2023年单相交流电机的工作原理.pdf

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1、单相交流电机的工作原理 一、单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产

2、生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差 90 度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差 90 度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差 90 度的电流通入两个在空间上相差 90 度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动

3、机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在 1/3-1/4 全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按 N、S、N、S 排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后 90 度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞

4、后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。二、220V交流单相电机起动方式大概分一下几种：第一种，分相起动式，如图 1 所示，系由辅助起动绕组来辅助启动，其起动转矩不大。运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇,空调风扇电动机，洗衣机等电机。第二种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的 70%至 80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。起动绕组不参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继续动作，如图 2。第三种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的 70%至

5、 80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。而运行电容串接到起动绕组参与运行工作。这种接法一般用在空气压缩机，切割机，木工机床等负载大而不稳定的地方。如图 3。带有离心开关的电机，如果电机不能在很短时间内启动成功，那么绕组线圈将会很快烧毁。交变脉动磁场这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速旋转方向互为相反的旋转磁场当转子静止时这两个旋转磁场 方向旋转时如顺时针方向旋转这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小转子与逆时针旋转方向 向旋转起来要使单相电动机能自动旋转起来我们可在定子中加上一个起动绕组起动绕组与主绕组在空间上相差度起动电容值：双值电容电机，起动电容容量

6、大，运行电容容量小，耐压一般大于 400V。三、正反转控制：图 4 是带正反转开关的接线图，通常这种电机的起动绕组与运行绕组的电阻值是一样的，就是说电机的起动绕组与运行绕组是线径与线圈数完全一致的。一般洗衣机用得到这种电机。这种正反转控制方法简单，不用复杂的转换开关。图 1，图 2，图 3，正反转控制，只需将 1-2 线对调或 3-4 线对调即可完成逆转。对于图 1，图 2，图 3，的起动与运行绕组的判断，通常起动绕组比运行绕组直流电阻大很多，用万用表可测出。一般运行绕组直流电阻为几欧姆，而起动绕组的直流电阻为十几欧姆到几十欧姆。图 1 电容运转型接线电路 图 2 电容起动型接线电路?图 3

7、电容启动运转型接线电路（双值电容器）图 4?开关控制正反转接线 四、单相异步电动机常见故障分析 单相异步电动机的许多故障，如机械构件故障和绕组断线、短路、接地等故障，无论在故障现象和处理方法上都和三相异步电动机相同。但由于单相异步电动机结构上的特殊性，它的故障也与三相异步电动机有所不同，如启交变脉动磁场这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速旋转方向互为相反的旋转磁场当转子静止时这两个旋转磁场 方向旋转时如顺时针方向旋转这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小转子与逆时针旋转方向 向旋转起来要使单相电动机能自动旋转起来我们可在定子中加上一个起动绕组起动绕组与主绕组在空间上相差度起

8、动动装置故障、启动绕组故障、电容器故障等。单相电容启动异步电动机常见 故障及原因主要有：故障 1:电源正常，通电后电机不能启动。原因是:1 电机引线断路；2 主绕组或副绕组开 路；3 离心开关触点合不上；4 电容器开路；5 轴承卡住；&转子与定子碰擦。故障 2:空载能启动，或借助外力能启动，但启动慢且转向不定。原因是:1 副绕组开路；2 离心开关触点接触不良；3 启动电容开路或损坏。故障 3:电机启动后很快发热甚至烧毁绕组。原因是:1 主绕组匝间短路或接地；2 主、副 绕组之间短路；3 启动后离心开关触点断不开；4 主、副绕组相互接错；5 定子与转子摩擦。故障 4:电机转速低，运转无力。原因是

9、:1 主绕组匝间轻微短路；2 运转电容开路或容量 降低；3 轴承太紧；4 电源电压低。故障 5:烧保险丝。原因是:1 绕组严重短路或接地；2 引出线接地或相碰；3 电容击穿短 路。故障 6:电机运转时噪音太大。原因是:1 绕组漏电；2 离心开关损坏；3 轴承损坏或间隙 太大；4 电机内进入异物。五、单相异步电动机常见故障分析 单相异步电动机的许多故障，如机械构件故障和绕组断线、短路、接地等故障，无论在故障现象和处理方法上都和三相异步电动机相同。但由于单相异步电动机结构上的特殊性，它的故障也与三相异步电动机有所不同，如启动装置故障、启动绕组故障、电容器故障等。二、单相异步电动机常见故障的处理 1

10、.电动机通电后不转，发出“嗡嗡|”声，用外力推动后可正常旋转的故障处理方法（1）用万用表检查启动绕组是否断开。如在槽口处断开，则只需一根相同规格的绝缘线把断开处焊接，加以绝缘处理；如内部断线，则要更换绕组。交变脉动磁场这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速旋转方向互为相反的旋转磁场当转子静止时这两个旋转磁场 方向旋转时如顺时针方向旋转这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小转子与逆时针旋转方向 向旋转起来要使单相电动机能自动旋转起来我们可在定子中加上一个起动绕组起动绕组与主绕组在空间上相差度起动（2）对单相电容异步电动机，检查电容器是否损坏。如损坏，更换同规格的电容。判断电容是

11、否有击穿、接地、开路或严重泄漏故障方法如下。将万用表拨至 x10k 或 x1k 挡，用螺丝刀或导线短接电容两端进行放电后，把万用表两表笔接电容出线端。表针摆动可能为一些情况。指针先大幅度摆向电阻零位，然后慢慢返回初始位置电容器完好。指针不动电容器有开路故障。指针摆到刻度盘上某较小阻值处，不再返回电容器泄漏电流较大。指针摆到电阻零位后不返回电容器内部已击穿短路。指针能正常摆动和返回，但第一次摆幅小电容器容量减小。把万用表拨至 x100 挡，用表笔测电容器两端接线端对地电阻，若指示为零说明电容已接地。（3）对单相电阻式异步电动机，用万用表检查电阻元件是否损坏。如损坏，更换同规格的电阻。（4）对单相

12、启动式异步电动机，要检查离心开关（或继电器）。如触点闭合不上，可能是有杂物进入，使铜触片卡住而无法动作，也可能是弹簧拉力太松或损坏。处理方法是清除杂物或更换离心开关（或继电器）。（5）对罩极电动机，检查短路环是否断开或脱焊，焊接或更换短路环。2.电动机通电话不转，发出“嗡嗡”声，外力推动也不能使之旋转的故障处理方法（1）检查电动机是否过载，若过载即减载。（2）检查轴承是否损坏或卡住，修理或更换轴承。（3）检查定子、转子铁芯是否相擦，若是轴承松动造成，应更换轴承，否则应锉去相擦部位，校正转子轴线。交变脉动磁场这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速旋转方向互为相反的旋转磁场当转子静止时这两个旋转磁

13、场 方向旋转时如顺时针方向旋转这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小转子与逆时针旋转方向 向旋转起来要使单相电动机能自动旋转起来我们可在定子中加上一个起动绕组起动绕组与主绕组在空间上相差度起动（4）检查主绕组和副绕组接线，若接线错误，重新接线。3.电动机通电后不转，没有“嗡嗡”声，外力也不能使之旋转的故障处理方法（1）检查电源是否断线，恢复供电。（2）检查进线线头是否松动，重新接线。（3）检查工作绕组是否断路、短路（与三相异步电动机定子绕组的检查方法相同），找出故障点，修复或更换断路绕组。交变脉动磁场这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速旋转方向互为相反的旋转磁场当转子静止时这两个旋转磁场 方向旋转时如顺时针方向旋转这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小转子与逆时针旋转方向 向旋转起来要使单相电动机能自动旋转起来我们可在定子中加上一个起动绕组起动绕组与主绕组在空间上相差度起动