单相电容运转异步电机工作原理及故障

降压调速
降压调速方法很多，如串联电抗器（吊扇）、串联电容、 自耦变压器和串连可控硅调压调速。空调中最常用的调压调 速是可控硅（塑封）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α1=180°时，电机端电压为额定值，α1＜180°时电 压波形如下图实线部分，电机端电压有效值小于额定值，α1 越小，电压越低，如下图：
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B)转速不一致：风叶的变化（不同厂家不同模号）、蒸发 器片距变化、风道的变化、测试环境的变化（温度、湿 度）、电机工艺波动的原因（铝环、定子端部高度控制、 绕线模具变化、气隙变化、硅钢片材料变化等）。 C)电磁声：定子椭圆、同轴度大、轴承距过大、端盖强度 不够、磁路设计不对称。 D)轴承声：装配过程轴承损坏、轴承油脂声、轴承与轴承 室配合松动。 E)摩擦声：定转子相擦、错片、异物、漆瘤及风轮风叶变 形和转轴弯曲等。 F)转速低：转子导条和端环截面过小、定转子气隙偏大； G)温升高：铁芯长度偏低、漆包线截面偏小（即铁、铜耗 过大）、散热不良；
二、单相异步电机的基本结构
• 1、固定部分—定子；由定子铁芯、定子绕组和机座
（壳）组成。 定子铁芯是电机磁路的一部分，一般由0.5mm硅钢 片叠压而成，片与片之间相互绝缘，以减少涡流损 耗。 定子绕组一般由高强度聚酯漆包线绕制而成。 机座（或机壳）一般由A3钢板冲制而成，大电机 （单相）则是钢板卷筒后在与铸铝端盖配合而成， 三相电机一般均为铸铁机座。 2、转动部分—转子：由转子铁芯、转子绕组（纯 铝）、转轴（45＃碳结钢）组成。
抽头调速可分为T型抽头调速和L型抽头调速。L型抽头 调速又可分为主绕组抽头L-1型和副绕组抽头L-2型。目前最 常用的是T型抽头调速和副绕组抽头L-2型调速。原理线路图 见下
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，主绕组易形成匝间短路（见企业技术标准13设 计案例的DC03.043-001“YDK29-8E电机匝间短路案例分 析”）。 L型抽头调速优点：电机高档效力高，绕组不易形成匝间短 路；缺点：中、低档运行绕组温升高。
抽头调速（重点） 电容运转电动机在调速范围不大时，普遍采用定子绕组 抽头调速。此时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，调整气隙磁场 大小及椭圆度来实现调速的目的。 一般电容运转单相电机，主绕组与副绕组嵌在不同的槽 中，绕组与铁芯间由聚酯纤维无纺布（DMDM或DMD）隔 开，其在空间一般相差90度电角度，且副绕组通过串联一个 工作电容器后与主绕组并接于电源。当电机通电后，主绕组 与副绕组在气隙中共同形成一个有方向有幅值强度的旋转磁 场。其方向与主、副绕组所处的空间位置等有关，它决定了 电机的转向；其幅值强度则与主副绕组的参数设计有关，它 决定了电机输出力矩的大小。该旋转磁场与转子鼠笼转子相 互作用，使电动机按一定的方向旋转。若调换主副绕组的空 间位置，则旋转磁场的旋转方向会相反，该反方向的旋转磁 场与转子相互作用，使电动机的转向也会相反。
不论哪种调速，都各有优缺点，选用哪种除要考虑设计 时要达到哪个结果，还要考虑电机的经济性，一般L型较经 济）。
七、电动机主要参数介绍
• A) 空载输入电流：是指电机在额定工作电压、额定电源频 率、额定电容下、空载运行（轴上输出功率为零）情况下， 流入电动机的电流称为空载电流。单位：A或mA。 B)空载输入功率：是指电机在额定工作电压、额定电源频 率、额定电容下、空载运行（轴上输出功率为零）情况下， 输入电动机的功率。这部分功率消耗主要表现在磁场储能， 定、转子绕组铜耗和铝耗，交变磁通在铁芯损耗，通风、 轴承磨擦产生机械损耗。单位：W（瓦）
塑封PG电机就是可控硅降压调速。对于塑封PG电机， 其绕组工作原理与抽头电机一致，但不同之处在于塑封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。 其电气原理图见图3，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，其原理如下图示：
i
0
90
180
270
360
ωτ
i=Icosωt
要使单相电机具有起动转矩并旋转，就必须使其分相， 一般的，单相电机分相有以下几种型式： 1、电阻分相 2、电容分相 3、罩极分相 空调风机用单相异步电机几乎均采用第二种方式，即要 使单相电机既能运转又能独立启动，就必须在电机定子铁芯 中嵌放轴线在空间相隔90°电角度的两相绕组，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）。副绕组串接一移相元件电容器，形成事实上 的两相电源。原理如7页图示： 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上，则与4页三相电机图示一样 也产生在空间旋转的圆形旋转磁势和磁场。
该结构是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。当电机转子旋转一圈时，磁环也旋转一圈，磁环 与PG板中的霍尔元件相感应，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（可控硅导通角变大），当转速 偏高时，则降低电控的输出电压（可控硅导通角变小），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。由于电控的输出电压不会高于其输入电压，因此在电机设 计时要保证电机达到高风档的转速时其电控的电压不高于工作 的额定电压。如我国额定电压为220VAC，则设计时的电控电 压一般设计为180VAC~200VAC左右。此参数值设定太低则造 成电机材料浪费，且电控若损坏击穿后电机直通市网电压，其 电机温升会较高；若此参数值设定过高则会造成市网电压降低 时，有可能达不到设定的额定转速，影响空调的能力
由于大多数情况下两相绕组总是不对称的，谐波分量较多， 因此单相异步电机的性能总要比三相异步电机差得多。谐波 对电机的影响主要有以下三个方面： 1、使电机的附加损耗增加； 2、引起电机振动并产生噪音； 3、产生附加转矩，使电机的启动发生困难（某些位置较 大、某些位置又较小、某些位置干脆就不能启动，削弱办法 之一，就是采用斜槽转子。这就是我们看到的转子槽是斜的 原因之一）
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三、单相电容运转异步电动机工作原理
单相电容运转异步 电机与三相电机的 区别： 三相电机的绕组在 空间按120°电角度 分部，单相异步电 机则按则按90°电 角度分部，见右图
i
0
120
240Biblioteka 360ωτi0
90
1 80
270
360
ωτ
在单相电机中， 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 右图表示：
单相电容运转异步电机工作 原理及故障分析
一、单相异步电机的定义及标识说明
1、单相异步电机是指由单相电源供电的电动机，但它并不 表示电机的定子上只有一相绕组，它是由空间上相差90°相 位角的两套绕组构成，二者共同产生旋转磁场，在转子上产 生转矩而旋转的电动机。 2、YD（S）Kaa-bc所代表的意义 Y—异步；D（S）—单（双）轴；K—空调用；aa代表功 率名义值；b代表极数；c为设计序号或其它意义 以YDK24-6 T为例说明如下 设计序列号为T、功率名义值 为24W 、极数为6极的单轴伸空调用异步电动机。
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H)电机冒烟： （1）子绕组匝间短路； （2）焊接线不良致使接触电阻过大，电机发热； (3)电容器击穿，致使电路的容性成分消失，电机单相运 行（事实上电机无法运行，处于堵转状态）； • I）电机带电：电机内部或引出线绝缘不良； • J）电机转速下降 电机部分绕组匝间短路； 电容器容量衰减； 转子断条： • K）电机失速（保护）或不转 霍尔元件失效； 可控硅击穿。即使霍尔元件正常，信号有反馈，但因可 控硅已经击穿，电压已不可调； 转子被异物卡滞或电机无电和烧毁；
可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋转磁势与 三相电机产生旋转磁势一样。其旋转速度与电源频率和电机 极数有关：即n＝2×60f/p， 其中“f”—电源频率（Hz） “p”—电机极对数 “n”—磁场旋转转速，即电机同步转速（r/min） 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’。 一般情况下电机转速n’不等于旋转磁场转速n。因为n’= n时， 转子导条相对旋转磁场是静止的，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”。
四、电容运转单相异步电动机
前面讲到，单相绕组产生的是一个脉振磁势，因此单相电 机的启动转矩为零，即电机不能自行启动，要使单相电机能够 自行启动，就必须如同三相异步电机一样，在电机内部产生一 个旋转磁场。产生旋转磁场最简单的方法是在两相绕组中通入 相位不同的两相电流。因此在单相异步电机中必须有两套绕组， 一套为工作绕组，另一套为副绕组或启动绕组，工作绕组或主 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 一个适当的电容C（电容选配不当会使电机系统变差，如片面 增大或减小电容量,负序磁场可能加强，使输出功率减小性能变 坏，磁场可能会由圆形或近似圆形变为椭圆形）再与工作绕组 并接于电源。由于副绕组串联了电容，所以副绕组中的电流在 相位上超前于主绕组电流，这样由单相电流分解成具有时间相 位差的两相电流M 和A(也就是事实上的两相电流)，因而电机的 两相绕组就能产生圆形或椭圆形的旋转磁场。
八、空调电动机常见的技术问题 及解决方法
A）整机噪音及振动：电机噪音值在某一频段存在峰值， 此噪音峰值频段与整机固有频率相接近或重合，形成共鸣、 共振和整机噪音。整机预防及解决措施：在电机确认阶段 将电机噪音峰值频段与整机固有频率错开（这就是一般情 况下一次送样不能成功的原因之一，也是我们一般遵循的， 只要是系统中的对电机有影响的零部件如支架和风轮风叶 等的改变，就必须装整机做噪音等测试）电机，空调钣金 件上加阻尼胶，调整风叶形状、增加电机支架刚性（如04 年今年3月份汕头出现较多71S振动和噪音严重的问题，后 将电机支架加强后上述现象全部消失）、电机安装脚上加 胶垫，调整空调板金件的形状、厚度，调整电机极数、定 转子的槽配合、定转子直径、定转子气隙、转子斜槽度、 铁芯长度、轴承距离等。