【文章內(nèi)容簡介】 在 t=0 時，兩個旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度矢量 Bm1 和 Bm2 相反 , 故其合成磁感應強度B=0。 到 t =t1時， Bm1和 Bm2按相反方向各自在空間轉(zhuǎn)過 ωt1角度，故其合成磁感應強度： B=Bm1sinωt1＋ Bm2sinωt1=2Bmsinωt1/2=Bmsinωt () 由此可見，在任何瞬時 t，合成磁感應強度應為 ： B=Bmsinωt。 如果電動機的轉(zhuǎn)子是靜止的，則分解而成的兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場分別在轉(zhuǎn)子中感應出大小相等、方向相反的電動勢和電流，因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也是大小相等，方向相反，從而互相抵消。也就是說 , 起動轉(zhuǎn)矩為零。這是單相異步電動機的特點，也是其缺點之一。 但是，如果將電動機的轉(zhuǎn)子推動一下，那么電動機就會繼續(xù)轉(zhuǎn)動下去。因為與電動機轉(zhuǎn)向相同的正向 旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用和三相異步電動機一樣，它對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率 s1和轉(zhuǎn)子頻率 f21 分別為 s1=(n0n)/n0 和 f21=s1f1 () 而反向旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速很大，轉(zhuǎn)差率 s1為： s1=(n0+n)/no () =(n0+n)/n0 =[n0+(1s1)n0]/n0 =2－ s1 因此反向旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的感應電動勢很大，電流的頻率 f21 f21=s2f1=（ 2－ s1） f1≈2f1 () 也很大，差不多是電源頻率 f1的兩倍。在此頻率下，轉(zhuǎn)子的感抗也很大，而決定轉(zhuǎn)矩大小的 I2cosΦ2則很小。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 14 單相異步電動機的兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場（對應于磁感應強度 Bm1 和 Bm2），分別同轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為 T39。和 T，它 們大小不等（ TT39。） ，方向相反。它們與轉(zhuǎn)差率 s 的關系跟普通三相異步電動機相似，可用下圖所示的 T=f(s)曲線表示 。 圖 單相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場 由圖可見，在 0s1 1 范圍內(nèi) , 對于正向旋轉(zhuǎn)磁場來說，電機運行于電動機狀態(tài)， T39。是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；但對反向旋轉(zhuǎn)磁場，電機運行于電磁制動狀態(tài)， T為一制 動轉(zhuǎn)矩，因比合成轉(zhuǎn)矩 T=T39。－ T0，在該合成轉(zhuǎn)矩的作用下 ,電動機轉(zhuǎn)子得以繼續(xù)轉(zhuǎn)動。同理，在 0s1 1 范圍內(nèi)，則 T39。為制動轉(zhuǎn)矩，而 T驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，合成轉(zhuǎn)矩 T=T39。－ T0，使電動機制動或反轉(zhuǎn)?？梢娫?s=1 兩邊，合成轉(zhuǎn)矩曲線 T=f(s)是對稱的。當轉(zhuǎn)子靜止時 , s=l，合成轉(zhuǎn)矩為零，因此電動機沒有起動轉(zhuǎn)矩；當電動機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)時，電動機的合成轉(zhuǎn)矩為正 , 驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)時，合成轉(zhuǎn)矩為負，其方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，仍為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。這說明定子上只有一個工作繞組的單相異步電動機沒有固 定的轉(zhuǎn)向，在兩個方向都可以旋轉(zhuǎn)，運行時的轉(zhuǎn)向決定于起動時的轉(zhuǎn)動方向。只要借助于外力或采取某一措施使轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動起來，轉(zhuǎn)子就將沿該方向繼續(xù)升速，直到合成電磁轉(zhuǎn)矩與總負載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定下來。 由于單相異步電動機中存在著正、反轉(zhuǎn)兩個磁場，它的功率因數(shù)、效率和過載能力均比同容量的三相異步電動機要低些。 單相異步電動機通電時的機械特性 （ 1） 1 相定子繞組通電時的機械特性 單相異步電動機定子繞組上有兩個交流分布繞組（一般相差 90 電角度），主繞組 m和副繞組 a。 當 m 相通入單相正弦交流電流 時，將會產(chǎn)生正弦分布的基波脈振磁勢。 fj(x,t)=Fjcosxcost () LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 15 =1/2Fj[cos(xwt)+cos(x+wt)] =F++F 這是兩個圓形脈振磁勢，他們可以分別在異步電動機中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以 1 相定子繞組通電時電機中的電磁轉(zhuǎn)矩為這兩個旋轉(zhuǎn)磁勢產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的 疊加。 圖 主繞組一相通電時單相電動機機械特性 F+產(chǎn)生 T+=f(s),F產(chǎn)生 T=f(s),電動機機械特性為 T=T++T。 1 相通電時， F+和 F幅值相等，轉(zhuǎn)向相反，對應 T+和 T也相對于原點對稱。 合成 T=f(s)具有如下特點： (1)n=0 無起動轉(zhuǎn)矩； (2)在 n0 區(qū)域有正向轉(zhuǎn)矩，在 n0區(qū)域有反向轉(zhuǎn)矩； (3)理想空載轉(zhuǎn)速 nn1，所以單相異步電動機的轉(zhuǎn)差率略大于三相異步電動機的轉(zhuǎn)差率。 （ 2） 2 相定子繞組通電時的機械特性 當單相異步電動機的 m 繞組和 a 繞組通入不同相位的 2 相交流電 時，一般產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢 F。 F 可以分解為兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁勢 F+和 F，但 F+F,對應的 T+=f(s)和 T=f(s)不再對稱，合成轉(zhuǎn)矩 T=f(s)不通過原點。 圖 橢圓磁勢單相電動機機械特性 在 n=0 時， T0,電動機具有正向起動轉(zhuǎn)矩，起動后， n0,T0，電動機可以繼續(xù)運行。 如果 m 相繞組和 a 相繞組空間錯開 90 電角度，通入的兩相電流相位差為 90 度且幅LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 16 值相等，則產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢，此時 F=F+,F=0。T=T+,T=0,機械特性與三相異步電動機的情況相同，起動轉(zhuǎn)矩也較大。 結(jié)論： 起動的必要條件 (1)定子具有空間不同位置的兩套繞組； (2)兩相繞組通入不同相位的交流電流。 單相異步電動機的優(yōu)點是使用單相電源，但其起動的必要條件是兩相繞組通入不同相位的電流。 必須采取措施將 m 相和 a 相電流的相位分開，即 “ 分相 ” ，不同的分相方法對應于不同的單相異步電動機。 單相異步電動機的分類 單相異步電動機類型： (1)單相電阻分相起動異步電動機； (2)單相電容分相起動異步電動機； (3)單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機； (4)單相電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機； (5)單相罩極式異步電動機。 單 相電阻起動異步電動機 將 m 繞組和 a 繞組設計成不一樣。 m 相匝數(shù)多、導線粗； a 相匝數(shù)少而導線細。 m 相電抗大而電阻?。?a 相電抗小而電阻大。 圖 電阻分相起動電動機接線圖 起動時 S 合上， m 和 a 通入被 “ 分相 ” 的電流，電動機起動，當轉(zhuǎn)速達到 7580%同步轉(zhuǎn)速時， S 自動斷開。電動機在 m 繞組單獨驅(qū)動下運行。 圖 電阻分相起動電流關系極其機械特性 曲線 1 為兩繞組都通電的機械特性，曲線 2 為只有 m 繞組工作時的機械特性。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 17 這種單相異步電動機兩相電流相位相差不大，起動轉(zhuǎn)矩較小 Tst=()TN。 改變轉(zhuǎn)向的方法：單獨改變 m 或者 a 繞組的通電極性。 單相電容分相起動異步電動機 給 a 繞組中串接一個起動電容 C，使得 2 繞組的阻抗不同，達到分相的目的。 圖 電容分相起動異步電動機接線圖 優(yōu)點： (1)配備合適的電容器可以使得 m 相和 a 相繞組的電流相位差接近 90 度。 (2)這種電機的 a 繞組匝數(shù)不受限制，可以做成與 m 繞組一樣，從而在起動時得到較為接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁勢，提高起動轉(zhuǎn)矩。 (3)合成電流較小，即起動電流較小，而起動轉(zhuǎn)矩較大，適合于對起動轉(zhuǎn)矩要求較高的負載。 圖 電容分 相起動電流關系及其機械特性 單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機 沒有開關， a 繞組不僅參與起動，而且參與運行。 圖 電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機接線圖 實際上是兩相運行電機。運行時氣隙磁勢接近圓形。電機的運行性能較好，功率因數(shù)、效率、過載能力都比電阻分相或者電容分相起動的單相電動機好。 副繞組要按照長期運行的設計標準設計。另外，由于阻抗隨著轉(zhuǎn)速變化，圓形起動和LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 18 圓形運行難以兼顧，所以該類電動機起動性能不如電容分相起動單相異步電動機。 單相 電容起動與運轉(zhuǎn)異步電動機 為了克服電容運轉(zhuǎn)電動機不能兼顧圓形起動和圓形運轉(zhuǎn)的缺憾，在 a 繞組中采用兩個并聯(lián)的電容器。 C 為長期運行電容器 ， Cs 為起動電容器。 圖 電容起動與運轉(zhuǎn)單相電動機接線 起動時，串聯(lián)在 a 繞組的總電容為 C+Cs，較大，可以產(chǎn)生較圓形的旋轉(zhuǎn)磁勢；轉(zhuǎn)速達到一定值后， Cs 被開關甩開，運行時的磁勢也接近圓形。 該類單相電動機中最理想的一類。起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、效率都提高了；電機噪聲較小。 單相異步電動機的起動方法 由以上分析可知，單相異步電動機沒有起動轉(zhuǎn)矩。要想讓 它轉(zhuǎn)動 ,就必須給它增加一套產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩的起動裝置。因此 , 單相異步電動機的結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子和起動裝置三部分組成。定子和轉(zhuǎn)子的組成與三相鼠籠式異步電動機類似，只是其繞組都是單相的；而起動裝置是其特有的，起動裝置有多種多樣 ,形成多種不同起動形式的單相異步電動機。 電容分相式起動 電容分相式起動的原理如下圖所示。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 19 圖 電容分相啟動的原理 在單相異步電動機的定子內(nèi)，除原來繞組 (稱為工作繞組 繞組并聯(lián)接于交流電源上。選擇適當?shù)碾娙萘?，可使兩繞組電流的相位差為 900。這樣，在相位上相差 900的電流通入在空間也相差 900的兩個繞組后，產(chǎn)生的磁場也是旋轉(zhuǎn)的 (分析方法與三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場的分析方法相同 )。于是，電動機便轉(zhuǎn)動起來。電動機轉(zhuǎn)動起來之后，起動繞組可以留在電路中，也可以利用離心式開關或電壓、電流型繼電器把啟動繞組從電路中切斷。按前者設計制造的叫做電容運轉(zhuǎn)電動機，按后者設計制造的叫做電容起動電 動機。 除用電容來分相外，也可用電感和電阻來分相。改變電容器 C 的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉(zhuǎn)。 電容分相式單相異步電動機的特征： (1)效率：電容分相式單相異步電動機的效率因設計的不同而不同，并且還因電動機容量的大小和轉(zhuǎn)速的快慢而不同，一般約為 50%至 60%。與同樣容量的三相電動機比較，其效率略低一些。 (2)起動轉(zhuǎn)矩：分相式電動機的起動轉(zhuǎn)矩比罩極式電動機大。約為額定轉(zhuǎn)矩的 ～ 2倍。 (3)轉(zhuǎn)速：分相式電動機的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定，負載變化時轉(zhuǎn)速變化不大。 (4)起動電流：分相式電動機的起動電流很大，約為額定 電流的 6～ 7 倍，比其它類型的單相異步電動機要大，這是它的一個缺點。 (5)功率因數(shù)：分相式電動機的功率因數(shù)也因為電動機的設計、容量和磁極數(shù)不同而不同，其大小和罩極式電動機差不多，一般為 ～ 。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 20 (6)過載能力：分相式電動機的停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與設計有關，一般過載能力為 2 至 ，過載時溫升較高。因此，過載 25 %的時間，不要超過 5 分鐘，否則將引起電動機的過熱甚至燒毀。 (7)噪音：單相異步電動機在運行中，由于脈振磁場的存在，都會有一定程度的振動和噪聲。而且電動機極數(shù)愈少、轉(zhuǎn)速愈高 , 振動與噪聲也愈大。分相 式電動機當然也不例外，而且由于繼電器的頻繁動作，起動電流又大，與其他類型的相單相異步電動機比較噪聲是較大的。 或主繞組 )外，再加一個起動繞組 (副繞組 ) ,兩者在空間相差 900。接線時，起動繞組串聯(lián)一個電容器，然后與工作 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機電容起動與運行電機設計 21 第 5章 電容起動與運行式單相異步電動機設計 概 述 單相異步電動機設計中應注意的有關問題： （ 1） 主、副繞組用銅比例關系 在多數(shù)場合，電動機輸入功率的大部分分配在主相繞組中，此時如把過半數(shù)的槽分配給主繞組，往往可獲得較好的運轉(zhuǎn)性能。一般隨著電動機額定功率的下降，副繞組用銅量比 例上升。在小容量電動機中，有時甚至需要讓副繞組用銅量超過主繞組 對電容起動與運行式單相異步電動機而言，副繞組用銅量比例比電容運轉(zhuǎn)電動機略小一些。 （ 2） 副繞組對主繞組的有效匝比 a 電容運轉(zhuǎn)電動機的有效匝比 a 的去職范圍頗大：a=12。 a 值的選取原則有時是為了使電動機在正常運行點的氣隙磁場接近圓形磁場，有時則是為了使電容器的端電壓 Uc 接近電動機的運行電壓。有時，調(diào)整 a 值的目的純粹是為了使 Uc 接近于市售的電容器的標準規(guī)格所規(guī)定的電壓。 因過高的 a 值會使起動轉(zhuǎn)矩下降，故電容起動與運行式單相異步電動機的 a 值上限，取 決于啟動條件。