個驅動一個制動，使合成轉矩減小，所以單相異步電動機的過載能力、效率、功率因數(shù)等均低于同容量三相異步電動機，且機械特性變軟，轉速變化較大。三、單相分相式異步電動機定子包含兩個單相繞組，一個是工作繞組(主繞組)，一個是起動繞組(副繞組)。二者在空間相差90°電角度，起動繞組串聯(lián)適當?shù)碾娙萜骱笤倥c工作繞組并聯(lián)。轉子為籠型轉子。與三相籠型異步電動機類似。1、結構：2、定子產生圓形旋轉磁場定子兩相繞組通入大小相等、相位相差90°電角度的正弦電流。只要電容器C的容量選擇適當，就能使起動繞組中的電流i2和工作繞組中的電流i1產生90°相位差。電流i2和i1在氣隙中產生的合成磁場就會是圓形旋轉磁場。i1i2i單相分相式異步電動機產生的旋轉磁場隨著時間的推移，當ωt經過360°電角度后，合成磁場在空間也轉過360°電角度，形成了順時針旋轉的圓形磁場。設1和2分別是工作繞組和起動繞組的首端，1’和2’分別是相應繞組的末端，并且規(guī)定電流瞬時值為正時，從首端流入(以“×”標記)，從末端流出(以“·”標記)。當ωt=0°、45°、90°時合成磁場如下：2、定子產生圓形旋轉磁場3、單相分相式異步電動機的工作原理當兩個繞組在空間上相差的電角度不是90°或通入兩個繞組的電流相位差不是90°時，氣隙中產生的合成磁場依然是旋轉磁場，只不過該旋轉磁場不是圓形，而是橢圓形?；\型轉子在旋轉磁場中切割磁力線而獲得起動轉矩，從而帶動轉子旋轉，并且能加速到穩(wěn)定轉速使電動機連續(xù)運轉。單相異步電動機的旋轉磁場4、常用的單相電容運轉電動機在起動完成后，切除起動繞組的電容分相式單相異步電動機，稱為電容起動電動機；不切除的，稱為電容運轉電動機。一般300mm以上的電風扇電動機和空調器壓縮機電動機，均為電容運轉電動機。單相電容運轉電動機洗衣機單相電容運轉電動機單相電容運轉電動機的旋轉磁場接近圓形，其效率、功率因數(shù)和過載能力都比普通單相電動機要高，運行也較平穩(wěn)。單相分相式電動機的轉向由電流領先相轉向滯后相，將任意一個繞組（工作繞組或起動繞組）的兩個出線端對調，就改變了兩繞組中電流的相序，也就改變了旋轉磁場轉向，電動機便可反轉。洗衣機采用的也是單相電容運轉電動機，其工作繞組和起動繞組完全相同，用轉換開關將這兩個繞組不斷相互變換，可實現(xiàn)電動機的正反轉，從而驅動洗衣機波輪的正反轉。3）在起動轉矩要求較低的場合，起動繞組常用串聯(lián)電阻來代替串聯(lián)電容器，稱為電阻分相式單相異步電動機。5、單相分相式異步電動機的結論5）因單相異步電動機總存在一個反向的制動轉矩，使合成電磁轉矩減小，所以其效率、過載能力和功率因數(shù)等都低于同容量的三相異步電動機，且機械特性變軟，穩(wěn)定性較差。4）只要改變起動繞組或工作繞組兩端與電源的連接方向，便可改變旋轉磁場的轉向，就能實現(xiàn)單相異步電動機正反轉。2）起動繞組專為單相異步電動機的順利起動而設置，穩(wěn)定運行后，起動繞組可以切除，也可以不切除。起動完成后切除起動繞組的稱為電容起動電動機，不切除的稱為電容運轉電動機。1）只有一個單相繞組的單相異步電動機，在不加外力的情況下無法起動。四、單相罩極式異步電動機單相罩極式異步電動機按磁極形式不同，有凸極式和隱極式之分，最常見的是凸極式。優(yōu)點：起動轉矩小，且不能實現(xiàn)正反轉。缺點：應用：結構簡單，制造方便，噪聲小，允許短時過載運行。常用于小型電風扇及儀器儀表中。1、單相罩極凸極式異步電動機的結構~

轉子

短路環(huán)，也稱罩極線圈定子

未罩住部分凸出的定子磁極

罩住部分

電機轉動方向

工作繞組單相罩極凸極式異步電動機的定子和轉子鐵心均由0.5mm厚的硅鋼片疊成，具有籠型轉子。定子磁極做成凸極式，其上裝單相繞組(工作繞組)。在磁極極靴的1/3~1/4處開有小槽，槽中嵌放短路銅環(huán)，短路環(huán)將較小部分的磁極罩起來，因而又稱罩極線圈。單相罩極凸極式異步電動機2、單相罩極式異步電動機的工作原理當工作繞組通入單相交流電流時，產生脈振磁通，一小部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內產生感應電動勢和感應電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應電流所產生的磁場，阻止銅環(huán)部分磁通的變化，使通過磁極罩住部分的磁通與未罩住部分的磁通有了相位差。罩極內的磁通總是滯后罩極外的磁通一個相位角。罩極內外的磁通隨交流電的變化而變化，在定子氣隙中形成一個由未罩住部分向罩住部分移行的橢圓形旋轉磁場。在該旋轉磁場作用下，轉子獲得起動轉矩而使電動機順利起動。罩極式電動機的轉向總是由未罩住部分轉向罩住部分。因為罩極式電動機的結構不能改變，所以其轉向不能改變！單相罩極凸極式異步電動機原理分析單相異步電動機的調速方法主要有變頻調速、晶閘管調速、串電抗器調速和抽頭法調速等。采用較多的是串電抗器調速和抽頭法調速。五、單相異步電動機的調速在電動機電路中串聯(lián)電抗器后再接在單相電源上。通過改接電抗器的抽頭，便可改變電動機定子的工作繞組和起動繞組的端電壓，從而調節(jié)電動機的轉速。單相異步電動機串電抗器調速1、串電抗器調速在單相異步電動機的定子內，除工作繞組和起動繞組外，還嵌放一個調速繞組。三套繞組采用不同的接法，通過換接調速繞組的不同抽頭，可改變工作繞組的端電壓，進而達到調速目的。單相異步電動機抽頭法調速接線圖抽頭法調速比串電抗器調速耗電少，但是抽頭法調速繞組嵌線和接線較為復雜，維修難度增大。按照三個繞組接線方式的不同，常用的有T形接線和L形接線兩種，其中T形接線調速性能較好。2、抽頭法調速◆項目任務解決根據(jù)小明家電風扇的故障現(xiàn)象，結合