電機與變壓器-課件-第五章-單相異步電動機

§5-1單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌§5-2單相異步電動機的工作原理§5-3單相異步電動機的分類和應用§5-4單相異步電動機的調(diào)速和反轉(zhuǎn)§5-5單相異步電動機的常見故障及處理§5-6小功率三相電動機改為單相電動機運行一、單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)單相異步電動機的結(jié)構(gòu)與三相異步電動機基本相同，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。典型單相異步電動機的結(jié)構(gòu)如圖所示。§5-1單相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和銘牌?典型單相異步電動機的結(jié)構(gòu)1—前端蓋2—定子3—轉(zhuǎn)子4—后端蓋5—引出線6—電容器1.?定子部分定子部分主要由定子鐵芯、定子繞組及引出線等部分組成。引出線用于接通單相交流電，為定子繞組供電。定子繞組的作用是通入交流電，在定子、轉(zhuǎn)子及空氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。定子鐵芯除支撐繞組外，主要是磁通的通路部分。典型單相異步電動機凸極式定子的結(jié)構(gòu)2.?轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸等組成，是電動機的轉(zhuǎn)動部分，常制成鼠籠式。其作用是轉(zhuǎn)子導體切割旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，拖動機械負載工作。3.?啟動元件單相異步電動機沒有啟動力矩，不能自行啟動，需在副繞組電路上附加啟動元件才能啟動運轉(zhuǎn)。不同的單相異步電動機，其啟動元件不同，主要有離心開關(guān)、電容器、PTC（正溫度系數(shù)熱敏電阻）元件等多種。有些啟動元件安裝在電動機的內(nèi)部，有些則裝在電動機的外部，無論是裝在內(nèi)部還是外部，一般認為啟動元件是單相交流異步電動機的一個組成部分。（1）離心開關(guān)（2）電容器（3）其他啟動元件二、單相異步電動機的銘牌和型號單相異步電動機的機座上釘有一塊銘牌，標注有電動機的型號、規(guī)格等有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，如圖所示。單相異步電動機的銘牌1.?型號產(chǎn)品型號由產(chǎn)品代號、規(guī)格代號、特殊環(huán)境代號和補充代號共4個部分組成，并按下列順序排列，常見形式如下：①-②-③-④①——產(chǎn)品代號，由多個拼音字母組成，見表；②——規(guī)格代號；③——特殊環(huán)境代號；④——補充代號。單相異步電動機產(chǎn)品代號的含義2.?額定值單相異步電動機銘牌上標注的主要額定值見表。單相異步電動機銘牌上標注的主要額定值一、單相脈動磁場及機械特性由三相異步電動機工作原理可知，異步電動機要產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩拖動負載轉(zhuǎn)動，一定要存在旋轉(zhuǎn)磁場。當單相異步電動機工作繞組通入單相交流電時，就會在繞組軸線方向上產(chǎn)生一個交變磁場。這個磁場的大小和方向隨時間做正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，因此稱為單相脈動磁場，如圖所示。由圖可知，交流電流變化一個周期，磁場的磁極極性發(fā)生改變，但磁極的空間位置沒有變化?！?-2單相異步電動機的工作原理單相脈動磁場a）電流正半周產(chǎn)生的磁場b）電流負半周產(chǎn)生的磁場為了便于分析，可將這個脈動磁場分解成兩個大小相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，如圖所示。將脈動磁場分解成兩個大小相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場這兩個旋轉(zhuǎn)磁場作用在鼠籠式轉(zhuǎn)子的導體上，會產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩。單相異步電動機兩個旋轉(zhuǎn)磁場對應的機械特性曲線單相異步電動機的機械特性曲線有如下特點：1.當n=0時，T+=T-，合成轉(zhuǎn)矩T=0。即單相異步電動機靜止時，接通交流電源，所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T+和T-大小相等，方向相反且互相抵消，啟動轉(zhuǎn)矩為零。這表明，單相異步電動機不能自行啟動，這也是單相異步電動機區(qū)別于三相異步電動機的特殊之處。2.當n>0時，T>0。這說明如果有一個外力作用在單相異步電動機轉(zhuǎn)子上，使電動機按照順時針方向轉(zhuǎn)動后，單相異步電動機正向轉(zhuǎn)矩T+會變大，反向轉(zhuǎn)矩T-會變小，T+與T-的合成轉(zhuǎn)矩T就是一個順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，這時即使撤銷外力，在電磁轉(zhuǎn)矩T作用下，電動機仍可以繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)。當n<0時，T<0。這說明有外力作用在單相異步電動機轉(zhuǎn)子上，使轉(zhuǎn)子按逆時針方向反轉(zhuǎn)后，即使外力撤銷了，在電磁轉(zhuǎn)矩T作用下，電動機仍可以繼續(xù)反轉(zhuǎn)。3.由于轉(zhuǎn)子中存在著方向相反的兩個電磁轉(zhuǎn)矩，因此，理想空載轉(zhuǎn)速n0小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1；與同容量的三相異步電動機相比，單相異步電動機額定轉(zhuǎn)速稍低，過載能力、效率和功率因數(shù)也較低。二、單相異步電動機的啟動由于單相異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩為零，所以單相異步電動機不能自行啟動。為了解決單相異步電動機的啟動問題，可在單相異步電動機的定子鐵芯中加裝一個啟動繞組，通常工作繞組與啟動繞組在空間上互差90°電角度。兩相電流iu與iv在氣隙中產(chǎn)生的合成磁場單相異步電動機在旋轉(zhuǎn)磁場作用下產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)矩，在啟動轉(zhuǎn)矩的帶動下，轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)方向開始轉(zhuǎn)動。單相異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以后，啟動繞組就失去作用，如果此時將啟動繞組的電源斷開，其工作繞組中電流產(chǎn)生的磁場為脈動磁場，這時脈動磁場就會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生一個與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動方向一致的電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子繼續(xù)按原來的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動下去，在電動機軸上輸出機械能。一、分相式單相異步電動機分相式單相異步電動機常在定子鐵芯上安裝兩套繞組，一套是工作繞組，長期接通電源工作；另一套是啟動繞組，兩套繞組的空間位置相差90°電角度。根據(jù)啟動方式的不同，分相式單相異步電動機可分為電阻啟動單相異步電動機和電容啟動單相異步電動機。電容啟動單相異步電動機可根據(jù)啟動繞組是否參與正常運行而分成三類，即電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機、電容啟動單相異步電動機和雙值電容單相異步電動機。§5-3單相異步電動機的分類和應用1.?電阻啟動單相異步電動機電阻啟動單相異步電動機的相關(guān)特性見表。電阻啟動單相異步電動機的相關(guān)特性電阻啟動單相異步電動機的相關(guān)特性2.?電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機的相關(guān)特性見表。電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機的相關(guān)特性3.?電容啟動單相異步電動機電容啟動單相異步電動機的相關(guān)特性見表。電容啟動單相異步電動機的相關(guān)特性4.?雙值電容單相異步電動機雙值電容單相異步電動機又稱為電容啟動、電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機，其相關(guān)特性見表。電容啟動單相異步電動機的相關(guān)特性二、罩極式單相異步電動機罩極式單相異步電動機是小型單相感應電動機中最簡單的一種，也是日常生活中常見的一種電動機。1.?結(jié)構(gòu)原理?罩極式單相異步電動機的轉(zhuǎn)子是鼠籠式轉(zhuǎn)子，定子鐵芯做成凸極式，如圖所示。定子繞組必須正確連接，以便使定子鐵芯上下剛好產(chǎn)生一對磁極。如果是四極電動機，則磁極極性應按N、S、N、S的順序排列。當定子繞組通過單相交流電時，磁場變化情況如圖所示。罩極式單相異步電動機的磁場變化規(guī)律a）電流增大b）電流達到最大值瞬間c）電流減?。?）當電流i由零開始增大時，電流產(chǎn)生的磁通也隨之增大，但在罩極被罩住的一部分磁極中，根據(jù)楞次定律，變化的磁通將在罩極中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流，并阻礙磁通的增加，從而使被罩磁極部分的磁通較疏，未罩磁極部分的磁通較密，如圖a所示。（2）當電流i達到最大值時，電流的變化率近似為零，電流產(chǎn)生的磁通雖然最大，但基本不變。這時罩極中基本沒有感應電流產(chǎn)生，罩極對整個磁極的磁場無影響，因而整個磁極中的磁通均勻分布，如圖b所示。（3）當電流i由最大值下降時，電流產(chǎn)生的磁通也隨之下降，罩極中又有感應電流產(chǎn)生,以阻止被罩磁極部分中磁通的減小，因而被罩部分磁通較密，未罩部分磁通較疏，如圖c所示。從以上分析可以看出，罩極式單相異步電動機磁極的磁通分布在空間上是移動的，由未罩部分向被罩部分移動，好似旋轉(zhuǎn)磁場一樣，從而使鼠籠式轉(zhuǎn)子獲得啟動轉(zhuǎn)矩，也決定了電動機的轉(zhuǎn)向由未罩部分向被罩部分旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向是由定子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，改變電源接線也不能改變電動機的轉(zhuǎn)向。2.?特點及應用罩極式單相異步電動機的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低、運行噪聲小、維護方便。缺點是啟動性能及運行性能較差，啟動轉(zhuǎn)矩、效率和功率都較小，主要用于小功率空載啟動的場合，如錄音機、儀表風扇、換氣扇及計算機的散熱風扇等。一、單相異步電動機的調(diào)速單相異步電動機與三相異步電動機一樣，要實現(xiàn)平滑調(diào)速比較困難。一般有改變電源頻率調(diào)速（變頻調(diào)速）、改變電源電壓調(diào)速（調(diào)壓調(diào)速）及改變繞組磁極對數(shù)調(diào)速（變極調(diào)速）等多種，目前普遍使用的是改變電源電壓調(diào)速?！?-4單相異步電動機的調(diào)速和反轉(zhuǎn)改變電源電壓調(diào)速有兩個特點：一是電源電壓只能從額定電壓往下調(diào)，因此，電動機的轉(zhuǎn)速也只能從額定轉(zhuǎn)速往小調(diào)；二是因為異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，因此，電源電壓降低時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速都下降，所以這種調(diào)速方法只能用于電磁轉(zhuǎn)矩隨電動機轉(zhuǎn)速下降而下降的負載（稱為風機型負載），如風扇、鼓風機等。常用的改變電源電壓調(diào)速有自耦變壓器調(diào)速、串電抗器調(diào)速、串電容器調(diào)速、定子繞組抽頭調(diào)速、雙向晶閘管調(diào)壓調(diào)速等多種。1.?自耦變壓器調(diào)速自耦變壓器調(diào)速是通過連續(xù)調(diào)節(jié)自耦變壓器的輸出電壓，采用不同的供電方式來改變電動機的性能。自耦變壓器的調(diào)速電路a）電動機降壓運行b）工作繞組降壓運行2.?串電抗器調(diào)速串電抗器調(diào)速是將電抗器與電動機定子繞組串聯(lián)，利用電流在電抗器上產(chǎn)生的壓降，使加到電動機定子繞組上的電壓低于電源電壓，從而達到降低電動機轉(zhuǎn)速的目的。吊扇串電抗器調(diào)速電路3.?串電容器調(diào)速將不同容量的電容器串入單相異步電動機電路中，也可調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速。具有三擋速度的串電容器調(diào)速電路4.?定子繞組抽頭調(diào)速定子繞組抽頭調(diào)速是在單相交流異步電動機定子鐵芯上再嵌放一個中間繞組LL（又稱調(diào)速繞組），通過調(diào)速開關(guān)改變調(diào)速繞組與啟動繞組LF及工作繞組LZ的接線方法，從而達到改變電動機內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場的強弱，實現(xiàn)調(diào)速的目的。定子繞組抽頭調(diào)速電路a）T形接法b）L形接法5.?雙向晶閘管調(diào)壓調(diào)速前面介紹的各種調(diào)壓調(diào)速電路都是有級調(diào)速，單相交流異步電動機還可采用雙向晶閘管實現(xiàn)無級調(diào)速。雙向晶閘管調(diào)壓調(diào)速電路二、單相異步電動機的反轉(zhuǎn)單相交流異步電動機的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，因此，要使單相交流異步電動機反轉(zhuǎn)就必須改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。改變旋轉(zhuǎn)磁場的方法有兩種：一種是改變繞組與電源的接線；另一種方法是改變電容器的接法，此方法只適合于電容運轉(zhuǎn)單相異步電動機。1.?改變繞組與電源的接線改變繞組與電源的接線即把工作繞組或啟動繞組中的一組首端和末端與電源的接線對調(diào)。2.?改變電容器的接法改變電容器的接法即把電容器從一組繞組中改接串到另一組繞組中。與三相異步電動機相類似，可通過聽、看、聞、摸等手段，隨時檢查單相異步電動機的運行狀態(tài)，要經(jīng)常注意查看電動機轉(zhuǎn)速是否正常，電動機能否正常啟動，溫升是否過高，聲音是否正常，振動是否過大，有無焦煳味等。根據(jù)故障現(xiàn)象推斷電動機可能的故障部位，并通過一定的檢查方法找出有故障的地方，進行故障排除?！?-5單相異步電動機的常見故障及處理一、單相異步電動機的使用和維護方法單相異步電動機的使用和維護與三相異步電動機相類似，但要注意以下幾點：1.單相異步電動機接線時，需正確區(qū)分工作繞組與啟動繞組，并注意區(qū)分它們的首、尾端，如果標志脫落，則電阻大的為啟動繞組。2.更換電容器時，新更換電容器的容量和工作電壓必須與原來的電容器相同，啟動用電容器應選用專用的電解電容器，其通電時間一般不得超過3s。3.只有在電動機靜止或轉(zhuǎn)速降低到使離心開關(guān)閉合時，才能改變單相異步電動機的接線方法。4.額定頻率為60Hz的電動機不得使用額定頻率為50Hz的電源，否則將導致電流增大，造成電動機過熱甚至燒毀。二、分相式單相異步電動機的檢修1.?啟動元件的檢修（1）離心開關(guān)的檢查1）離心開關(guān)短路。2）離心開關(guān)斷路。（2）電容器的檢查1）萬用表檢查法。2）充放電法。3）替換法。2.?分相式單相異步電動機常見故障分析同一種故障現(xiàn)象既可由電氣故障引起，也可由機械故障引起。維修前必須先分析可能出現(xiàn)的故障原因，然后根據(jù)先機外后機內(nèi)的原則，逐一排查和維修。（1）電動機不能啟動1）電氣故障2）機械故障（2）電動機轉(zhuǎn)速達不到額定值（3）電動機接通電源后熔絲很快熔斷（4）電動機在運行中溫度過高或冒煙（5）電動機在運行時噪聲大或振動較大（6）電動機絕緣不良造成絕緣電阻太小或外殼帶電三、罩極式單相異步電動機的檢修罩極式單相異步電動機的電氣結(jié)構(gòu)比較簡單，其檢修比分相式單相異步電動機容易。其常見故障及排除方法介紹如下：1.?電動機不啟動，無電磁振動聲2.?電動機不啟動，發(fā)出“嗡嗡”聲，用手撥動轉(zhuǎn)子后，電動機可慢慢啟動，轉(zhuǎn)動方向同撥動方向3.?電動機轉(zhuǎn)速低于額定值4.?帶負載時轉(zhuǎn)速低或難以啟動5.?運轉(zhuǎn)正常，但總有很大的“嗡嗡”聲各種電動機均是按照一定的運行條件設(shè)計制造而成的，只有在按照設(shè)計規(guī)定的條件下運行，電動機的性能才能達到最佳。在生產(chǎn)過程中，如果單相異步電動機突然損壞而無備用電動機時，可以將小功率三相異步電動機改接成單相異步電動機使用（常用于1kW以下電動機）。三相異步電動機改接成單相異步電動機后，運行狀態(tài)不在最佳狀態(tài)，輸出功率將比原來的額定功率減小。因此，必須考慮電動機的負