中职 《电机与控制》第三版项目6 电子课件 中职 .ppt
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1、中职 电机与控制第三版项目6 电子课件 中职 高教版项目6 单相异步电机的认识 与在家用电器上的应用任务6.1单相异步电动机的认识学习n【任务目标】n 1掌握单相异步电动机和工作原理。n 2单相异步电动机的启动、反转和调速方法。6.1.1 单相异步电动机的分类及其结构 1 单相异步电动机的分类 单相异步电动机种类繁多,但在家用电器中所用的单相异步电动机基本上只有两大类五种。第一类为单相罩极式电动机。单相罩极式电动机又可分为两种:第一种为凸极式罩极电动机;第二种为隐极式罩极电动机。第二类为分相式单相异步电动机。分相式单相异步电动机又可以分为三种:第一种为电阻启动异步电动机;第二种为电容启动异步电
2、动机;第三种为电容启动和运转异步电动机。上述这些电动机的结构虽有差别,但是其基本工作原理是相同的。2 单相异步电动机的结构n 单相异步电动机与三相异步电动机相同,它们都由机壳、转子、定子、端盖、轴承、风扇等部件组成。n(1)单相异步电动机的转子n 单相异步电动机的转子一般为鼠笼转子。n 单相异步电动机的鼠笼转子大多采用斜槽式,转子的鼠笼导条两端,一般相差一个定子齿距。鼠笼导条和端环多采用铝材料,并且是一次铸造成形。(2)单相异步电动机的定子n 单相电动机的定子是由定子铁心和定子绕组组成。由于单相电动机的种类不同,定子结构也不同。下面分别介绍罩极电动机和分相式电动机的定子结构。2 单相异步电动机
3、的结构图6.1 罩极电动机定子n 凸极式罩极电动机的定子。凸极式罩极电动机的定子是由凸出的磁极铁心、激磁主绕组线包和罩极短路环组成,见图6.1左图。这种电动机的每个凸出磁极的极身上绕有集中的主绕组线包。每个磁极的极掌的一端开有小槽,在小槽内嵌入一个短路环或几匝短路线圈,用其罩住磁极的1/3左右的极掌。这个短路环又称为罩极圈。n 隐极式罩极电动机的定子。隐极式罩极电动机的定子由圆形定子铁心、主绕组以及短路绕组(短路线圈)组成,见图6.1右图。隐极式罩极电动机的圆形定子铁心是用硅钢片叠成的,上面有均匀分布的槽。在槽内嵌有两套绕组,即主绕组和短路绕组。隐极式罩极电动机的主绕组分散嵌在定子铁心槽内,匝
4、数很多,它置于槽的底层。罩极短路绕组的匝数较少,线径较粗(常用1.5 mm左右的高强度漆包线)。它嵌在部分定子铁心槽内。图6.2 分相异步电动机定子n 分相式单相电动机的定子。分相式单相电动机虽然有电容分相式、电阻分相式、电感分相式三种,但是其定子结构相同,嵌线方法也相同。分相式单相电动机的定子是由圆形铁心,主绕组和副绕组(起动绕组)组成。主绕组和副绕组在空间相对位置差90电角度,如图6.2所示。在图6.2中左图为8槽、2极单相电动机的定子。其主绕组(AX)与副绕组(BY)互相垂直,即成90电角度。在图6.2中右图为8槽、4极分相式电动机的定子。其主绕组(AX)与副绕组(BY)互差45机械角度
5、,即相当于90电角度。分相式单相电动机定子铁心是用硅钢片叠成,铁心内腔均匀分布着定子槽,在槽内嵌有主绕组和副绕组。n 家用电器中的洗衣机电动机主绕组与副绕组匝数相同,线径相同,在定子腔内分布相同,占的槽数相同。主绕组和副绕组在空间相差90电角度。电风扇电动机和电冰箱电动机的主绕组与副绕组匝数不相同、线径不相同、占的槽数也不相同,但是主绕组和副绕组在空间上相对位置互相也差90电角度。6.1.2单相异步电动机转动原理n 1 单绕组的定子磁场脉振磁场n 在电动机的定子槽内只嵌有一组绕组,它的磁场图如图6.3所示。图6.3单绕组电动机旋转磁场 在图6.3中,示出绕组通以正弦交流电流i=Im sint时
6、,在不同时刻所形成的磁场。从图中可以看出,t0、t4、t8时刻,绕组电流i=0,所以定子磁场为零。t1和t5时刻,绕组电流大小相等,方向相反,所以定子磁场的磁场强度相同,但磁场方向相反。同理,t2 和t6时刻,t3 和t7时刻绕组电流大小相等,但磁场方向相反。还可以看出t2 时刻和t5时刻定子磁场最强,磁场位置是固定的,其磁场位置在绕组平面的垂直中心线位置。单绕组磁场实际是一个脉振磁场,也就是说,磁场的位置固定,而磁场的强弱却按正弦规律变化。n 分相式单相电动机的定子腔内有两组绕组,即主绕组和副绕组,它们的电角度相互成90,如图6.4所示。图6.4 两相绕组定子示意图 2 两相绕组的定子磁场n
7、 当图6.4所示的电动机定子两绕组中各通以iA=Im sint及iB=Im(sint+90)两电流时,两相绕组形成的磁场如图6.5所示。图6.5 两相绕组电动机旋转磁场n 由图6.5可以看出,电流从 t0到 t1时刻变化了90电角度,磁场也移动了90电角度。以此类推,电流变化180时,磁场也移动了180电角度;如果电流变化一个周期(360),磁场也正好旋转360电角度。当电动机绕组形成一对磁极(一个N极,一个S极)时,电流变化一个周波,磁场只旋转一周。当电动机为两对磁极时,电流变化一个周波,磁场只旋转半周。由此分析,可以得知电动机定子磁场转速 n0与电流的频率(每秒周波数,Hz)和定子磁极对数
8、有关,其关系为:n n0=60f/P 由以上分析可得出如下结论:n(1)当两相绕组在空间相差90电角度,两相绕组匝数相同,绕组分布相同,通过电流大小相等,相位差90时,则形成圆形旋转磁场。n(2)旋转磁场的转速(称为电动机的同步转速)与电源电压频率成正比,与定子磁场的磁极对数成反比,即n0=60 f/P(r/min)。n(3)旋转磁场方向从电流跃前的绕组向电流滞后绕组的方向旋转。3 罩极电动机的定子磁场n 罩极电动机有主绕组线包和罩极短路线圈。这两绕组在空间位置相差不是90角,而且只有主绕组线包通正弦交流电,而短路线圈不接电源。这样就使罩极电动机定子磁场有其特殊性。n 根据法拉第电磁感应定律得
9、知,在罩极短路线圈内产生感应电势和感应电流也是正弦交流电,感应电流滞后主绕组的电流90。这里用i1表示主绕组线圈电流,用i2表示罩极短路线圈电流,n 则 i1=Im1sint,i2=Im2(sint90)。n n 由于主绕组与罩极短路线圈在空间有一定位置差,通过的电流又相互差90相位差,只不过匝数不同,所以罩极电动机的定子磁场也是旋转磁场(不是圆形旋转磁场)。图6.6和图6.7分别画出了罩极电动机主绕组和短路线圈的电流和罩极电动机结构示意图和磁场(转子)旋转方向。图6.6 罩极电动机两绕组中的电流 图6.7 罩极电动机的结构n 通过对单相异步电动机工作原理的分析,可得出如下结论。(1)单相异步
10、电动机启动运行的首要条件,就是电动机定子磁场必须是旋转磁场。产生旋转磁场的条件有两条,其一是电动机的主绕组和副绕组在空间上相差一定的电角度;其二是两绕组通过的电流必须是相位差90角的正弦交流电。n(2)定子磁场的转速与电动机转子的转速必须异步,转子鼠笼导条中才能产生感应电势和感应电流;通电的导条与定子磁场的相互作用使得转子产生电磁转矩,电动机才能启动运行。电动机转子的转向与定子磁场旋转方向相同;转子转速低于定子磁场转速。6.1.3 单相异步电动机的启动、反转和调速n 6.1.3.1 单相异步电动机的启动n 单相异步电动机的主要特点是没有启动转矩,一旦在任意方向启动后就能运行。所以为了解决启动问
11、题,启动时要在单相电动机的气隙中形成旋转磁场,而产生旋转磁场的条件是多相绕组(空间的)通入多相电流(时间的)。所谓多相至少是两相。因此在单相电动机中除了空间有相位差以外,流过它们的电流在时间上也必须要有相位差。这样才能产生旋转磁场,使电动机能够自行启动。1.分相式异步电动机的启动n 分相式单相异步电动机的定子铁心上嵌有主绕组和副绕组,两者的轴线在空间相距 90电角度,并接在同一电源上。图6.8 单相异步电动机接线原理图n(1)单相电阻启动异步电动机。n 单相电阻启动异步电动机的接线图参看图6.8(a),定子具有主绕组和副绕组,它们的轴线在空间相差90电角度。电阻值较大的副绕组经启动开关与主绕组
12、并联后接于单相电源上。当转速上升到同步转速的75%80%时,使开关自动打开,切断启动绕组电路。此开关可用装在电机轴上的离心开关,当转速升至一定程度靠离心力打开;也可以用电流继电器的触头作此开关,启动开始电流大,触头吸合,转速上升至一定程度时电流渐小,触头打开单相电阻启动异步电动机结构简单,具有中等启动转矩和过载能力,适用于小型机床、鼓风机和医疗器械。图6.8 单相异步电动机接线原理图n(2)单相电容启动异步电动机。单相电容启动异步电动机的接线图参看图6.8(b),定子绕组分布与电阻启动异步电动机相同,但副绕组和一个容量较大的电容器串联,经启动开关,再与主绕组并联后接在单相电源上。当电动机的转速
13、达到额定转速的75%80%时,通过启动开关将副绕组和电容切离电源,由主绕组单独工作。n 当电容量的大小合适时,启动绕组的电流超前运行绕组的电流90电角度。这样可使启动时电机中的磁动势接近于圆形旋转磁动势,所以这种单相电动机的启动转矩大,启动电流小,启动性能最好,适用于小型空气压缩机、磨粉机、水泵等。n n(3)单相电容运转异步电动机。单相电容运转异步电动机的接线图参看图6.8(c),单相电容运转异步电动机的接线与单相电容启动异步电动机相比,仅将启动开关去掉,使启动绕组和电容器不仅启动时起作用,运行时也起作用。这样可以提高电动机的功率因数和效率,所以这种电动机的运行性能优于电容启动电动机。n n
14、(4)单相电容启动和运转异步电动机。单相电容启动和运转异步电动机的接线图参看图6.8(d),在启动绕组中串入两个并联的电容器:启动电容器和工作电容器。其中启动电容器串接启动开关,启动时,闭合启动开关,两个电容器同时作用,电容量为两者之和,电动机有良好的启动性能;当转速上升到一定程度,开关自动打开,切除启动电容器,运行电容器与启动绕组参与运行,确保良好的运行特性。由此可见,电容启动运转电动机虽然结构较复杂、成本较高,维护工作量较大,但其启动转矩大,启动电流小,功率因数和效率较高,适用于空调机、小型控压机和电冰箱等。2.单相罩极式异步电动机的启动n 单相罩极式异步电动机一般采用凸极式定子,主绕组是
15、集中绕组,并在极靴的一小部分套上电阻很小的短路环(又称罩极绕组)。另一种是隐极定子,其冲片形状与一般电动机相同,主绕组与罩极绕组均为分布式绕组。它们的轴线在空间位置相差一定的电角度(一般为45)。这样也达到了在时间上和空间上获得不同相的两个脉振磁场的目的,从而产生旋转磁场而启动。n 单相罩极式异步电动机的启动转矩、功率因数和效率均较低,一般可作小型风扇、电动模型以及各种空载或轻载的小功率电气设备。6.1.3.2 单相异步电动机的反转n 分相式单相异步电动机,若要改变电动机的转向,可以将工作绕组或启动绕组中的任意一个绕组接电源的两出线对调,即可将气隙旋转磁场的旋转方向改变,随之转子转向也改变。n
16、 单相罩极式异步电动机,对调工作绕组接到电源的两个出线端,不能改变它的转向。6.1.3.3 单相异步电动机的调速n 单相异步电动机的转速与电动机绕组所加的电压有直接关系。如果电动机的磁极不变,电动机的转速与绕组所加电压成正比关系。所以,可以通过改变绕组电压的大小来实现调速。分相式单相异步电动机的调速,一般有四种方法,即电抗器调速、电动机嵌调速绕组调速、定子绕组抽头调速和电子调速,这四种调速方法都是通过改变绕组电压的大小来实现单相异步电动机调速的。任务6.2单相异步电动机在洗衣机上的应用n【任务目标】n 1了解波轮式洗衣机、滚筒式全自动洗衣机以及搅拌式洗衣机电动机的结构与特点。n 2了解洗衣机常
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