單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)工作原理及故障

1、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)工作原理及故障分析一、單相異步電機(jī)的定義及標(biāo)識(shí)說明 1、單相異步電機(jī)是指由單相電源供電的電動(dòng)機(jī)，但它并不 表示電機(jī)的定子上只有一相繞組，它是由空間上相差90相位角的兩套繞組構(gòu)成，二者共同產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。 2、YD（S）Kaa-bc所代表的意義 Y異步；D（S）單（雙）軸；K空調(diào)用；aa代表功率名義值；b代表極數(shù)；c為設(shè)計(jì)序號(hào)或其它意義 以YDK24-6 T為例說明如下 設(shè)計(jì)序列號(hào)為T、功率名義值為24W 、極數(shù)為6極的單軸伸空調(diào)用異步電動(dòng)機(jī)。二、單相異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、固定部分定子；由定子鐵芯、定子繞組和機(jī)座（殼）組成。定子鐵芯是電機(jī)磁路的一

2、部分，一般由0.5mm硅鋼片疊壓而成，片與片之間相互絕緣，以減少渦流損耗。定子繞組一般由高強(qiáng)度聚酯漆包線繞制而成。機(jī)座（或機(jī)殼）一般由A3鋼板沖制而成，大電機(jī)（單相）則是鋼板卷筒后在與鑄鋁端蓋配合而成，三相電機(jī)一般均為鑄鐵機(jī)座。2、轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)子：由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組（純 鋁）、轉(zhuǎn)軸（45碳結(jié)鋼）組成。三、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)工作原理 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電機(jī)與三相電機(jī)的區(qū)別： 三相電機(jī)的繞組在空間按120電角度分部，單相異步電機(jī)則按則按90電角度分部，見右圖3600180i90270360120i2400在單相電機(jī)中，由于單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場，電機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能起動(dòng)，如右圖表示：i=Ic

3、ost1800i90270360 要使單相電機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并旋轉(zhuǎn)，就必須使其分相，一般的，單相電機(jī)分相有以下幾種型式： 1、電阻分相 2、電容分相 3、罩極分相 空調(diào)風(fēng)機(jī)用單相異步電機(jī)幾乎均采用第二種方式，即要使單相電機(jī)既能運(yùn)轉(zhuǎn)又能獨(dú)立啟動(dòng)，就必須在電機(jī)定子鐵芯中嵌放軸線在空間相隔90電角度的兩相繞組，其中一相繞組稱為主繞組（用M表示）。另一相稱為副繞組或起動(dòng)繞組（用A表示）。副繞組串接一移相元件電容器，形成事實(shí)上的兩相電源。原理如7頁圖示： 在單相電機(jī)中，若定子上的主、副兩相繞組完全對(duì)稱，兩相繞組接到兩相對(duì)稱電源上，則與4頁三相電機(jī)圖示一樣也產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場。 可見對(duì)稱兩相

4、繞組通入對(duì)稱兩相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與三相電機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢一樣。其旋轉(zhuǎn)速度與電源頻率和電機(jī)極數(shù)有關(guān)：即n260f/p， 其中“f”電源頻率（Hz） “p”電機(jī)極對(duì)數(shù) “n”磁場旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，即電機(jī)同步轉(zhuǎn)速（r/min） 當(dāng)電機(jī)中磁場以n速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，處于旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條就會(huì)切割磁力線而產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在磁場的作用下產(chǎn)生電磁力和電磁力矩，行成一定的轉(zhuǎn)速n。一般情況下電機(jī)轉(zhuǎn)速n不等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n。因?yàn)閚= n時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場是靜止的，導(dǎo)條中就不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢和感應(yīng)電流，電機(jī)就不會(huì)產(chǎn)生電磁力矩，電機(jī)轉(zhuǎn)速就會(huì)自然下降。因轉(zhuǎn)子速度始終低于旋轉(zhuǎn)磁場速度，故稱此種電機(jī)為“單相異步電動(dòng)機(jī)

5、”。四、電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī) 前面講到，單相繞組產(chǎn)生的是一個(gè)脈振磁勢，因此單相電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，即電機(jī)不能自行啟動(dòng)，要使單相電機(jī)能夠自行啟動(dòng)，就必須如同三相異步電機(jī)一樣，在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場最簡單的方法是在兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。因此在單相異步電機(jī)中必須有兩套繞組，一套為工作繞組，另一套為副繞組或啟動(dòng)繞組，工作繞組或主繞組M與副繞組A的軸線在空間相隔90電角度，副繞組串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙軨（電容選配不當(dāng)會(huì)使電機(jī)系統(tǒng)變差，如片面增大或減小電容量,負(fù)序磁場可能加強(qiáng)，使輸出功率減小性能變壞，磁場可能會(huì)由圓形或近似圓形變?yōu)闄E圓形）再與工作繞組并接于電源。由于副繞組串聯(lián)了

6、電容，所以副繞組中的電流在相位上超前于主繞組電流，這樣由單相電流分解成具有時(shí)間相位差的兩相電流M 和A(也就是事實(shí)上的兩相電流)，因而電機(jī)的兩相繞組就能產(chǎn)生圓形或橢圓形的旋轉(zhuǎn)磁場。 由于大多數(shù)情況下兩相繞組總是不對(duì)稱的，諧波分量較多，因此單相異步電機(jī)的性能總要比三相異步電機(jī)差得多。諧波對(duì)電機(jī)的影響主要有以下三個(gè)方面： 1、使電機(jī)的附加損耗增加； 2、引起電機(jī)振動(dòng)并產(chǎn)生噪音； 3、產(chǎn)生附加轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)的啟動(dòng)發(fā)生困難（某些位置較大、某些位置又較小、某些位置干脆就不能啟動(dòng)，削弱辦法之一，就是采用斜槽轉(zhuǎn)子。這就是我們看到的轉(zhuǎn)子槽是斜的原因之一） 六、電機(jī)的調(diào)速方法及原理 作為單相異步電動(dòng)機(jī)其調(diào)速方法有

7、三種： （1）變極調(diào)速； （2）降壓調(diào)速； （3）抽頭調(diào)速。u變極調(diào)速（簡介） 在單相電機(jī)中，有倍極調(diào)速和非倍極調(diào)速之分。倍極調(diào)速電機(jī)一般定子上只有一套繞組，用改變繞組端部聯(lián)接方法獲得不同的極對(duì)數(shù)以達(dá)到調(diào)整旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。在極數(shù)比較大的變極調(diào)速中，定子槽中安放兩套不同極數(shù)的獨(dú)立繞組，實(shí)際上相當(dāng)于兩臺(tái)不同極數(shù)的單速電機(jī)的組合，其原理和性能與一般單相異步電機(jī)一樣。u降壓調(diào)速 降壓調(diào)速方法很多，如串聯(lián)電抗器（吊扇）、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串連可控硅調(diào)壓調(diào)速?？照{(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅（塑封）調(diào)壓調(diào)速。 可控硅調(diào)速是改變可控硅導(dǎo)通角的方法，改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變了電動(dòng)機(jī)的端電壓的有效值。

8、可控硅導(dǎo)通角1=180時(shí)，電機(jī)端電壓為額定值，1180時(shí)電壓波形如下圖實(shí)線部分，電機(jī)端電壓有效值小于額定值，1越小，電壓越低，如下圖： 塑封PG電機(jī)就是可控硅降壓調(diào)速。對(duì)于塑封PG電機(jī)，其繞組工作原理與抽頭電機(jī)一致，但不同之處在于塑封PG電機(jī)的輸入電壓不是直接接到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機(jī)上的，其電控的輸出電壓是可調(diào)節(jié)的。其電氣原理圖見圖3，調(diào)速是利用電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)輸入電壓成近似一次關(guān)系，通過改變電機(jī)輸入電壓來改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，起到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的作用，其原理如下圖示： 該結(jié)構(gòu)是在電機(jī)的軸上裝有一個(gè)磁環(huán)，它一般有6極磁環(huán)及2極磁環(huán)2種。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，磁環(huán)也旋轉(zhuǎn)一圈

9、，磁環(huán)與PG板中的霍爾元件相感應(yīng)，6極磁環(huán)會(huì)在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個(gè)脈沖，2極磁環(huán)會(huì)輸出1個(gè)脈沖，這樣根據(jù)輸出脈沖的數(shù)量就可以知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在電控中設(shè)定有預(yù)定的轉(zhuǎn)速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉(zhuǎn)速值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏低時(shí)，則提高電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變大），當(dāng)轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，則降低電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變?。?，這樣通過PG信號(hào)的反饋調(diào)節(jié)電控輸出電壓就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的平滑調(diào)速。由于電控的輸出電壓不會(huì)高于其輸入電壓，因此在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要保證電機(jī)達(dá)到高風(fēng)檔的轉(zhuǎn)速時(shí)其電控的電壓不高于工作的額定電壓。如我國額定電壓為220VAC，則設(shè)計(jì)時(shí)的電控電壓一般設(shè)計(jì)為180VAC200VAC

10、左右。此參數(shù)值設(shè)定太低則造成電機(jī)材料浪費(fèi)，且電控若損壞擊穿后電機(jī)直通市網(wǎng)電壓，其電機(jī)溫升會(huì)較高；若此參數(shù)值設(shè)定過高則會(huì)造成市網(wǎng)電壓降低時(shí)，有可能達(dá)不到設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速，影響空調(diào)的能力 u抽頭調(diào)速（重點(diǎn)） 電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí)，普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。此時(shí)定子槽中放置有主繞組、副繞組及調(diào)速繞組，通過改變調(diào)速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調(diào)整氣隙磁場大小及橢圓度來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。 一般電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相電機(jī)，主繞組與副繞組嵌在不同的槽中，繞組與鐵芯間由聚酯纖維無紡布（DMDM或DMD）隔開，其在空間一般相差90度電角度，且副繞組通過串聯(lián)一個(gè)工作電容器后與主繞組并接于電源。當(dāng)電機(jī)通電后，主繞組與副

11、繞組在氣隙中共同形成一個(gè)有方向有幅值強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場。其方向與主、副繞組所處的空間位置等有關(guān)，它決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向；其幅值強(qiáng)度則與主副繞組的參數(shù)設(shè)計(jì)有關(guān)，它決定了電機(jī)輸出力矩的大小。該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子相互作用，使電動(dòng)機(jī)按一定的方向旋轉(zhuǎn)。若調(diào)換主副繞組的空間位置，則旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向會(huì)相反，該反方向的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子相互作用，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也會(huì)相反。 抽頭調(diào)速可分為T型抽頭調(diào)速和L型抽頭調(diào)速。L型抽頭調(diào)速又可分為主繞組抽頭L-1型和副繞組抽頭L-2型。目前最常用的是T型抽頭調(diào)速和副繞組抽頭L-2型調(diào)速。原理線路圖見下 T型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升低；缺點(diǎn)：電機(jī)高檔效率低，主繞組易形成匝

12、間短路（見企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)13設(shè)計(jì)案例的DC03.043-001“YDK29-8E電機(jī)匝間短路案例分析”）。 L型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)高檔效力高，繞組不易形成匝間短路；缺點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升高。七、電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)介紹 不論哪種調(diào)速，都各有優(yōu)缺點(diǎn)，選用哪種除要考慮設(shè)計(jì)時(shí)要達(dá)到哪個(gè)結(jié)果，還要考慮電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，一般L型較經(jīng)濟(jì)）。A) 空載輸入電流：是指電機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動(dòng)機(jī)的電流稱為空載電流。單位：A或mA。B)空載輸入功率：是指電機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運(yùn)行（軸上輸出功率為零）情況下，輸入電動(dòng)機(jī)的功率。這部

13、分功率消耗主要表現(xiàn)在磁場儲(chǔ)能，定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風(fēng)、軸承磨擦產(chǎn)生機(jī)械損耗。單位：W（瓦）C)負(fù)載輸入電流：是指電動(dòng)機(jī)在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負(fù)載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下，所輸入電機(jī)的電流。單位：A或mA。D)額定負(fù)載輸出功率：是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負(fù)載運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速下，軸伸所輸出的有功功率。單位：W（瓦）E)溫升：指電動(dòng)機(jī)在額定測試條件下運(yùn)行，內(nèi)部繞組與鐵芯部分的溫度相對(duì)于測試環(huán)境溫度的升高值。目前較常用的測試溫升方法為繞組電阻法。F)噪音：電機(jī)噪音可分為機(jī)械噪音和電磁噪音。機(jī)械噪音通常由電機(jī)裝配不良定、轉(zhuǎn)子摩擦及軸承聲等

14、形成。電磁噪音通常由定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻或磁場過于飽和造成，定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻受裝配零部件同軸度的影響較大，磁場過于飽受所設(shè)計(jì)功率較大電機(jī)的材料限制造成。噪音用分貝dB表示。八、空調(diào)電動(dòng)機(jī)常見的技術(shù)問題及解決方法 A）整機(jī)噪音及振動(dòng)：電機(jī)噪音值在某一頻段存在峰值，此噪音峰值頻段與整機(jī)固有頻率相接近或重合，形成共鳴、共振和整機(jī)噪音。整機(jī)預(yù)防及解決措施：在電機(jī)確認(rèn)階段將電機(jī)噪音峰值頻段與整機(jī)固有頻率錯(cuò)開（這就是一般情況下一次送樣不能成功的原因之一，也是我們一般遵循的，只要是系統(tǒng)中的對(duì)電機(jī)有影響的零部件如支架和風(fēng)輪風(fēng)葉等的改變，就必須裝整機(jī)做噪音等測試）電機(jī)，空調(diào)鈑金件上加阻尼膠，調(diào)整風(fēng)葉形狀、增加電

15、機(jī)支架剛性（如04年今年3月份汕頭出現(xiàn)較多71S振動(dòng)和噪音嚴(yán)重的問題，后將電機(jī)支架加強(qiáng)后上述現(xiàn)象全部消失）、電機(jī)安裝腳上加膠墊，調(diào)整空調(diào)板金件的形狀、厚度，調(diào)整電機(jī)極數(shù)、定轉(zhuǎn)子的槽配合、定轉(zhuǎn)子直徑、定轉(zhuǎn)子氣隙、轉(zhuǎn)子斜槽度、鐵芯長度、軸承距離等。B)轉(zhuǎn)速不一致：風(fēng)葉的變化（不同廠家不同模號(hào)）、蒸發(fā)器片距變化、風(fēng)道的變化、測試環(huán)境的變化（溫度、濕度）、電機(jī)工藝波動(dòng)的原因（鋁環(huán)、定子端部高度控制、繞線模具變化、氣隙變化、硅鋼片材料變化等）。C)電磁聲：定子橢圓、同軸度大、軸承距過大、端蓋強(qiáng)度不夠、磁路設(shè)計(jì)不對(duì)稱。D)軸承聲：裝配過程軸承損壞、軸承油脂聲、軸承與軸承室配合松動(dòng)。E)摩擦聲：定轉(zhuǎn)子相擦、

16、錯(cuò)片、異物、漆瘤及風(fēng)輪風(fēng)葉變形和轉(zhuǎn)軸彎曲等。F)轉(zhuǎn)速低：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)截面過小、定轉(zhuǎn)子氣隙偏大；G)溫升高：鐵芯長度偏低、漆包線截面偏?。磋F、銅耗過大）、散熱不良；H)電機(jī)冒煙： （1）子繞組匝間短路； （2）焊接線不良致使接觸電阻過大，電機(jī)發(fā)熱； (3)電容器擊穿，致使電路的容性成分消失，電機(jī)單相運(yùn)行（事實(shí)上電機(jī)無法運(yùn)行，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)）；I）電機(jī)帶電：電機(jī)內(nèi)部或引出線絕緣不良；J）電機(jī)轉(zhuǎn)速下降電機(jī)部分繞組匝間短路；電容器容量衰減；轉(zhuǎn)子斷條：K）電機(jī)失速（保護(hù)）或不轉(zhuǎn)霍爾元件失效；可控硅擊穿。即使霍爾元件正常，信號(hào)有反饋，但因可控硅已經(jīng)擊穿，電壓已不可調(diào)；轉(zhuǎn)子被異物卡滯或電機(jī)無電和燒毀；九、

17、哪些參數(shù)變化可引起電機(jī)成本增加 在電機(jī)設(shè)計(jì)已是最優(yōu)化狀態(tài)下，下述要求可增加成本：1、負(fù)載不變情況下，要求提高轉(zhuǎn)速（即提高功率）；MP/V M：力矩 P：功率 V：轉(zhuǎn)速2、負(fù)載不變情況下，要求降低溫升；十、影響溫升的因素 1氣隙（g=0.2-0.5,一般選0.25到0.35）變小 氣隙越小，諧波漏抗越大，導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低；同時(shí)雜耗增大、效率降低、溫升增高； 2增多槽數(shù) 槽數(shù)多了，電機(jī)的漏抗減小，導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩有所增加，效率和功率因數(shù)有所增加，因?yàn)槔@組分散，繞組接觸鐵芯的散熱面積增加，溫升會(huì)降低； 3. 定轉(zhuǎn)子槽配合 如果槽配合選擇不當(dāng)，可引起較大的附加轉(zhuǎn)矩（使啟動(dòng)性能變壞，甚至啟動(dòng)不起來）、附加損耗增大，導(dǎo)致溫升增高； 4增加鐵芯長度以降低磁密（磁密很飽和