单相异步电动机的基本知识

单相异步电动机的基本知识

一、单相电动机的特点及应用

利用单相交流电源供电的异步电动机称为单相异步电动机。与同功率的三相异步电动机相比,单相异步电动机的体积较大,运行性能较差。因此单相异步电动机一般只制成小型和微型系列,功率由几瓦,几十瓦到儿百瓦,功率在千瓦以上的非常少见。表3-1,表3 -2列出了此类小功率电动机的性能特点及应用。

二、单相异步电动机的工作原理

单相异步电动机定子是单相供电,当定子统组通入正弦交流电时,产生一个随电流波形的变化作同步变化的脉振磁场。

某一瞬间脉振磁场的方向如图3-1中的虚线所示。这样的脉振磁场,可以分解为大小相等、转速相同但转向相反的两个旋转磁场,通常把逆时针方向旋转的磁场称为正序磁场,把顺时针方向旋转的磁场称为负序磁场.当转子静止不动时,这两个大小相等,、方向相反的磁场在转子上感应出的电流也是大小相等方向相反。这两个电流和其对应的旋转磁场相互作用而产生的正、负序转矩也大小相等、方向相反,其合成转矩为零,因此,电动机不能启动,当外力推动转子之后,转子电流对定子正、负序旋转磁场的去磁作用不同,而使气隙中的合成磁场成为椭圆旋转磁场,对转子产生异步转矩,使转子继续转动。

为了使单相异步电动机无需外力推动而自行启动,就必须采取一些特别措施,以使电动机启动时能在气隙中形成一个旋转磁场。由电磁感应原理可知,当两个磁通的空间位置不同、在时间上又有相位差时就会产生旋转磁场,通常使用的方法有两种,这样单相异步电动机就分为分相式电动机和罩式电动机两大类。

三、分相式单相异步电动机

1.分相式单相异步电动机的工作特点

分相式单相异步电动机是一种结构简单、应用范围较广的单相电动机,可分为电阻分相启动电动机、电容分相启动电动机和电感分相启动电动机,如图3-2、图3-3、图3-4所示。它们的构造基本相同,所不同的是,为了取得相位移而使用不同分相元件。

电容分相性能虽优,但由于有了启动电容器而增加了成本; 电阻分相的成本低,可采用串入电阻和减小启动绕组的导线截面,使两个绕组的电抗和电阻不同来获得分相效果

分相式单相异步电动机的启动绕组与工作绕组在空间上互差90℃角度，由于启动绕组中串有电阻或电容器,当绕组通人单相交流电压时,形成两个绕组磁通的相位差,从而使之产生旋转磁场,电动机开始启动。还有用电抗器串人工作绕组以增加电感,增大相位差的电感分相启动电动机。图3-4所示是电感分相启动电动机结构示意图。

2.分相式单相异步电动机的基本结构

下面以电感分相式电动机和电容分相式电动机为例介绍分相式单相异步电动机的基本结构。

(1)电感分相式。电感分相式单相异步电动机的主要部件有机壳,定子、转子、端盖,离心开关等。

1)定子。电感分相式单相异步电动机的定子铁心与三相异步电动机基本相同,都由冲有很多槽的硅钢片叠压而成,不同之处是定子铁心槽内嵌有两组绕组,即启动绕组和工作绕组。目前,电感分相式电动机的定子绕组一般采用同心式,启动绕组位于定子铁心槽的上部,工作绕组位于定子铁心槽的下部。如图3-5所示为8槽2极电感分相式电动机,启动绕组Ax和工作绕组By 在定子铁心圆周相差90"电气角。

对于电感分相式电动机不论极数多小,相邻两极的极性一般是相反的。若绕组是串联接法,则往往是尾—尾相接头—头相接,如图3-6所。

2)转子.转子由转轴,转子铁心以及笼导条组成,如图3-7所示。电感分相式电动机的笼型转子大多采用斜槽式,转子笼导条两端一般相差一个定子齿距,这主要是为了改善电动机的启动性能。

3)端盖,电感分相式电动机的端盖与三相异步电动机相同。

4)离心开关离心开关是一种常用启动自动装置,它装在电动机内部的转子上。ㇳ电动机启动前,启动绕组通过离心开关触点闭合而与工作绕组并联; 启动后,当其转速达到额定转速的75%时,由于离心力的作用,触点离开而切断启动绕组的电源,

离心开关由静止和转动两部分构成,较常用的U形夹片式离心开关的静止部分由u形磷铜夹片和绝缘接线板组成,还有一对动触点和静触点用于分断电路,其转动部分则装在转轴上,

如图3-8所示

还有一种指形触点式离心开关,其静止部分由两个半铜环组成,类似直流电动机的换向器,转动部分则是3个指形的铜触点,在电动机不转时夹住铜环。当电动机转速升到额定转速的75%时, 在离心力的作用下指形铜触点和铜环脱离,自动切断电源,如3-9所示.

(2)电容分相式。电容分相式单相异步电动机的启动转矩较电感分相式大,所以应用范围很广,常用于冰箱、洗衣机及小型水泵。电容分相式单相异步电动机的结构与电感分相式相似,不同之处是增加了一个电容器,电容器通常装在电动机的上部,如图3-10所示.其主要部分有定子,笼式转子,机壳和前后端盖,离心开关(电容启动式电动机)和电容器。

电容器是用来储能和移相的,电容式单相异步电动机普遍采用油浸电容器和电解电容器。油浸电容器的绝缘强度和散热条件较好,常用于电容运转式电动机;电解电容器的通电时间较短,否则会发热失效,因而常用于电容启动式电动机。

选用电容器时必须注意其容量、耐压(工作电压)、外形尺寸、工作温度等。电容运转式电动机采用的电容器容量为1~3uF,而电容启动式电动机采用的电容容图3-10 电容式单相异步电动机量为10~50uF。此外,由于电容启动式电动机采用的是交流220V电源,所以电容器的耐压必须大于3倍电源电压(即400 V)。电动机使用过久或长期不用,电容器会失效或容量改变,此时必须更换相同规格的电容器,否则会影响电动机的正常工作。

单相电容式电动机一般容量较小,启动性能差,为了获得较大的启动转矩及较好的运行特性,可以增加一套启动装置和一只容量较大的启动电容器,在启动时接入电路,启动后启动电容器自动切除,而让运行电容器仍接在电路内,这就是双值电容单相电动机,如图3-11所示。

另外一种能进一步提高性能的电容器一变压器组合电动机,如图3-12所示。电容器跨接于自耦变压器升压端,当电动机启动时,电容器呈现的等效电容量是按电压的平方关系递增的,因而它的容量可增至原来的4~9倍,启动后,电容器则恢复到正常的容量并投入运行。