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1、57 单相异步电动机的基本结构和工作原理单相异步电动机的基本结构和工作原理 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、吸吸尘器尘器、医疗器械医疗器械及及自动控制装置自动控制装置中。中。一、一、 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
2、式单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个如图所如图所示示的脉动磁场。的脉动磁场。 由上可见：由上可见： 此磁场在空间并不旋转，此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的大小只是磁通或磁感应强度的大小随时间作正弦变化，随时间作正弦变化， 即即 tsinBBm 在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称在电机系统中，常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称脉动脉动磁场磁场，其磁场曲线，其磁场曲线如图如图(a)所示所示 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可以证明，
3、一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁场（用磁感应强度场（用磁感应强度B表示），可以分解成两个转速相等而方向相反表示），可以分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场的旋转磁场 和和 ，如图（，如图（b）所示，磁感应强度的大小为：）所示，磁感应强度的大小为：1mB2mB221/BBBmmm 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的，通电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。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相反的转两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而
4、产生两个方向相反的转矩，矩，如图所示如图所示。 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。稳定运行状态。 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，它却能转动起，但一经推动后，它却能转动起来。来。 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，即启）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；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行状态，）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
5、定，完全取决于启动时的旋转方向。其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。 因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的启动转矩问题。启动转矩问题。 二、单相异步电动机的启动方法二、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，就可以建立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电动机。启动转矩而自行启动，下面介绍常见的单相异步电动机。 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机 如图所示如图所示为电容分相式为电容分相式异步电动机的接线原理图。异步电动
6、机的接线原理图。 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绕组中的电流绕组中的电流900时，通电后能在定、转子气隙内产生一个旋转磁场，时，通电后能在定、转子气隙内产生一个旋转磁场，如图所示如图所示： 在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。 若在启动绕组若在启动绕组BY支路中，接入支路中，接入一离心开关一离心开关QC，如图所示。电动机，如图所示。电动机启动后，当转速达到额定值附近时，启动后，当转速达到额定值附近时，借离心力的作用，将借离心力的作用，将QC打开，此后打开，此后电动机就成为单相运
7、行了，此种结电动机就成为单相运行了，此种结构型式的电动机，称为电容分相式构型式的电动机，称为电容分相式电动机。也可不用离心开关，即在电动机。也可不用离心开关，即在运行时并不切断电容支路。运行时并不切断电容支路。 值得指出，欲使电动机反值得指出，欲使电动机反转，不能像三相异步电动机那转，不能像三相异步电动机那样掉换两根电源线来实现，必样掉换两根电源线来实现，必须以掉换电容器须以掉换电容器C的串联位置的串联位置来实现，来实现，如图所示如图所示，即改变，即改变QB的接通位置，就可改变旋转磁的接通位置，就可改变旋转磁场的方向，从而实现电动机的场的方向，从而实现电动机的反转。洗衣机中的电动机，就反转。洗
8、衣机中的电动机，就是靠定时器中的自动转换开关是靠定时器中的自动转换开关来实现这种切换的。来实现这种切换的。48 同步电动机的基本结构和工作原理同步电动机的基本结构和工作原理一、同步电动机的基本结构一、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，通常是三相对称绕：由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常是三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成 转子转子：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。的鼠
9、笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。 同步电动机按同步电动机按转子主磁极的形状转子主磁极的形状分为隐极式和凸极分为隐极式和凸极式两种，它们的结式两种，它们的结构构如图所示。如图所示。 二、同步电动机的工作原理和运行特性二、同步电动机的工作原理和运行特性 1工作原理工作原理 同步电动机的基本工作原理可用同步电动机的基本工作原理可用下图下图来说明。来说明。 电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一电枢旋转电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速磁场，其旋转速度为同步转速pfn600 在转子励磁绕组中通以直流电流后，在转子励磁绕组中通以直流电流后，同
10、一空气隙中，又出现一个大小和极性固同一空气隙中，又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励定、极对数与电枢旋转磁场相同的直流励磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子磁磁场。这两个磁场的相互作用，使转子被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转，被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转，即即“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，转子的转为一定的情况下，转子的转速为一常数，速为一常数，n=n0，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运，因此同步电动机具有恒定转速的特性，它的运转速度
11、是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性转速度是不随负载转矩而变化的。同步电动机的机械特性如图所示如图所示。 三、同步电动机的启动三、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,但却没有像异步电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复杂、价格贵，而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。且它的启动困难。如图所示如图所示 ： 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，掌上装有和鼠笼绕组相似
12、的启动绕组，如图所示如图所示。 启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以产生旋转磁场。产生旋转磁场。 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，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，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，便可把转子拉入同步。便可把转子拉入同步。 同步电动机异同步电动机异步启动法原理接线步启动法原理接线图图如图所示如图所示。 启动步骤如下：启动步骤如下： 1）励磁电路的转换开关）励磁电路的转换开关QB投合到投合到
13、1的位置，使励磁绕组与直的位置，使励磁绕组与直流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受流电源断开，直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险；旋转磁场的作用产生较高的感应电势，发生危险； 2）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕）按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的定子绕组加上额定电压，时转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用组加上额定电压，时转子转速升高到接近同步转速。必要时可采用降压启动；降压启动； 3）将励磁电路转换开关）将励磁电路转换开关QB投合到投合到2的位置，励磁绕组与直流的位置，励磁绕组与直流
14、电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步；电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步； 4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到要求数值。要求数值。 四、同步电动机的特点四、同步电动机的特点 1. 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂； 2. 由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入要比异步电动机高得多；要比异步电动机高得多； 3. 同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高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。等特点。 因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的泵，面粉厂的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、切碎机、造纸工业中的纸浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同浆研磨机、匀浆机、压缩机、直流发电机、轧钢机等都都是采用同步电动机来传动的。步电动机来传动的。