第四章单相异步电机原理ppt课件.ppt

1,第二部分 单相异步电动机,单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点。由于只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、电动工具、医疗器械等使用较多。与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的体积较大，因此一般只做成小容量的。 单相异步电动机的运行原理和普通三相异步电动机基本相同，但有其自身的特点。单相异步电动机通常在定子上有两相绕组，转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。,2,一、工作原理 1. 一相绕组通电时 单相异步电动机定子两相绕组是主绕组m及副绕组a，它们一般是相差90空间电角度的两个分布绕组，通电时主绕组及副绕组都要产生空间分布的磁动势。定子绕组所产生的磁动势实际上是两相绕组产生的磁动势的叠加。由于副绕组是用于单相异步电动机的起动及改善运行性能，所以首先分析只有主绕组一相绕组通电时的机械特性，在此基础上再讨论定子两相绕组同时通电时的机械特性。,3,单相绕组的磁动势 脉振磁动势,4,假定它的匝数为N，流过的瞬时电流为i，电流i将产生磁动势，磁动势将产生磁通。根据全电流定律可知，闭合磁路的总磁动势等于该闭合回路所包围的总安匝数。所以无论路径远近，每条磁力线的安匝数都是相等的，又由于都经过两次气隙，如果忽略铁心中的磁阻，那么每段气隙上的磁动势各占总磁动势的二分之一，即0.5Ni，并且在气隙的不同空间位置上各点磁动势都相等，只不过方向不同。,5,t=0, i=Im,t=90 i=0,t=180 i=-Im,这种从空间上看位置固定，从时间上看大小在正负最大值之间变化的磁动势，称为脉振磁动势。脉振的频率就是交流电流的频率。,6,7,由此可见基波脉振磁 动势可以分解成两个 转向相反、转速相同、 幅值相等的旋转磁动势，两个旋转磁动势的 幅值等于脉振磁动势最大幅值的1/2。,8,根据三相异步电机原理，可以将单相异步电动机视为两台完全一样的三相异步电动机分别作正相序运行及负相序运行时的叠加。 对于正相序运行的三相异步电动机，其转差率为：,对于反转磁动势而言，即负相序运行的三相异步电动机，其转差率应该为：,9,正转电磁转矩与正转转差率的关系 ，反转电磁转矩与反转转差率的关系 如图4-1中曲线1和曲线2所示。单相异步电动机的 曲线就是曲线1、2的叠加，如图中曲线3所示。,图4-1 一相通电时的T-S曲线,10,单相异步电动机的 曲线具有下列特点：（1）当 即 时，电磁转矩 ，即无起动转矩，电机不能够起动；（2）当 即 时，电磁转矩 。如果由于其它原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运行。如果电动机反转了,也能继续反转运行。 所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有主绕组，则无起动转矩。,11,2. 两相绕组通电时 当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通入不同相位的两相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。 椭圆旋转磁动势同样可以分解成：一个正转磁动势与一个反转磁动势。,此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。当 时，电动机的 、 及 3条曲线如图4-2所示。,12,可见，当 时，若 ，则 ，电动机可以正向起动；同理，当 时，若 ，则 ，电动机可以反向起动。,根据上述分析可知，单相异步电动机若能起动必须具备： 定子具有空间不同相位的两个绕组； 两个绕组中通入不同相位的交流电。,图4-2 两相通电时的T-S曲线,13,三、单相异步电动机的分类 单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源，但是单相异步电动机起动时又要求在两相绕组中通入相位不同的两相电流。如何把定子绕组中的电流相位分开即“分相”是单相异步电动机必须解决的首要问题。根据分相方法的不同就有不同类型的单相异步电动机。,14,1. 电阻分相起动异步电动机 电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主绕组并联接到单相电源上，如图4-3所示。为使定子两相绕组中电流存在相位差，在设计上使两相绕组的阻抗不等，接在同一电源上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位，达到分相的目的。这种异步电动机由于受到绕组的制约两相绕组中电流的相位差不大，因而起动转矩不大。,图4-3 电阻分相起动异步电动机 a)电动机结构 b)相量图,15,2. 电容分相起动异步电动机 电容分相起动异步电动机是在副绕组中串联电容再通过一个离心开关和主绕组并联接到单相电源上，如图4-4所示。由于电容的作用副绕组回路的阻抗呈容性，而主绕组回路的阻抗呈感性，从而导致两相绕组中电流的相位差较大。因此电容分相起动异步电动机具有较大的起动转矩。电容分相起动异步电动机改变转子旋转方向的方法与电阻分相起动异步电动机的一样。,图4-4 电容分相起动异步电动机 a)电动机结构 b)相量图,16,3. 电容运转异步电动机 在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用，而且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，因而实际上是两相电机，电动机定子接线如图4-5所示。这种电机电容的选择是按照运行时考虑的，要求在运行时磁动势接近于圆形旋转磁动势，以提高电机的运行性能。但在起动时磁动势椭圆度较大，造成起动转矩较小，而起动电流较大。,图4-5 电容运转异步电动机,17,4. 电容起动与运转异步电动机 为了使电动机在起动和运转时都能得到比较好的性能，在副绕组中采用两个电容的并联，如图4-6所示。电容C是运转时使用的，电容Cs是在电动机起动时使用的，它与起动开关串联后再与电容C并联。起动时串联在副绕组回路中的总电容为C+Cs，比较大，可以使电机气隙中的旋转磁动势接近于圆形旋转磁动势。当电动机转速接近于同步转速时，起动开关动作， 将电容Cs切除，从而使电动机在运行时，气隙中的旋转磁动势也接近于圆形旋转磁动势。,电容起动与运转的单相异步电动机，与电容起动的单相异步电动机相比较，起动转矩和最大转矩有所增加，功率因数和效率有所提高，电动机的噪音较小，所以它是单相异步电动机中最理想的一种。,图4-6 电容起动与运转异步电动机,18,5. 罩极式异步电动机 罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式，由硅钢片叠压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组，在每极的极靴一边开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来，转子是鼠笼式结构，如图4-7所示。,图4-7 罩极式异步电动机,