电机与电力拖动 任务二：三相异步电动机的工作原理 单相异步电动机及其应用.docx

吉林铁道职业技术学院 PAGE2 / NUMPAGES3 铁道供电技术专业教学资源库 铁道供电技术专业教学资源库 知识拓展 知识拓展 其他类型的异步电动机及其应用 （一）单相异步电动机 单相异步电动机就是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机具有结构简 单、成本低、噪声小、运行可靠等优点，因此，广泛应用在家用电器、电动工具、自动控制 系统等领域。单相异步电动机与同容量的三相异步电动机比较，它的体积较大，运行性能较 差。因此，一般只制成小容量的电动机。我国现有产品的功率从几瓦到几千瓦。 单相异步电动机基本工作原理 （1） 一相定子绕组通电的异步电动机 一相定子绕组通电的异步电动机就是指单相异步电动机定子上的主绕组(工作绕组)是 一个单相绕组。当主绕组外加单相交流电后，在定子气隙中就产生一个脉振磁场(脉动磁场)， 图1-1单相绕组通电时 图 1 - 1 单相绕组通电时的脉振磁场 ( a) 正半周 ( b) 负半周 ( c) 脉振磁势变化曲线 为了便于分析，本节利用已经学过的三相异步电动机的知识来研究单相异步电动机，首 先研究脉振磁动势的特性。 通过对图 1-1 的分析可知，一个脉振磁动势可由一个正向旋转的磁动势 + f 和一个反向 旋转的磁动势 f 组成，它们的幅值大小相等(大小为脉振磁动势的一半)、转速相同、转向相 反、由磁动势产生的磁场分别为正向和反向旋转磁场。同理，正反向旋转磁场能合成一个脉振磁场。 （2）单相异步电动机的机械特性 单相异步电动机单绕组通电后产生的脉振磁场，可以分解为正、反向旋转的两个旋转磁 场。因此，电动机的电磁转矩是由两个旋转磁场产生的电磁转矩的合成。当电动机旋转后， 正、反向旋转磁场产生电磁转矩 + T 、 T ，它的机械特性变化与三相异步电动机相同。 图1-2 单相感应电动机的T-s曲线 在图1-1-32中的曲线1和曲线2分别表示，的特性曲线，它们的转差率为 曲线3表示单相单绕组异步电动机机械特性。当为拖动转矩，为制动转矩时，其机械特性具有下列特点： ①当转子转动时，n=0，s+ = s?，T=T++T- =0，表明单相异步电动机一相绕组通电时无起动转矩，不能自行起动。 ② 旋转方向不固定时，由外力矩确定旋转方向，并一经起动，就会继续旋转。当 n＞ 0，T＞0时机械特性在第一象限，电磁转矩属拖动转矩，电动机正转运行。当n＜0，T＜0时机械特性在第二象限，T仍是拖动转矩，电动机反转运行。 ③由于存在反向电磁转矩起制动作用，因此，单相异步电动机的过载能力、效率、功率因数较低。 2.单相异步电动机的起动方法 单相异步电动机不能自行起动，如果在定子上安放具有空间相位相差90°的两套绕组，然后通入相位相差 90°的正弦交流电，那么就能产生一个像三相异步电动机那样的旋转磁场，实现自行起动。常用的方法有分相式和罩极式两种。 （1） 单相分相式异步电动机 单相分相式异步电动机结构特点是定子上有两套绕组，一相称主绕组(工作绕组)，另一相为副绕组(辅助绕组)，它们的参数基本相同，在空间相位相差 90°电角，如果通入两相对称相位相差 90°的电流，即 iv=Imsin?t ，iu=Imsin(?t +90°)，就能实现单相异步电动机的起动，如图 1-3 所示。图中反映了两相对称电流波形和合成磁场的形成过程。由图可以看出，当 ωt 经过 360°后，合成磁场在空间也转过了 360°，即合成旋转磁场旋转一周。其磁场旋转速度 为 n1=60f1/P，此速度与三相异步电动机旋转磁场速度相同，其机械特性如图 1-4 所示。 图 1-3 两相绕组通入两项电流时的旋转磁场 图 1-4 椭圆磁动势时单相异步电动机的机械特 从上面分析中可看出，分相式单相异步电动机起动的必要条件为： 定子具有空间不同相位的两套绕组； 两套绕组中通入不同相位的交流电流。 根据上面的起动要求，单相分相式异步电动机按起动方法分为以下几类： a.单相电阻分相起动异步电动机 单相电阻分相起动异步电动机的定子上嵌放两个绕组，如图1-5所示。两个绕组接在同一单相电源上，副绕组(辅助绕组)中串一个离心开关。开关作用是当转速上升到80%的同步转速时断开副绕组，使电动机运行在只有主绕组工作的情况下，为了使起动时产生起动转矩，通常可取两种方法： Ⅰ.副绕组中串入适当电阻； Ⅱ.副绕组采用的导线比主绕组截面细，匝数比主绕组少。这样两相绕组阻抗就不同，促使通入两相绕