单相异步电动机课件.ppt

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1、第二章第二章单相异步电动机单相异步电动机第一节第一节单相异步电动机的结构和工作原理单相异步电动机的结构和工作原理第二节第二节单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类第三节第三节单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速本章小结本章小结 第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理一、一、单相异步单相异步电动机的基本结构电动机的基本结构二、二、单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及

2、机壳、端盖、单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及机壳、端盖、轴承、风扇等部件构成，如图轴承、风扇等部件构成，如图2-1所示。所示。一、单相异步电动机的基本结构一、单相异步电动机的基本结构第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理1定子定子电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图2-2所示。所示。2转子转子转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图2-3所示。所示。转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。一、直流电动机的

3、基本结构一、直流电动机的基本结构3其他部件其他部件单单相相异异步步电电动动机机的的其其他他部部件件还还有有机机壳壳、前后端盖、风叶等。前后端盖、风叶等。第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理1运转原理运转原理异步电动机属于感应电动机。异步电动机属于感应电动机。实验装置如图所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极实验装置如图所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极之间放一个可以自由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙，没之间放一个可以自由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙，没有机械或电气的联系。有机械或电气的联系。二、单相异步电动机的工作原理二、单

4、相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理当我们转动手柄使磁铁旋转时，现象：当我们转动手柄使磁铁旋转时，现象：（1）笼笼型型转转子子随随着着磁磁极极一一起起转转动动。磁磁极极转转得得快快，转转子子跟跟着着转转得得快快；磁磁极转得慢，转子也跟着转得慢。极转得慢，转子也跟着转得慢。（2）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。（3）仔仔细细观观察察还还会会发发现现，笼笼型型转转子子的的转转速速总总是是低低于于磁磁极极的的转转速速，两两者者的转速不能同步，即所谓的转速不能同步，即所谓“异步异

5、步”。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理设设磁磁极极按按逆逆时时针针方方向向旋旋转转，形形成成一一个个旋旋转转磁磁场场，置置于于旋旋转转磁磁场场中中的的转转子子导导条条切切割割磁磁感感应应线线，产产生生感感应应电电动动势势，由由于于笼笼型型转转子子绕绕组组是是闭闭合合结结构构，所所以以转转子子绕绕组组中中产产生生感感应应电电流流。根根据据右右手手定定则则，可可以以判判断断出出位位于于N极极下下的的导导条条感感应应电电流流方方向向为为进进入入纸纸面面；而而位位于于 S 极极下下的的导导条条感感应应电电流

6、流方方向向为为穿穿出出纸纸面面。又又因因为为载载流流导导体体在在磁磁场场中中会会受受到到电电磁磁力力的的作作用用，根根据据左左手手定定则则可可判判断断出出位位于于 N 极极下下的的导导条条受受力力方方向向向向左左；位位于于 S 极极下下的的导导条条受受力力方方向向向向右右。这这样样，在在笼笼型型转转子子上上就就形形成成一一个个逆逆时时针针方方向向的的电电磁磁转转矩矩，从从而而驱驱动动转转子子跟跟随随旋转磁场按顺时针方向转动起来。旋转磁场按顺时针方向转动起来。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理若若磁磁极

7、极按按顺顺时时针针方方向向旋旋转转，同同理理，转转子子也也会会改改变变方方向向朝朝顺顺时时针针方方向向转转动动。另另外外，磁磁场场若若加加快快旋旋转转切切割割转转子子速速度度，转转子子上上感感应应电电流流及及电电磁磁转转矩矩将将增大，则转子转速加快。增大，则转子转速加快。“异异步步”解解释释：异异步步电电动动机机的的转转子子转转向向与与旋旋转转磁磁场场转转向向一一致致，如如果果转转子子与与旋旋转转磁磁场场转转速速相相等等，则则转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间没没有有相相对对运运动动，转转子子导导条条不不再再切切割割磁磁感感应应线线，没没有有电电磁磁感感应应，感感应应电电流流和和电电磁磁转转

8、矩矩为为零零，转转子子失失去去旋旋转转动动力力，在在固固有有阻阻力力矩矩的的作作用用下下，转转子子转转速速必必然然低低于于旋旋转转磁磁场场转转速速，所所以称其为异步电动机。以称其为异步电动机。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理如如果果电电动动机机转转子子与与旋旋转转磁磁场场以以相相同同的的转转速速旋旋转转，这这种种电电动动机机称称为为同同步步电动机。电动机。异异步步电电动动机机旋旋转转磁磁场场转转速速（也也称称同同步步转转速速 n0）与与转转子子转转速速 n 之之差差称称为为转差，转差与同步转速转差，

9、转差与同步转速 n0 的比值用的比值用“转差率转差率”s 表示：表示：二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理2旋转磁场旋转磁场若要在定子绕组中通以具有相位差的两相或三相交流电，在定子绕组的若要在定子绕组中通以具有相位差的两相或三相交流电，在定子绕组的空间就可以产生一个旋转磁场。单相异步电动机的定子绕组通入的是单相交空间就可以产生一个旋转磁场。单相异步电动机的定子绕组通入的是单相交流电，只能产生一个大小和方向按正旋规律周期性的变化，但磁场轴线不变流电，只能产生一个大小和方向按正旋规律周期性的变化，但磁场轴线

10、不变的脉动磁场，也就是说脉动磁场是不旋转的，如图所示。的脉动磁场，也就是说脉动磁场是不旋转的，如图所示。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理如果单相异步电动机的转子是静止不动的，在脉动磁场的作用下，在转子如果单相异步电动机的转子是静止不动的，在脉动磁场的作用下，在转子绕组左、右半侧所产生的电磁转矩因大小相等而方向相反相互抵消，如图所示。绕组左、右半侧所产生的电磁转矩因大小相等而方向相反相互抵消，如图所示。也就是说，单相异步电动机产生的脉动磁场不能产生启动转矩，电动机无法自也就是说，单相异步电动机产生的脉

11、动磁场不能产生启动转矩，电动机无法自行启动。如果启动时用外力朝任意一个方向拨动电动机的转子，则转子两边产行启动。如果启动时用外力朝任意一个方向拨动电动机的转子，则转子两边产生的电磁转矩就有了差距，就会产生该方向的合成转矩，电动机就会朝着被拨生的电磁转矩就有了差距，就会产生该方向的合成转矩，电动机就会朝着被拨动的方向旋转起来动的方向旋转起来。二、单相异步电动机的工作原理二、单相异步电动机的工作原理第一节第一节单相异步单相异步电动机的结构和电动机的结构和工作原理工作原理 第二节第二节单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机二、

12、电容起动式异步电动机三、电容运转式异步电动机三、电容运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机五、罩极式电动机五、罩极式电动机单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类了解决单相异步电动机不能自行启动的问题，往往采用在单相电动机的了解决单相异步电动机不能自行启动的问题，往往采用在单相电动机的定子绕组中嵌放两套绕组，分别为主绕组和启动绕组，在启动绕组中又采用定子绕组中嵌放两套绕组，分别为主绕组和启动绕组，在启动绕组中又采用串入电阻或电容使两个绕组中的电流在时间上有一定的相位差，就可以产生串入电阻或电容使两个绕组中的电流在时间上有一定的相位差，就可以产生旋转磁场。因此单

13、相电动机在类型上可分为：旋转磁场。因此单相电动机在类型上可分为：第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中“1”为主绕组，匝为主绕组，匝数比启动绕组多，主要呈感性。数比启动绕组多，主要呈感性。“2”为启动绕组，匝数较少、导线较细，为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的电流电流I2 超前于工作绕组的电流超前于工

14、作绕组的电流 I1 一个一个角，两者之间有一定的相位差，从而可角，两者之间有一定的相位差，从而可以形成旋转磁场以形成旋转磁场,产生起动转矩。产生起动转矩。第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特点特点起动绕组一般是按短时工作设计起动绕组一般是按短时工作设计,因此串有一个起动开关因此串有一个起动开关S,当转速上升当转速上升到一定程度时到一定程度时,开关自动断开起动绕组开关自动断开起动绕组,由工作绕组维持运行。由于由工作绕组维持运行。由于 角不大角不大,因此电阻起动式电动机的起动转矩较小。因此电阻起动式电动机的起动转矩较小。3应用应用适用于空载或轻载起动的场合。适用于空载或轻载起动

15、的场合。一、电阻起动式异步电动机一、电阻起动式异步电动机第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成二、电容起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机图图示示为单为单相相电电容起容起动动式式电动电动机的原理机的原理图图。电动电动机的启机的启动绕组动绕组中串中串联联了一了一个个电电容器，容器，选择选择合适的合适的电电容量，可使工作容量，可使工作绕组绕组与启与启动绕组动绕组的的电电流相位差接近流相位差接近90 ，产产生近似于生近似于圆圆形的旋形的旋转转磁磁场场。第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特点特点具具有有较较大大的的启启动动转转矩矩，且且启启动动电

16、电流流较较小小，因因而而这这种种电电动动机机的的起起动动性性能能较较好好。电电容容启启动动式式电电动动机机的的起起动动绕绕组组也也是是按按短短时时工工作作设设计计，因因此此串串有有一一个个起起动动开开关关 S,当当转转速速上上升升到到一一定定程程度度时时,开开关关自自动动断断开开起起动动绕绕组组,由由工工作作绕绕组组维维持持运行。运行。二、电容起动式异步电动机二、电容起动式异步电动机第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类1电路构成电路构成三、电容运转式异步电动机三、电容运转式异步电动机 图图示示为为单单相相电电容容运运转转式式电电动动机机的的原原理理图图。与与电电容容启启动动式式

17、电电动动机机相相比比较较，其其启启动动绕绕组组中中不不串串起起动动开开关关 S，因因此此启启动动绕绕组组和和启启动动电电容容器器在在电电动动机机启启动动后后也参与运行，因此称为电容运转式电动机。也参与运行，因此称为电容运转式电动机。第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类2特点特点这这种种电电动动机机运运行行时时输输出出功功率率大大、功功率率因因数数高高、过过载载能能力力强强、噪噪声声低低、振振动小。其缺点是起动性能不如电容起动式电动机好。动小。其缺点是起动性能不如电容起动式电动机好。3应用应用广泛应用于各种小功率的电动类日用电器中广泛应用于各种小功率的电动类日用电器中三、电容运转

18、式异步电动机三、电容运转式异步电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 为为了了使使电电动动机机的的起起动动和和运运行行性性能能都都比比较较好好，可可以以在在启启动动绕绕组组中中串串联联两两个个相相互互并并联联的的电电容容器器，其其中中 C1与与启启动动开开关关 S 串串联联。电电动动机机启启动动时时，两两个个电电容容器器都都参参与与工工作作；启启动动结结束束，由由 S 断断开开启启动动电电容容器器，只只有有 C2 参参与与运运行行，这这样样电电动动机的启动与运行性能都能得到保障。机的启动与运行性能都能得到保障。四、电容起动运转式异步电动机四、电容起动运转式异步电动机 第二

19、节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 罩极式电动机的转子是笼型的罩极式电动机的转子是笼型的,定子有凸极式和隐极式两种。图为凸极定子有凸极式和隐极式两种。图为凸极式罩极电动机结构示意图。在凸出的定子磁极约式罩极电动机结构示意图。在凸出的定子磁极约 1/3 处开一小槽处开一小槽,套入罩极线套入罩极线圈圈(一个短路铜环一个短路铜环),作为副绕组作为副绕组,凸极上的另一个线圈作为主绕组。当定子绕凸极上的另一个线圈作为主绕组。当定子绕组通入单相交流电流时组通入单相交流电流时,所产生的脉动磁场可分为两部分，一部分磁通不穿过所产生的脉动磁场可分为两部分，一部分磁通不穿过短路环短路环,另一部分穿过

20、短路环另一部分穿过短路环,由于短路环在变化的磁场中产生感应电流由于短路环在变化的磁场中产生感应电流,使使2 滞后于滞后于1,这种相位差相当于磁场未罩的部分向被罩的部分连续移动这种相位差相当于磁场未罩的部分向被罩的部分连续移动,磁场的磁场的中心线始终是由磁极的未罩部分移向被罩部分。这种移动磁场实际上是椭圆中心线始终是由磁极的未罩部分移向被罩部分。这种移动磁场实际上是椭圆度很大的旋转磁场度很大的旋转磁场,使电动机产生起动转矩自行起动并运行。使电动机产生起动转矩自行起动并运行。五、罩极式电动机五、罩极式电动机 第二节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类五、罩极式电动机五、罩极式电动机 第二

21、节单相异步电动机的分类第二节单相异步电动机的分类 第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转二、单项异步电动机的调速二、单项异步电动机的调速 1分相式电动机的反转分相式电动机的反转一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向。就可以改变单改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向。就可以改变单相异步电动机的转向，电路原理如图所示。相异步电动机的转向，电路原理如图所示。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速 2罩极式电动机反转罩极式电动机反

22、转一、单项异步电动机的反转一、单项异步电动机的反转罩极式电动机的转向由定子磁极的结构决定的，故运行时无法改变，只罩极式电动机的转向由定子磁极的结构决定的，故运行时无法改变，只有把定子绕组铁心从机座中抽出来，反相后再装。或在定子槽中增加一套主有把定子绕组铁心从机座中抽出来，反相后再装。或在定子槽中增加一套主绕组或罩极线圈。绕组或罩极线圈。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速1调速原理和方法调速原理和方法二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转速的过通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转

23、速的过程，称为调速。常用的调速方法有两种：第一是外电路降压法，；第二种是程，称为调速。常用的调速方法有两种：第一是外电路降压法，；第二种是通过改变定子绕组的匝数调速。通过改变定子绕组的匝数调速。2外电路降压调速外电路降压调速（1）串联电抗法，如图。）串联电抗法，如图。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速将将电电动动机机主主、副副绕绕组组并并联联后后再再与与电电抗抗器器串串联联。调调速速开开关关接接高高速速档档，电电机机绕绕组组直直接接接接电电源源，转转速速最最高高；调调速速开开关关接接中中、低低速速档档，电电机机绕绕组组串串联联不不同同的的电抗器，总电抗增大，转速

24、降低电抗器，总电抗增大，转速降低。二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速用用此此方方法法调调速速比比较较灵灵活活，电电路路结结构构简简单单，维维修修方方便便，但但需需要要专专用用电电抗抗器器，成本高，耗能大，低速起动性能差。成本高，耗能大，低速起动性能差。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速（2）采用）采用 PTC 零件调速零件调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速如图为具有微风挡的电风扇调速电路。如图为具有微风挡的电风扇调速电路。微微风风风风扇扇在在 500 r/min 以以下下送送出出的的风风。如如采采用用一一般般的的调调速速方方法法，

25、电电动动机机在在这这样样低低的的转转速速下下很很难难启启动动，电电路路利利用用常常温温下下 PTC 电电阻阻很很小小，电电动动机机在在微微风风挡挡直直接接起起动动，起起动动后后，PTC 阻阻值值增增大大，使使电电动动机机进进入入微风挡运行。微风挡运行。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速（3）晶闸管调压调速）晶闸管调压调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速晶晶闸闸管管调调压压调调速速是是通通过过改改变变晶晶闸闸管管的的导导通通角角来来改改变变电电动动机机的的电电压压波波形形，从而改变电压的有效值已达到调速的目的。从而改变电压的有效值已达到调速的目的。

26、第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速图示为吊扇使用的双向晶闸管调压调速电路。图示为吊扇使用的双向晶闸管调压调速电路。二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速3绕组抽头法调速绕组抽头法调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速绕绕组组抽抽头头法法调调速速，实实际际上上是是把把电电抗抗器器调调速速法法的的电电抗抗嵌嵌入入定定子子槽槽中中，通通过过改改变变中中间间绕绕组组与与主主、副副绕绕组组的的连连接接方方式式，来来调调整整磁磁场场的的大大小小和和椭椭圆圆度度，从从而而调调节节电电动动

27、机机的的转转速速。采采用用这这种种方方法法调调速速，节节省省了了电电抗抗器器，成成本本低低、功功耗耗小小、性能好，但工艺较复杂。实际应用中有性能好，但工艺较复杂。实际应用中有 L 型和型和 T 型绕组抽头调速两种方法型绕组抽头调速两种方法。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速（1）L 型绕组的抽头调速型绕组的抽头调速 第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速二、单相异步电动机的调速二、单相异步电动机的调速（2）T 型绕组的抽头调速型绕组的抽头调速4其他调速方法其他调速方法自自耦耦变变压压器器

28、调调压压调调速速、串串电电容器调速和变极调速等。容器调速和变极调速等。第三节第三节 单相异步电动机的反转和调速单相异步电动机的反转和调速本本章章小小结结通过本章的学习应掌握如下几点：通过本章的学习应掌握如下几点：1单相异步电动机的结构单相异步电动机的结构2单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理3单相异步电动机的分类、结构和工作原理单相异步电动机的分类、结构和工作原理4单相电源产生的脉动磁场单相电源产生的脉动磁场（1）起动转矩为零）起动转矩为零不可不可自行起动自行起动（2）旋转方向不能确定）旋转方向不能确定取决于起动取决于起动时的转向。时的转向。本本章章小小结结5分分相相式式电电动动机机：定定子子上上安安装装空空间间上上有有相相位位差差的的两两绕绕组组，主（工作）绕组和副（起动）绕组。主（工作）绕组和副（起动）绕组。6根根据据获获得得绕绕组组空空间间位位置置差差和和电电流流相相位位差差的的方方法法不不同同，分分相相式异步电动机分：式异步电动机分：电阻起动、电容起动、电容运转、电容起动运转四类。电阻起动、电容起动、电容运转、电容起动运转四类。7罩极式单相异步电动机。罩极式单相异步电动机。8单单相相异异步步电电动动机机多多采采用用调调压压方方法法来来调调速速，常常用用串串电电抗抗器器调速，晶闸管调压调速和定子绕组抽头法等。调速，晶闸管调压调速和定子绕组抽头法等。