单相异步电动机基本原理

旋转磁场
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：
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
两相绕组
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：
圆形旋转磁场是我们追求 的目标
有电容电机才能启动
如何选择电容？
电容和匝比之间存在如下关系： C＝ P2 /（2πƒ·2aUm2η） a为匝比，副相有效匝数比主相有效匝数 P2为输出功率 η为效率
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
怎样合理设定电机转速？
电机同步转速：
降压调速
➢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
转速不稳定区
转速稳定区
负载特性
电机力矩曲线
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：
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
能量守恒原理 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
➢标准化可以降 成本
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
常见噪音可能与那些因素有关？
➢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？
磁场
单相电容运转异步电动机
重要
副绕组中电流IA相位上超前于主绕组电流 IM
两项绕组通两项电流可以产生旋转磁 场
这就是为什么要串连电 容C
产生椭圆形旋转磁场
单相异步电动机基本原理 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：
n 120 f p
e w d
dt
磁生电—电磁感应定律 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
eBL •V V——导线垂直于磁场的运动速度
e——感应电动势（V）
感应电势方向 遵循右手定则
磁、电生力—电磁力定律
当磁场与载流导体互相成α角时，作用在导体上的电磁力为:F=BIL*sinα 式中F——电磁力（N）
n 120 f p
➢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 ２ ４ ６ ２ ４ ６
频率(Hz) 50 50 50 60 60 60
同步转速(RPM) 3000 1500 1000 3600 1800 1200
怎样合理设定电机转速？
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
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
旋转磁场
➢单相绕组可产生脉振磁场
➢ 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
旋转磁场 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： 单相绕组产生脉振磁势，电机不能启动
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
四、部分单相异步电机相关标准 ➢部分国家标准
电动机的定义 电能
磁是桥梁 磁场 能量守恒
机械能（动力）
➢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
化
转速不稳定区
转速稳定区
负载特性
电机力矩曲线
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；
4、电机常规检验
➢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
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α1=180°时，电机端电压为额定值，α1＜180°时电压波形如果实线部 分，电机端电压有效值小于额定值，α1越小，电压越低。
同步转速
单相异步电动机基本原理 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：
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’。
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？
➢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
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
1、室内机挂机测试
➢后面滤网是否干净影 响很大
➢环 境温 度影 响很
大
➢空调挂起来
➢摆叶位置调整使电流功率 最大值
➢测试人员站在这里， 尽量不要挡住出风
➢槽配合
➢斜槽
➢端盖
➢鼠笼转子铸铝
➢转子动不平衡
➢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
常见噪音可能与那些因素有关？ ➢很多可能原因 如何解决？
具体操作又会碰到那些 问题
➢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
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。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。
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
3、电机T-N与工作区域
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
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Single－Phase 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
能量怎样转化
➢电生磁 ➢磁生电 ➢磁、电生力
电生磁
右手螺旋法则
I H
通电导线产生磁场
变化电流产生变化磁场
电生磁（磁场量化---安培环路定律） 沿任一条闭合回路L，磁场强度的线积分等于该闭合回路所包围的全电流。
H•dLI
磁生电—电磁感应定律
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Φ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）
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
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
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
因为n1= 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”。
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
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
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
化
转速不稳定区 负载特性
转速稳定区
在转速稳 定区，转 矩相对影 响转速较
小
电机力矩曲线
效率、成本优
➢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；
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30～40转
2、室外机测试
➢室外机相对较稳定 ➢冷热态转速不同
风叶上标记，便于测试
测试人在此位置，尽量不 影响出风
电脑数字闪光测试仪与空调中心成60度 角,距离300mm
2、室外机测试－温升测试
序号 1 2 3
说明 热电偶测试温度法测试温升 有专门的温升测试仪器测试温升பைடு நூலகம்测试电阻时一定要断开电容
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
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
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？
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
单相电机的旋转磁场
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：
➢ 对称两相绕组通对称两 相电流时，产生圆形旋转
变转向
如何改变电机转向？
如何改变电机转向？
如何调速？ ➢常见的调试方法
抽头调速 降压调速 PG调速
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。
➢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、转速 ➢绝缘电阻：铁壳电机大于50MΩ，塑封大于20MΩ ➢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