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单相电机工作原理

时间:2018/6/5 点击数:382

单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电机。由于它具有结构简单、成本低廉运行可靠、维护方便等优点以及可以再单相220伏交流电源上使用的特点,被广泛采用与办公场所、家用电器等方面,在工农业生产及其他领域也使用着不少单相异步电动机。单相异步电动机如台扇、吊扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、小型鼓风机、小型车床、医疗器械等等。
单相异步电动机的不足之处是它与同容量的三相异步电动机相比较,体积较大、运行性能较差、效率较低。因此一般只制成小型的微型系列,容量在几瓦到几百瓦之间。


单相电机工作原理:单相异步电动机的定子绕组是单相的,转子是鼠笼式的,由单相交流电源供电。前面的《三相异步电动机如何产生旋转磁场并转动》课程学习中我们知道,给三相异步电动机的定子绕组中通入三相交流电时,会形成一个旋转磁场,在旋转磁场的作用下,转子将获得启动转矩而自行启动。若在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电,通过理论分析和实际证明,只会在定子里产生一个随时间按正选规律变化的并在空间脉动的磁场(称为脉动磁场),在脉动磁场的作用下,转子不能获得启动转矩。所以单相异步电动机如不采取一定的措施,则电动机不能自行启动。但如果用外力使转子转动一下,则转子就能沿着该方向继续转动下去。
由于单相异步电动机自身不能产生启动转矩,转子不能自行启动,为了解决单相电动机的启动问题,人们采取了许多特殊措施,例如将单相交流电分成两相通入两相定子绕组中,或将单相交流电产生的磁场设法使之转动。
启动原理

单相电机根据启动方法或运行方法的不同,可分为:单相电容运转异步电动机;单相电容启动电动机;单相电阻启动电动机;单相罩极电动机等。下面我们分别予以介绍。
单相电容运转异步电动机原理
这是使用较为广泛的一种单相异步电动机,其原理线路如下(左)图所示。在电动定子铁心上嵌放两套绕组:主绕组U1U2(又称工作绕组)和副绕组Z1Z2(又称启动绕组),她们的结构基本相同,但在空间的位置则互差90°电角度。在启动绕组Z1Z2中串入电容器C以后再与工作绕组并联接在单相交流电源上,适当选择电容器C的容量,可以使流过工作绕组中的电流Iu和流过启动绕组中的电流Iz相差约90°电角度。与前面旋转磁场的产生分析方法相同,画出对应于不同瞬间定子绕组中的电流所产生的磁场,

相空间位置互差90°电角度的两相定子绕组内通入在时间上互差90°的两相电流,产生的磁场也是沿定子内圆旋转的旋转磁场。鼠笼式结构的转子在该旋转磁场的作用下获得启动转矩而使电动机旋转。
电容运转异步电动机,使用维护方便,使用维护方便,只要任意改变工作绕组(或启动绕组)的首端、末端与电源的接线,即可改变旋转磁场的旋转方向,从而使电动机反转。这类电动机常用于吊扇、台扇、电冰箱、洗衣机、吸尘器等上面。
如果在电容运转异步电动机的启动绕组中串联一个离心开关S,就构成单相电容启动电动机,如右图所示。当电动机转子静止或转速较低时,离心开关S闭合,启动绕组与工作绕组一起接在单相电源上,电动机开始转动,并且旋转达到一定数值时,离心开关S断开,将启动绕组从电源上切除。
电容启动异步电动机与电容运转异步电动机比较,前者有较大的启动转矩,但是启动电流也较大,适用于各种满载启动的机械,如小型空气压缩机,在部分电冰箱压缩机中也有采用。
,其特点是电动机的工作绕组匝数较多,导线较粗,因此感抗远大于绕组的直流电阻,可以近似的看做流过绕组中的电流滞后于电源电压90°电角。而启动绕组Z1Z2的匝数较少,线直径较细,又与启动电阻R串联,则该支路的总电阻远大于感抗,可以近似认为电流与电源电压同相位,因此就可以看成工作绕组中的电流与启动绕组中的电流两者相位差近似90°电角度,从而在定子与转子之间产生旋转磁场,使转子产生转矩而转动。当转速达到额定值的80%,离心开关S动作,把启动电阻从电源中切除。电阻启动异步电动机在电冰箱的压缩机中获得广泛采用。
单相电容电机有两个绕组,即启动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在启动绕组上串联了一个容量较大的电容器,当运行绕组和启动绕组通过单相交流电时,由于电容器作用使启动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角,先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场,使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场,在旋转磁场的作用下,电机转子中产生感应电流,电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩,使电机旋转起来。

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