n1 (n) 2n1 (n1 n) s = = = 2 s+ n1 n1
8
正转电磁转矩与正转转 正转电磁转矩与正转转 差率的关系 T+ = f ( s+ ) , 反转电磁转矩与反转转 反转电磁转矩与反转转 差率的关系T = f (s) = f (2s+) 如图4-1中曲线 和曲线2 中曲线1和曲线 如图 中曲线 和曲线 所示. 所示. 单相异步电动机的T = f (s) e 曲线就是曲线1, 的叠 曲线就是曲线 ,2的叠 如图中曲线3所示 所示. 加,如图中曲线 所示.
F+
+
7
根据三相异步电机原理, 根据三相异步电机原理 , 可以将单相异步 电动机视为两台完全一样的三相异步电动机分 别作正相序运行及负相序运行时的叠加. 别作正相序运行及负相序运行时的叠加. 对于正相序运行的三相异步电动机, 其转 对于正相序运行的三相异步电动机 , n1 n 差率为: 差率为: s+ = n1 对于反转磁动势而言, 对于反转磁动势而言 , 即负相序运行的三 相异步电动机,其转差率应该为: 相异步电动机,其转差率应该为:
+
+
可见, 可见,当 n = 0 时,若 F+ > F ,则 Te > 0 ,电动机可 以正向起动;同理,当 n = 0 时,若 F+ < F ,则 Te < 0 , 以正向起动;同理, 电动机可以反向起动. 电动机可以反向起动.
n, s
根据上述分析 可知, 可知,单相异步电 动机若能起动必须 具备: 具备:① 定子具有 空间不同相位的两 个绕组; 个绕组;② 两个绕 组中通入不同相位 的交流电. 的交流电.
4. 电容起动与运转异步电动机
为了使电动机在起动和运转时都能得到比较好的性能, 为了使电动机在起动和运转时都能得到比较好的性能, 在副绕组中采用两个电容的并联,如图4-6所示 电容C是运 所示. 在副绕组中采用两个电容的并联,如图 所示.电容 是运 转时使用的,电容C 是在电动机起动时使用的, 转时使用的,电容 s是在电动机起动时使用的,它与起动开 关串联后再与电容C并联 并联. 关串联后再与电容 并联.起动时串联在副绕组回路中的总电 容为C+Cs,比较大,可以使电机气隙中的旋转磁动势接近于 比较大, 容为 圆形旋转磁动势.当电动机转速接近于同步转速时, 圆形旋转磁动势.当电动机转速接近于同步转速时,起动开 关动作, 将电容C 切除,从而使电动机在运行时, 关动作, 将电容 s切除,从而使电动机在运行时,气隙中的 旋转磁动势也接近于圆形旋转磁动势. 旋转磁动势也接近于圆形旋转磁动势. 电容起动与运转的单相异步 电动机,与电容起动的单相异步 电动机, 电动机相比较, 电动机相比较,起动转矩和最大 转矩有所增加, 转矩有所增加,功率因数和效率 有所提高,电动机的噪音较小, 有所提高,电动机的噪音较小, 所以它是单相异步电动机中最理 想的一种. 想的一种.
2. 两相绕组通电时 当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通 入不同相位的两相交流电流时, 入不同相位的两相交流电流时,一般情况下将 产生椭圆形旋转磁动势. 产生椭圆形旋转磁动势. F 椭圆旋转磁动势同样 可以分解成: 可以分解成: F F ≠F 一个正转磁动势与 F 一个反转磁动势. 一个反转磁动势. 此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线. 此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线. 当 F+ >F 时,电动机的 T+ = f (s+) ,T = f (s ) 条曲线如图4-2所示 及 Te = f (s ) 3条曲线如图 所示. 条曲线如图 所示. 11
第二部分 单相异步电动机
单相异步电动机具有结构简单, 成本低廉, 单相异步电动机具有结构简单 , 成本低廉 , 噪声 小等优点. 由于只需要单相电源供电, 使用方便, 小等优点 . 由于只需要单相电源供电 , 使用方便 , 广 泛应用于工业, 农业和人民生活的各个方面, 泛应用于工业 , 农业和人民生活的各个方面 , 尤其以 家用电器, 电动工具, 医疗器械等使用较多. 家用电器 , 电动工具 , 医疗器械等使用较多 . 与同容 量的三相异步电动机相比较, 量的三相异步电动机相比较 , 单相异步电动机的体积 较大,因此一般只做成小容量的. 较大,因此一般只做成小容量的. 单相异步电动机的运行原理和普通三相异步电动 机基本相同,但有其自身的特点. 机基本相同,但有其自身的特点.单相异步电动机通 常在定子上有两相绕组,转子是普通鼠笼型的. 常在定子上有两相绕组,转子是普通鼠笼型的.两相 绕组在定子上的分布以及供电情况的不同, 绕组在定子上的分布以及供电情况的不同,可以产生 不同的起动特性和运行特性. 不同的起动特性和运行特性.
f1 ( x , t ) = F1m cos x cos ω t = 0 .5 F1m cos( x ω t ) + 0 .5 F1m cos( x + ω t )
由此可见基波脉振磁 F =F 动势可以分解成两个 F 转向相反,转速相同, 转向相反,转速相同, F 幅值相等的旋转磁动势, 幅值相等的旋转磁动势,两个旋转磁动势的 幅值等于脉振磁动势最大幅值的1/2. 幅值等于脉振磁动势最大幅值的 .
相异步电动机定子两相绕组是主绕组m及副 单相异步电动机定子两相绕组是主绕组 及副 绕组a,它们一般是相差90° 绕组 ,它们一般是相差 °空间电角度的两个分布 绕组, 绕组,通电时主绕组及副绕组都要产生空间分布的 磁动势. 磁动势.定子绕组所产生的磁动势实际上是两相绕 组产生的磁动势的叠加. 组产生的磁动势的叠加.由于副绕组是用于单相异 步电动机的起动及改善运行性能, 步电动机的起动及改善运行性能,所以首先分析只 有主绕组一相绕组通电时的机械特性, 有主绕组一相绕组通电时的机械特性,在此基础上 再讨论定子两相绕组同时通电时的机械特性. 再讨论定子两相绕组同时通电时的机械特性.
13
1. 电阻分相起动异步电动机
电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主 绕组并联接到单相电源上,如图4-3所示 所示. 绕组并联接到单相电源上,如图 所示.为使定子两相绕组中 电流存在相位差,在设计上使两相绕组的阻抗不等, 电流存在相位差,在设计上使两相绕组的阻抗不等,接在同一 电源上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位, 电源上可导致副绕组中电流的相位超前主绕组中电流的相位, 达到分相的目的. 达到分相的目的.这种异步电动机由于受到绕组的制约两相绕 组中电流的相位差不大,因而起动转矩不大. 组中电流的相位差不大,因而起动转矩不大.
ωt=180° ° i=-Im
5
若 i = 2 I cos ω t 则f ( x, t ) = 2 NI 4 1 1 cos x cos 3 x + cos 5 x L cos ω t 2 π 3 5
把以2τ 为周期的 矩形磁动势波用 傅氏级数分解
6
若 i = 2 I cos ω t 则f ( x, t ) = 2 NI 4 1 1 cos x cos 3 x + cos 5 x L cos ω t 2 π 3 5
1 2
I&st
3. 电容运转异步电动机
在电容运转异步电动机中, 在电容运转异步电动机中,副绕组不仅在起动时 起作用,而且在电动机运转时也起作用, 起作用,而且在电动机运转时也起作用,长期处于工 作状态,因而实际上是两相电机, 作状态,因而实际上是两相电机,电动机定子接线如 所示. 图4-5所示.这种电机 所示 电容的选择是按照运 行时考虑的, 行时考虑的,要求在 运行时磁动势接近于 圆形旋转磁动势, 圆形旋转磁动势,以 提高电机的运行性能. 提高电机的运行性能. 但在起动时磁动势椭 圆度较大, 圆度较大,造成起动 转矩较小,而起动电 转矩较小, 图4-5 电容运转异步电动机 16 流较大. 流较大.
4
若 i = 2 I cos ω t
则f y ( x, t ) =
ωt=0°, ° i=Im
1 2 N yi = N y I cos ω t 2 2
ωt=90° ° i=0
这种从空间上看 这种从空间上看 空间上 位置固定, 位置固定,从时间上 看大小在正负最大值 之间变化的磁动势, 之间变化的磁动势, 称为脉振磁动势. 称为脉振磁动势.脉 振的频率就是交流电 流的频率. 流的频率.
两相通电时的T-S曲线 图4-2 两相通电时的 曲线
Te
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三,单相异步电动机的分类 单相异步电动机的主要优点是使用单相 交流电源, 交流电源 , 但是单相异步电动机起动时又要 求在两相绕组中通入相位不同的两相电流. 求在两相绕组中通入相位不同的两相电流 . 如何把定子绕组中的电流相位分开即" 分相" 如何把定子绕组中的电流相位分开即 " 分相 " 是单相异步电动机必须解决的首要问题. 是单相异步电动机必须解决的首要问题 . 根 据分相方法的不同就有不同类型的单相异步 电动机. 电动机.
2
单相绕组的磁动势– 单相绕组的磁动势 脉振磁动势
Ni 4 π 1 π 1 π f 空间谐波:y ( x) = cos x cos3 x + cos5 x + L 2 π τ 3 5 τ τ
3
假定它的匝数为N,流过的瞬时电流为 , 假定它的匝数为 ,流过的瞬时电流为i, 电流i将产生磁动势 磁动势将产生磁通. 将产生磁动势, 电流 将产生磁动势,磁动势将产生磁通. 根据全电流定律可知, 根据全电流定律可知,闭合磁路的总磁动 势等于该闭合回路所包围的总安匝数. 势等于该闭合回路所包围的总安匝数.所 以无论路径远近, 以无论路径远近,每条磁力线的安匝数都 是相等的,又由于都经过两次气隙, 是相等的,又由于都经过两次气隙,如果 忽略铁心中的磁阻, 忽略铁心中的磁阻,那么每段气隙上的磁 动势各占总磁动势的二分之一, 0.5Ni 动势各占总磁动势的二分之一,即0.5 , 并且在气隙的不同空间位置上各点磁动势 都相等,只不过方向不同. 都相等,只不过方向不同.