1、5.7 单相异步电动机单相异步电动机 特点：特点：1.为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；2.由单相交流电源供电的旋转电机；由单相交流电源供电的旋转电机；3.具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。所以单相异步电动机被广泛用于所以单相异步电动机被广泛用于电风扇电风扇、洗衣机洗衣机、电唱机电唱机、吸尘器吸尘器、医疗器械医疗器械及及自动控制装置自动控制装置等场合。等场合。5.7.1 单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼
2、式式。当定子单相绕组接入单相交流电流时，它在定、转子当定子单相绕组接入单相交流电流时，它在定、转子气隙中产生一个脉动磁场。气隙中产生一个脉动磁场。此磁场在空间并不旋转，只此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的大小随时是磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化，即：间作正弦变化，即：tBBsinm 在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称场称脉动磁场脉动磁场。可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场（用磁感应强度的脉动磁场（用磁感应强度B表示），可以分解成两个表示），可以分解
3、成两个转转速相等速相等而而方向相反方向相反的旋转磁场的旋转磁场Bm1和和Bm2，磁感应强度的大，磁感应强度的大小为：小为：2/m2m1mBBB 两个旋转磁场的同步转速为：两个旋转磁场的同步转速为：pfn600 如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来是静止如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来是静止的，通电后转子仍将静止不动。的，通电后转子仍将静止不动。两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转矩。相反的转矩。若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动起来，若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动起来，最后达到稳定运行状态。最后达到稳定
4、运行状态。单相单相 异步电动机没有异步电动机没有启动能力启动能力，但一经推动后，它，但一经推动后，它却能转动起来。却能转动起来。00nnnS 由此可得出结论：由此可得出结论：（1）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启动转矩为零；，即启动转矩为零；（2）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态，其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方行状态，其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。向。因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必
5、须解决它的启动转矩问题。解决它的启动转矩问题。5.7.2 单相异步电动机的启动方法单相异步电动机的启动方法 单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就可以建立启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步可以建立启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步电动机。电动机。1.电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 定子上通常装有两个绕组，一定子上通常装有两个绕组，一个为工作绕组个为工作绕组AX，另一个为启动绕，另一个为启动绕组组BY，启动绕组电路中串联适当电，启动绕组电路中串联适当电容容C，使启动绕组电流，使启动绕组电流iB超前工作绕超前工作绕组电
6、流组电流iA900电角度。电角度。当选择参数使当选择参数使BY绕组中的电流在相位上超前绕组中的电流在相位上超前AX绕组绕组中的电流中的电流900时，通电后能在定、转子气隙内产生一个旋时，通电后能在定、转子气隙内产生一个旋转磁场。转磁场。在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。旋转。若在启动绕组若在启动绕组BY支路中，支路中，接入一离心开关接入一离心开关QC，电动机，电动机启动后，当转速达到额定值附启动后，当转速达到额定值附近时，借离心力的作用，将近时，借离心力的作用，将QC打开，此后电动机就成为打开，此后电动机就成为单相运行了，此种结构
7、型式的单相运行了，此种结构型式的电动机，称为电容启动电动机。电动机，称为电容启动电动机。也可不用离心开关，即在也可不用离心开关，即在运行时并不切断电容支路，称运行时并不切断电容支路，称为电容运行电动机。为电容运行电动机。值得指出，欲使电动值得指出，欲使电动机反转，不能像三相异步机反转，不能像三相异步电动机那样掉换两根电源电动机那样掉换两根电源线来实现，必须以掉换电线来实现，必须以掉换电容器容器C的串联位置来实现，的串联位置来实现，即改变即改变QB的接通位置，就的接通位置，就可改变旋转磁场的方向，可改变旋转磁场的方向，从而实现电动机的反转。从而实现电动机的反转。洗衣机中的电动机，就是洗衣机中的电
8、动机，就是靠定时器中的自动转换开靠定时器中的自动转换开关来实现这种切换的。关来实现这种切换的。2.2.罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机 罩极式电动机多为凸极定子，工作绕组为集中绕组，罩极式电动机多为凸极定子，工作绕组为集中绕组，极靴表面开槽，小极部分罩极靴表面开槽，小极部分罩短路环（即为罩极绕组）。短路环（即为罩极绕组）。由于短路环的作用使由于短路环的作用使1与与2在空间分布和时间上都在空间分布和时间上都有一定的相位差，于是有一定的相位差，于是便产生椭圆度较大的旋便产生椭圆度较大的旋转磁场，所以起动转矩转磁场，所以起动转矩小小 。工作绕组罩极线圈F&F&n结构简图工作绕组工作绕组罩极线
9、圈罩极线圈12n单相感应电动机的用途：单相感应电动机的用途：单相感应电动机虽然功率因数、效率和过载能力比同单相感应电动机虽然功率因数、效率和过载能力比同容量三相电动机要低，体积也大。但因仅需单相供电，所容量三相电动机要低，体积也大。但因仅需单相供电，所以在家用电器、医疗器械、某些特殊场合中广泛应用，功以在家用电器、医疗器械、某些特殊场合中广泛应用，功率较大的用分相式，如率较大的用分相式，如空调、电冰箱、洗衣机空调、电冰箱、洗衣机、伺服电动机等，一般、伺服电动机等，一般功率在几个千瓦以下。功率在几个千瓦以下。功率小的用罩极式，容功率小的用罩极式，容量一般在量一般在30304040瓦以下。瓦以下。
10、*异步发电机异步发电机工作原理：工作原理：异步电动机作为电动机运行时异步电动机作为电动机运行时 nn0，则旋转磁场与转子相对运，则旋转磁场与转子相对运动的方向相反。动的方向相反。E2和和I2与电动运行时相反，此时与电动运行时相反，此时T变为制动转矩。变为制动转矩。异步电动机作为发电机运行有两种运行方式：异步电动机作为发电机运行有两种运行方式：1 1）接在电网上运行：此时，异步发电机所需的激磁）接在电网上运行：此时，异步发电机所需的激磁无功电流由电网电压提供。无功电流由电网电压提供。2 2）单机运行时：在定子绕组并联一组对称三相电容，）单机运行时：在定子绕组并联一组对称三相电容，即感应发电机的自
11、激。即感应发电机的自激。单机运行时电压的建立：单机运行时电压的建立：首先，转子中要有一定的剩磁，当原动机带动转子转首先，转子中要有一定的剩磁，当原动机带动转子转动后，转子剩磁磁通切割定子绕组在其中感应电势动后，转子剩磁磁通切割定子绕组在其中感应电势E1，并，并向电容送出容性电流，该电流流过定子绕组产生于剩磁方向电容送出容性电流，该电流流过定子绕组产生于剩磁方向一致的定子磁动势，使气隙磁场得到加强，使发电机的向一致的定子磁动势，使气隙磁场得到加强，使发电机的电压逐步建立起来。电压逐步建立起来。异步发电机结构简单，运行可靠，但与电网并联时会异步发电机结构简单，运行可靠，但与电网并联时会降低电网的因
12、数。单机运行时需加装电容，所以自激发电降低电网的因数。单机运行时需加装电容，所以自激发电机只用于小容量情况下或风力发电机。机只用于小容量情况下或风力发电机。(A)3.0F)(2103F)(2310N10N160N160IIUfICUfIC电容量的选择：电容量的选择：电容接成三角形时：电容接成三角形时：电容接成星形时：电容接成星形时：空载电流空载电流（估算）：估算）：5.8 同步电动机同步电动机5.8.1 同步电动机的基本结构同步电动机的基本结构 定子：定子：由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组）、机座以由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组）、机座以及端盖等主要部件组成及端盖等主要部件组成 转子：转子：包括
13、主磁极、直流励磁绕组、鼠笼型启动绕组包括主磁极、直流励磁绕组、鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。、电刷以及集电环等主要部件。同步电动机同步电动机按转子主磁极的按转子主磁极的形状分为隐极式形状分为隐极式和凸极式两种。和凸极式两种。5.8.2 同步电动机的工作原理和运行特性同步电动机的工作原理和运行特性 1.工作原理工作原理 三相电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产三相电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一个电枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速：生一个电枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速：pfn600 在转子励磁绕组中通以直流电在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现
14、一个流后，同一空气隙中，又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。这两转磁场相同的直流励磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子被旋转个磁场的相互作用，使转子被旋转磁场拖着以同步转速一起旋转，即磁场拖着以同步转速一起旋转，即“同步同步”电动机也由此而得名。电动机也由此而得名。2.机械特性机械特性 在电源频率在电源频率f 与电动机转子极对数与电动机转子极对数p为一定的情况下，为一定的情况下，转子的转速为一常数，转子的转速为一常数，n=n0，因此同步电动机具有恒定转因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运转速度是不随负载转矩而变化的。同步速的特性，
15、它的运转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性。电动机的机械特性。5.8.3 同步电动机的启动同步电动机的启动 同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有但却没有像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而且它的启动困难。复杂、价格贵，而且它的启动困难。为了启动同步电动机，采用了异步启动法，即在转子为了启动同步电动机，采用了异步启动法，即在转子磁极的极掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕组。磁极的极掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕组。具体方法：具体方法：启动时先不加入直流磁场，
16、只在定子绕组上通入三相启动时先不加入直流磁场，只在定子绕组上通入三相对称电流以产生旋转磁场。对称电流以产生旋转磁场。启动绕组切割旋转磁场，产生启动绕组切割旋转磁场，产生感应电流，感应电流在磁场下受力，使电动机启动。感应电流，感应电流在磁场下受力，使电动机启动。等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，产生固定磁磁电流，产生固定磁极的磁场，在定子旋极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的转磁场与转子磁场的相互作用下，便可把相互作用下，便可把转子拉入同步。转子拉入同步。步骤：步骤：异步启动；拉入同步。异步启动；拉入同步。另外，还有辅助电动机起动
17、法。另外，还有辅助电动机起动法。辅助电动机起动法：辅助电动机起动法：选用一台与同步电动机极对数相同的小型异步电动机选用一台与同步电动机极对数相同的小型异步电动机作为辅助电动机，起动时，先起动辅助电动机将同步电动作为辅助电动机，起动时，先起动辅助电动机将同步电动机拖动到接近同步转速，然后将同步电动机投入电网，并机拖动到接近同步转速，然后将同步电动机投入电网，并通入电流励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步通入电流励磁，利用同步转矩把同步电动机转子牵入同步转速，同时切除辅助电动机电源，这种方法适用于同步电转速，同时切除辅助电动机电源，这种方法适用于同步电动机的空载起动。动机的空载起动。V形曲线
18、：形曲线：同步电动机的功率因数是可以通过改变直流励磁电流同步电动机的功率因数是可以通过改变直流励磁电流来调节的。因此，如将同步电动机在过励状态下接在电网来调节的。因此，如将同步电动机在过励状态下接在电网上，便可以使供电系统的功率因数提高。这是它最可贵的上，便可以使供电系统的功率因数提高。这是它最可贵的优点。优点。1 1）过励时，电动机从电网中）过励时，电动机从电网中吸入超前的无功电流。吸入超前的无功电流。2 2）欠励时，电动机从电网中）欠励时，电动机从电网中吸入滞后的无功电流。吸入滞后的无功电流。3 3）正常励磁时，电动机不从）正常励磁时，电动机不从电网中吸入无功电流。电网中吸入无功电流。同步电动机的特点：同步电动机的特点：2.结构复杂，可靠性较低，且它的一次性投入要比异结构复杂，可靠性较低，且它的一次性投入要比异步电动机高得多；步电动机高得多；总结：工作原理总结：工作原理 1.同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高等特点。行效率高等特点。
