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单相异步电动机结构分析

2014/2/4 0:11:06点击: 编辑:湘潭电机厂

从结构上看,单相异步电动机和三相笼型异步电机差不多,转子也是笼型,定子绕组也嵌放在定子槽内,不过定子绕组只有一相。图1 - 29是一台拆开的单相异步电动机。由于定子绕组是单相的,所以由单相交流电源供电,容量一般不大(1kW以下),用来带动电风扇、鼓风机、电唱机等电器,以及自动装置和小型电动工具(如手电钻)等。


单相交流电流是一个随时间按正弦规律变化的电流,它所产生的磁场是脉动磁场。当某一瞬间电流为零时,电动机气隙中的磁感应强度也等于零。电流增大时,磁感应强度随着增强;电流方向相反时,磁场方向也反过来。但是在任何时刻,磁场在空间的轴线并不移动,只是磁场的强弱和方向像正弦电流一样,随着时间按正弦规律作周期性变化。可以证明,这个脉动磁场相当于两个旋转磁场的叠加,这两个磁场的旋转的速度相等,但是旋转方向相反.每个旋转磁场的磁感应强度的幅值等于脉动磁场磁感应强度幅值的一半。单相异步电动机的电磁转矩是分别由这两个旋转磁场所产生的电磁转矩合成的结果。电动机静止时,由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等,转向相反.因而在转子绕组中感应产生的电动势和电流大小相等,方向相反,两个电磁转矩的大小相等,方向相反,于是合成转矩等于零,电动机不能起动。也就是说,单相异步电动机的起动转矩等于零,这是它的特点,也是一个缺点。

如果用某种方法使单相电动机的转子转动一下,它就会继续转动下去。这是什么道理呢?假如用外力使转子顺着正向(顺时针方向)旋转磁场的方向转动,那么转子和正向旋转磁场的相对速度就比较小,转差率s小于1,而和反向(逆时针方向)旋转磁场的相对速度大,转差率:大于1。于是两个电磁转矩不等,M,(s<1)> M2(s:>1),在合成转矩M=M1-M2的作用下,转子就能继续顺着M的方向旋转。

因此,要应用单相异步电动机,必须使转子获得一定的起动转矩。一种方法是裂相的方法,即在单相异步电动机的定子上,除了主绕组之外,再增加一个起动绕组,这两个绕组在空间相差90°角,并且利用相应的方法使这两个绕组内的电流形成一定的相位差,这样就会产生一个近似的旋转磁场,转子导体在这个磁场的作用下就会旋转起来。一般常见的是电容裂相式,即在起动绕组中串联一个适当容量的电容器,单相电容式异步电动机的原理电路图如图130所示。主绕组电路是一个电感性电路,电流I1、在相位上比电压U滞后φ1角,而起动绕组电路则是一个电容性电路(当然,电容器的容抗要足够大),电流12U超前φ2角,只要电容器的容量选择适当,就可以使I1I2之间的相位差等于90°。单相电容式异步电动机的相量图如图I31所示。


当具有90°相位差的两个电流通过人在空间相差90°的两个绕组中时,也能产生一个旋转磁场(分析方法和对称三相电流通人对称三相绕组产生旋转磁场的分析方法一样),在它的作用下.笼型转子得到起动转矩而转动起来.这种电动机叫做单相电容式电动机。电容器在完成起动作用后,既可以继续接在电路中(叫做电容运转电动机),也可以借离心开关的作用从电路中断开(叫做电容起动电动机)。前者功率因数较高,但起动转矩较小,适用于各种空载起动的机械,如风扇及医疗器械等。后者的起动转矩较大,但起动电流也较大,适用于各种满载起动的机械,如空气压缩机、电冰箱等。除以上裂相方式外,还有单相电阻式起动。它的原理同电容式一样,只不过电流在主绕组内显电感性,在起动绕组内显电阻性而以。