【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在 t=0 時(shí)，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量 Bm1 和 Bm2 相反 , 故其合成磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0。 到 t =t1時(shí)， 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(yīng)強(qiáng)度： B=Bm1sinωt1＋ Bm2sinωt1=2Bmsinωt1/2=Bmsinωt () 由此可見，在任何瞬時(shí) t，合成磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為 ： B=Bmsinωt。 如果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是靜止的，則分解而成的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大小相等、方向相反的電動(dòng)勢(shì)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(shuō) , 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。這是單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，也是其缺點(diǎn)之一。 但是，如果將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子推動(dòng)一下，那么電動(dòng)機(jī)就會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)下去。因?yàn)榕c電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相同的正向 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子的作用和三相異步電動(dòng)機(jī)一樣，它對(duì)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(chǎng)與轉(zhuǎn)子間的相對(duì)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(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 14 單相異步電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（對(duì)應(yīng)于磁感應(yīng)強(qiáng)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(guān)系跟普通三相異步電動(dòng)機(jī)相似，可用下圖所示的 T=f(s)曲線表示 。 圖 單相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 由圖可見，在 0s1 1 范圍內(nèi) , 對(duì)于正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)，電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)， T39。是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩；但對(duì)反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)運(yùn)行于電磁制動(dòng)狀態(tài)， T為一制 動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子得以繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，在 0s1 1 范圍內(nèi)，則 T39。為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而 T驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，合成轉(zhuǎn)矩 T=T39。－ T0，使電動(dòng)機(jī)制動(dòng)或反轉(zhuǎn)。可見在 s=1 兩邊，合成轉(zhuǎn)矩曲線 T=f(s)是對(duì)稱的。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí) , s=l，合成轉(zhuǎn)矩為零，因此電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩為正 , 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，合成轉(zhuǎn)矩為負(fù)，其方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，仍為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這說(shuō)明定子上只有一個(gè)工作繞組的單相異步電動(dòng)機(jī)沒有固 定的轉(zhuǎn)向，在兩個(gè)方向都可以旋轉(zhuǎn)，運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)向決定于起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)起來(lái)，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(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩相平衡時(shí)，轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定下來(lái)。 由于單相異步電動(dòng)機(jī)中存在著正、反轉(zhuǎn)兩個(gè)磁場(chǎng)，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(dòng)機(jī)要低些。 單相異步電動(dòng)機(jī)通電時(shí)的機(jī)械特性 （ 1） 1 相定子繞組通電時(shí)的機(jī)械特性 單相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組上有兩個(gè)交流分布繞組（一般相差 90 電角度），主繞組 m和副繞組 a。 當(dāng) m 相通入單相正弦交流電流 時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生正弦分布的基波脈振磁勢(shì)。 fj(x,t)=Fjcosxcost () LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 15 =1/2Fj[cos(xwt)+cos(x+wt)] =F++F 這是兩個(gè)圓形脈振磁勢(shì)，他們可以分別在異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以 1 相定子繞組通電時(shí)電機(jī)中的電磁轉(zhuǎn)矩為這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的 疊加。 圖 主繞組一相通電時(shí)單相電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 F+產(chǎn)生 T+=f(s),F產(chǎn)生 T=f(s),電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性為 T=T++T。 1 相通電時(shí)， F+和 F幅值相等，轉(zhuǎn)向相反，對(duì)應(yīng) T+和 T也相對(duì)于原點(diǎn)對(duì)稱。 合成 T=f(s)具有如下特點(diǎn)： (1)n=0 無(wú)起動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率略大于三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。 （ 2） 2 相定子繞組通電時(shí)的機(jī)械特性 當(dāng)單相異步電動(dòng)機(jī)的 m 繞組和 a 繞組通入不同相位的 2 相交流電 時(shí)，一般產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) F。 F 可以分解為兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) F+和 F，但 F+F,對(duì)應(yīng)的 T+=f(s)和 T=f(s)不再對(duì)稱，合成轉(zhuǎn)矩 T=f(s)不通過原點(diǎn)。 圖 橢圓磁勢(shì)單相電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 在 n=0 時(shí)， T0,電動(dòng)機(jī)具有正向起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)后， n0,T0，電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)運(yùn)行。 如果 m 相繞組和 a 相繞組空間錯(cuò)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(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 16 值相等，則產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，此時(shí) F=F+,F=0。T=T+,T=0,機(jī)械特性與三相異步電動(dòng)機(jī)的情況相同，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也較大。 結(jié)論： 起動(dòng)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(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是使用單相電源，但其起動(dòng)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(duì)應(yīng)于不同的單相異步電動(dòng)機(jī)。 單相異步電動(dòng)機(jī)的分類 單相異步電動(dòng)機(jī)類型： (1)單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)； (2)單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)； (3)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)； (4)單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)； (5)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)。 單 相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) 將 m 繞組和 a 繞組設(shè)計(jì)成不一樣。 m 相匝數(shù)多、導(dǎo)線粗； a 相匝數(shù)少而導(dǎo)線細(xì)。 m 相電抗大而電阻??； a 相電抗小而電阻大。 圖 電阻分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)接線圖 起動(dòng)時(shí) S 合上， m 和 a 通入被 “ 分相 ” 的電流，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到 7580%同步轉(zhuǎn)速時(shí)， S 自動(dòng)斷開。電動(dòng)機(jī)在 m 繞組單獨(dú)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)行。 圖 電阻分相起動(dòng)電流關(guān)系極其機(jī)械特性 曲線 1 為兩繞組都通電的機(jī)械特性，曲線 2 為只有 m 繞組工作時(shí)的機(jī)械特性。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 17 這種單相異步電動(dòng)機(jī)兩相電流相位相差不大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小 Tst=()TN。 改變轉(zhuǎn)向的方法：?jiǎn)为?dú)改變 m 或者 a 繞組的通電極性。 單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) 給 a 繞組中串接一個(gè)起動(dòng)電容 C，使得 2 繞組的阻抗不同，達(dá)到分相的目的。 圖 電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)接線圖 優(yōu)點(diǎn)： (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(jī)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(dòng)時(shí)得到較為接近圓形的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 (3)合成電流較小，即起動(dòng)電流較小，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，適合于對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較高的負(fù)載。 圖 電容分 相起動(dòng)電流關(guān)系及其機(jī)械特性 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī) 沒有開關(guān)， a 繞組不僅參與起動(dòng)，而且參與運(yùn)行。 圖 電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)接線圖 實(shí)際上是兩相運(yùn)行電機(jī)。運(yùn)行時(shí)氣隙磁勢(shì)接近圓形。電機(jī)的運(yùn)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(dòng)的單相電動(dòng)機(jī)好。 副繞組要按照長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。另外，由于阻抗隨著轉(zhuǎn)速變化，圓形起動(dòng)和LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 18 圓形運(yùn)行難以兼顧，所以該類電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能不如電容分相起動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)。 單相 電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī) 為了克服電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)不能兼顧圓形起動(dòng)和圓形運(yùn)轉(zhuǎn)的缺憾，在 a 繞組中采用兩個(gè)并聯(lián)的電容器。 C 為長(zhǎng)期運(yùn)行電容器 ， Cs 為起動(dòng)電容器。 圖 電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)單相電動(dòng)機(jī)接線 起動(dòng)時(shí)，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(shì)；轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后， Cs 被開關(guān)甩開，運(yùn)行時(shí)的磁勢(shì)也接近圓形。 該類單相電動(dòng)機(jī)中最理想的一類。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、效率都提高了；電機(jī)噪聲較小。 單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法 由以上分析可知，單相異步電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。要想讓 它轉(zhuǎn)動(dòng) ,就必須給它增加一套產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的起動(dòng)裝置。因此 , 單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子和起動(dòng)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(dòng)機(jī)類似，只是其繞組都是單相的；而起動(dòng)裝置是其特有的，起動(dòng)裝置有多種多樣 ,形成多種不同起動(dòng)形式的單相異步電動(dòng)機(jī)。 電容分相式起動(dòng) 電容分相式起動(dòng)的原理如下圖所示。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 19 圖 電容分相啟動(dòng)的原理 在單相異步電動(dòng)機(jī)的定子內(nèi)，除原來(lái)繞組 (稱為工作繞組 繞組并聯(lián)接于交流電源上。選擇適當(dāng)?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(gè)繞組后，產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是旋轉(zhuǎn)的 (分析方法與三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的分析方法相同 )。于是，電動(dòng)機(jī)便轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)之后，起動(dòng)繞組可以留在電路中，也可以利用離心式開關(guān)或電壓、電流型繼電器把啟動(dòng)繞組從電路中切斷。按前者設(shè)計(jì)制造的叫做電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，按后者設(shè)計(jì)制造的叫做電容起動(dòng)電 動(dòng)機(jī)。 除用電容來(lái)分相外，也可用電感和電阻來(lái)分相。改變電容器 C 的串聯(lián)位置，可使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的特征： (1)效率：電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)的效率因設(shè)計(jì)的不同而不同，并且還因電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)比較，其效率略低一些。 (2)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：分相式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比罩極式電動(dòng)機(jī)大。約為額定轉(zhuǎn)矩的 ～ 2倍。 (3)轉(zhuǎn)速：分相式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很穩(wěn)定，負(fù)載變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化不大。 (4)起動(dòng)電流：分相式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dòng)機(jī)要大，這是它的一個(gè)缺點(diǎn)。 (5)功率因數(shù)：分相式電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)也因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、容量和磁極數(shù)不同而不同，其大小和罩極式電動(dòng)機(jī)差不多，一般為 ～ 。 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 20 (6)過載能力：分相式電動(dòng)機(jī)的停轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與設(shè)計(jì)有關(guān)，一般過載能力為 2 至 ，過載時(shí)溫升較高。因此，過載 25 %的時(shí)間，不要超過 5 分鐘，否則將引起電動(dòng)機(jī)的過熱甚至燒毀。 (7)噪音：?jiǎn)蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)在運(yùn)行中，由于脈振磁場(chǎng)的存在，都會(huì)有一定程度的振動(dòng)和噪聲。而且電動(dòng)機(jī)極數(shù)愈少、轉(zhuǎn)速愈高 , 振動(dòng)與噪聲也愈大。分相 式電動(dòng)機(jī)當(dāng)然也不例外，而且由于繼電器的頻繁動(dòng)作，起動(dòng)電流又大，與其他類型的相單相異步電動(dòng)機(jī)比較噪聲是較大的。 或主繞組 )外，再加一個(gè)起動(dòng)繞組 (副繞組 ) ,兩者在空間相差 900。接線時(shí)，起動(dòng)繞組串聯(lián)一個(gè)電容器，然后與工作 LD5801冰箱用連桿活塞式壓縮 機(jī)電容起動(dòng)與運(yùn)行電機(jī)設(shè)計(jì) 21 第 5章 電容起動(dòng)與運(yùn)行式單相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì) 概 述 單相異步電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的有關(guān)問題： （ 1） 主、副繞組用銅比例關(guān)系 在多數(shù)場(chǎng)合，電動(dòng)機(jī)輸入功率的大部分分配在主相繞組中，此時(shí)如把過半數(shù)的槽分配給主繞組，往往可獲得較好的運(yùn)轉(zhuǎn)性能。一般隨著電動(dòng)機(jī)額定功率的下降，副繞組用銅量比 例上升。在小容量電動(dòng)機(jī)中，有時(shí)甚至需要讓副繞組用銅量超過主繞組 對(duì)電容起動(dòng)與運(yùn)行式單相異步電動(dòng)機(jī)而言，副繞組用銅量比例比電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)略小一些。 （ 2） 副繞組對(duì)主繞組的有效匝比 a 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的有效匝比 a 的去職范圍頗大：a=12。 a 值的選取原則有時(shí)是為了使電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行點(diǎn)的氣隙磁場(chǎng)接近圓形磁場(chǎng)，有時(shí)則是為了使電容器的端電壓 Uc 接近電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓。有時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)規(guī)格所規(guī)定的電壓。 因過高的 a 值會(huì)使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降，故電容起動(dòng)與運(yùn)行式單相異步電動(dòng)機(jī)的 a 值上限，取 決于啟動(dòng)條件。