單相異步電動機基礎知識2009年5月26日

目錄一、電機基本原理二、電機常見問題三、電機測試四、部分單相異步電機相關標準一、電機基本原理電機定義、種類安培環(huán)路定律、電磁感應定律、電磁力定理脈振磁場、圓形旋轉(zhuǎn)磁場、橢圓旋轉(zhuǎn)磁場單相異步電機如何轉(zhuǎn)起來二、電機常見問題異步是什么意思？為什么要串連電容？如何合理選擇電容？怎樣合理設定轉(zhuǎn)速？標準化有什么好處？常見噪音與那些因素有關？以及改進存在的問題？如何改變電機轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？三、電機測試室內(nèi)機掛機測試室外機測試電機T-N電機常規(guī)檢驗電機特殊實驗四、部分單相異步電機相關標準部分國家標準電動機的定義

電能機械能（動力）磁場磁場是實際存在的一種物質(zhì)，像空氣一樣摸不著看不到磁力線，從N極到S極閉合曲線磁場強度H磁通密度（磁感應強度）B磁是橋梁能量守恒空調(diào)中電機分類空調(diào)中使用的電機有：單相電容運轉(zhuǎn)異步機無刷直流電機單相同步電機或步進電機罩極異步電機單相電機分類Single－PhaseAsynchronousMotor

：電阻起動電容起動恒電容起動運轉(zhuǎn)變電容起動運轉(zhuǎn)罩極起動能量怎樣轉(zhuǎn)化

電生磁磁生電磁、電生力電生磁

通電導線產(chǎn)生磁場變化電流產(chǎn)生變化磁場右手螺旋法則IH沿任一條閉合回路L，磁場強度的線積分等于該閉合回路所包圍的全電流。電生磁（磁場量化---安培環(huán)路定律）

本定律闡述磁通變化產(chǎn)生感生電勢的規(guī)律。

變化磁通產(chǎn)生的感應電勢：

式中W——與磁通Φ相交鏈的線圈匝數(shù)

——與線圈交鏈的磁通（Wb）

t——時間（S）

e——感應電動勢（V）磁生電—電磁感應定律

當導線在磁場中運動并切割磁力線時，導體中產(chǎn)生感應電動勢

：

式中B——磁感應強度（T）

L——導線有效長度

V——導線垂直于磁場的運動速度

e——感應電動勢（V）

磁生電—電磁感應定律感應電勢方向遵循右手定則磁、電生力—電磁力定律當磁場與載流導體互相成α角時，作用在導體上的電磁力為:F=BIL*sinα

式中F——電磁力（N）

B——磁感應強度（T）

I——導體中的電流（A）

L——導體的有效長度（m）電磁力方向遵循左手定則在質(zhì)量不變的物理系統(tǒng)中，能量總是守恒的，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，而僅能變換的形式。在電動機中能量的平衡關系為：

電源輸入的電能=磁場儲能的增加+轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗+機械能的輸出

式中：轉(zhuǎn)換為熱能的能量損耗主要包括三部分（1）定、轉(zhuǎn)子繞組銅耗；（2）交變磁通在鐵芯中的鐵耗（3）通風、摩擦產(chǎn)生的機械損耗能量守恒原理旋轉(zhuǎn)磁場對稱的多項繞組通對稱的多項電流時，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場實際是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場單相繞組可產(chǎn)生脈振磁場由于單相繞組產(chǎn)生的是脈振磁場，電機沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能起動，如下圖表示：

旋轉(zhuǎn)磁場單相繞組產(chǎn)生脈振磁勢，電機不能啟動在三相電機中，當定子三相繞組接到對稱三相交流電源時，對稱三相交流電流在對稱三相繞組中流通，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場，從下圖表示：

旋轉(zhuǎn)磁場單相單相異步電容運轉(zhuǎn)電機中的單相不是指單相繞組單相指單相電源單相電機定子鐵芯中嵌放兩相繞組且其軸線在空間相隔90°電角度，兩相繞組的線徑、匝數(shù)分布規(guī)律各不相同，其中一相繞組稱為主繞組（用M表示）。另一相稱為副繞組或起動繞組（用A表示）。副繞組鐵串聯(lián)電容后接入電源。結構原理如下圖：

兩相繞組單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機

主繞組M與副繞組A的軸線在空間相隔90°電角度副繞組串聯(lián)一個電容C再與工作繞組并接于電源在單相電機中，若定子上的主、副兩相繞組完全對稱，兩相繞組接到兩相對稱電源，則與三相電機一樣也產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的圓形旋轉(zhuǎn)磁勢和磁場，如下圖：單相電機的旋轉(zhuǎn)磁場對稱兩相繞組通對稱兩相電流時，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機

重要這就是為什么要串連電容C副繞組中電流IA相位上超前于主繞組電流IM產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場兩項繞組通兩項電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場可見對稱兩相繞組通入對稱兩相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與三相電機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢一樣。其旋轉(zhuǎn)速度與電源頻率和電機極數(shù)有關：

單相異步電動機基本原理

同步轉(zhuǎn)速在單相電機的轉(zhuǎn)子中鑄有許多彼此相連通的鼠籠形鋁導條，如圖示：單相異步電動機基本原理

當電機中磁場以n速度旋轉(zhuǎn)時，處于旋轉(zhuǎn)磁場中的轉(zhuǎn)子導條就會切割磁力線而產(chǎn)生感應電勢和感應電流，感應電流在磁場的作用下產(chǎn)生電磁力和電磁力矩，行成一定的轉(zhuǎn)速n’。二、電機常見問題異步是什么意思？為什么要串連電容？如何合理選擇電容？怎樣合理設定轉(zhuǎn)速？標準化有什么好處？常見噪音與那些因素有關？以及改進存在的問題？如何改變電機轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？因為n1=n時，轉(zhuǎn)子導條相對旋轉(zhuǎn)磁場是靜止的，導條中就不會產(chǎn)生感應電勢和感應電流，電機就不會產(chǎn)生電磁力矩，電機轉(zhuǎn)速就會自然下降。因轉(zhuǎn)子速度始終低于旋轉(zhuǎn)磁場速度，故稱此種電機為“單相異步電動機”。

異步是怎么回事？

異步電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1不等于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n異步為什么要串連電容？

電容和繞組方案共同決定某個轉(zhuǎn)速點是否是圓形旋轉(zhuǎn)磁場圓形旋轉(zhuǎn)磁場是我們追求的目標有電容電機才能啟動電容和匝比之間存在如下關系：

C＝P2/（2π?·2aUm2η）

a為匝比，副相有效匝數(shù)比主相有效匝數(shù)

P2為輸出功率

η為效率如何選擇電容？

有時候受到工藝等限制，需要合理調(diào)整電容，使電機工作在接近圓形旋轉(zhuǎn)磁場電機同步轉(zhuǎn)速：

怎樣合理設定電機轉(zhuǎn)速？

根據(jù)頻率和極數(shù)可以確定同步轉(zhuǎn)速；異步電機轉(zhuǎn)速不能超過同步轉(zhuǎn)速；極數(shù)頻率(Hz)同步轉(zhuǎn)速(RPM)２503000４501500６501000２603600４601800６601200怎樣合理設定電機轉(zhuǎn)速？

電機力矩曲線負載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)，轉(zhuǎn)矩相對影響轉(zhuǎn)速較小6極電機設置轉(zhuǎn)速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機設置轉(zhuǎn)速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz)時比較合理；效率、成本優(yōu)標準化有什么好處？空調(diào)安裝架標準化：庫存少，通用，供應商制作簡單質(zhì)量穩(wěn)定等等對應電機就是端蓋標準化：減少庫存、通用、減少換模調(diào)模時間、質(zhì)量穩(wěn)定端蓋質(zhì)量影響電機噪音標準化可以降成本標準化有什么好處？對于空調(diào)轉(zhuǎn)軸標準化：風葉安裝部位標準通用對電機轉(zhuǎn)軸標準化：減少庫存、通用、減少制作成本、減少轉(zhuǎn)產(chǎn)時間浪費、縮短生產(chǎn)周期標準化可以降成本標準化有什么好處？對于空調(diào)電源線標準化：使用電源線線色、端子連接器可以通用對于電機電源線標準化：減少庫存、通用、減少制作成本、縮短采購周期、縮短生產(chǎn)周期標準化可以降成本常見噪音可能與那些因素有關？整機噪音電機的振動頻率與整機的固有頻率相等或接近時，發(fā)生共振產(chǎn)生的可能原因有那些？槽配合斜槽端蓋轉(zhuǎn)子動不平衡鼠籠轉(zhuǎn)子鑄鋁電機運輸空調(diào)安裝支架、板面太薄，強度不夠電機生產(chǎn)過程中其他常見噪音可能與那些因素有關？很多可能原因如何解決？更改槽配合（受模具限制）更改斜槽（可操作，但與標準化不符）改進端蓋質(zhì)量（受到外協(xié)廠水平、模具限制）改進鑄鋁（受到鑄鋁工藝、設備限制）校驗轉(zhuǎn)子動不平衡（可操作，但影響產(chǎn)能）改進包裝、運輸（范圍有限）控制生產(chǎn)過程（可改善摩擦噪音等不良，范圍有限）改善空調(diào)結構（客戶配合）空調(diào)中使用阻尼等（對整機噪音效果明顯，需客戶配合）其他具體操作又會碰到那些問題常見噪音可能與那些因素有關？整機噪音是一個很復雜的系統(tǒng)問題，不單是電機或空調(diào)的問題對整機噪音，單改善電機不一定會有效，因為對于某種電機來說，電機的固有頻率范圍已經(jīng)確定建議盡量借鑒現(xiàn)有好的空調(diào)結構和電機結構；充分驗證如何改變電機轉(zhuǎn)向？電機出線側看,轉(zhuǎn)向如圖改變轉(zhuǎn)向的方法：主相、副相，反接一相即可改變轉(zhuǎn)向如何改變電機轉(zhuǎn)向？如何改變電機轉(zhuǎn)向？如何調(diào)速？抽頭調(diào)速常見的調(diào)試方法降壓調(diào)速PG調(diào)速抽頭調(diào)速定子槽中放置有主繞組、副繞組及調(diào)速繞組。通過改變調(diào)速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調(diào)整氣隙磁場大小及橢圓度來實現(xiàn)調(diào)速的目的。T型L型T型抽頭調(diào)速優(yōu)點：中、低檔運行繞組溫升低；缺點：電機高檔效率低，主繞組生產(chǎn)時，匝間比例高。L型抽頭調(diào)速優(yōu)點：電機高檔效率高，付繞組匝間比例低；缺點：中、低檔運行繞組溫升較高降壓調(diào)速

降壓調(diào)速方法很多，如串聯(lián)電抗器、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串聯(lián)可控硅調(diào)壓調(diào)速?？照{(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅調(diào)壓調(diào)速?？煽毓枵{(diào)速是改變可控硅導通角的方法，改變電動機端電壓的波形，從而改變了電動機的端電壓的有效值?？煽毓鑼ń铅?=180°時，電機端電壓為額定值，α1＜180°時電壓波形如果實線部分，電機端電壓有效值小于額定值，α1越小，電壓越低。

降壓調(diào)速電機力矩曲線負載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)無反饋調(diào)速，轉(zhuǎn)速波動比較大，不同批產(chǎn)之間的電機、同批次不同電機之間都可能存在較大波動在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化PG調(diào)速塑封PG電機就是可控硅降壓調(diào)速。塑封PG電機的輸入電壓不是直接接到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機上的，其電控的輸出電壓是可調(diào)節(jié)的。調(diào)速是利用電機輸出轉(zhuǎn)矩與電機輸入電壓成近似一次關系，通過改變電機輸入電壓來改變電機的輸出轉(zhuǎn)矩，起到調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的作用，其原理如下：PG調(diào)速在電機的軸上裝有一個磁環(huán)，它一般有6極磁環(huán)及2極磁環(huán)2種。當電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時，磁環(huán)也旋轉(zhuǎn)一圈，磁環(huán)與PG板中的霍爾原件相感應，6極磁環(huán)會在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個脈沖，2極磁環(huán)會輸出1個脈沖，這樣根據(jù)輸出脈沖的數(shù)量就可以知道電機的轉(zhuǎn)速。在電控中設定有廠家預定的轉(zhuǎn)速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉(zhuǎn)速值相比較，當轉(zhuǎn)速偏低時，則提高電控的輸出電壓，當轉(zhuǎn)速偏高時，則降低電控的輸出電壓,這樣通過PG信號的反饋調(diào)節(jié)電控輸出電壓就實現(xiàn)了對電機的平滑調(diào)速。PG調(diào)速是有反饋閉環(huán)調(diào)速，電機轉(zhuǎn)速能準確達到設定的轉(zhuǎn)速三、電機測試室內(nèi)機掛機測試室外機測試電機T-N電機常規(guī)檢驗電機特殊實驗1、室內(nèi)機掛機測試

環(huán)境溫度影響很大擺葉位置調(diào)整使電流功率最大值空調(diào)掛起來后面濾網(wǎng)是否干凈影響很大測試人員站在這里，盡量不要擋住出風1、室內(nèi)機掛機測試

√√×

平放氣流與風阻不同測試轉(zhuǎn)速不準確高30～40轉(zhuǎn)2、室外機測試

風葉上標記，便于測試電腦數(shù)字閃光測試儀與空調(diào)中心成60度角,距離300mm測試人在此位置，盡量不影響出風室外機相對較穩(wěn)定冷熱態(tài)轉(zhuǎn)速不同2、室外機測試－溫升測試

正常測試采用電阻法。溫升測試：必須要等到電機運行穩(wěn)定后測試，通常是2小時或更長★斷電后必須立即堵住電機風扇，不允許電機旋轉(zhuǎn)?！镫姍C斷電后，電機熱電阻降低非?？?，鋁漆包線下降更快，所以通常在5秒內(nèi)將電阻測試完成序號說明1熱電偶測試溫度法測試溫升2有專門的溫升測試儀器測試溫升3測試電阻時一定要斷開電容3、電機T-N與工作區(qū)域

電機力矩曲線負載特性轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)在轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定區(qū)，電機受材料等波動，即使轉(zhuǎn)矩發(fā)生較小變化，轉(zhuǎn)速也會發(fā)生很大變化在轉(zhuǎn)速穩(wěn)定區(qū)，轉(zhuǎn)矩相對影響轉(zhuǎn)速較小6極電機設置轉(zhuǎn)速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機設置轉(zhuǎn)速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz)時比較合理；4、電機常規(guī)檢驗

電阻測試：主、副相電阻空載性能：功率、電流、電容電壓模擬負載：功率、電流、轉(zhuǎn)速絕緣電阻：鐵殼電機大于50MΩ，塑封大于20MΩ噪音、振動低壓啟動：空載0.5倍額定電壓，負載0.85倍額定電壓堵轉(zhuǎn)性能：功率、電流4、電機常規(guī)檢驗

正確旋轉(zhuǎn)檔位電阻測試注意環(huán)境溫度??！電機運轉(zhuǎn)后馬上測試電阻不是冷態(tài)電阻4、電機常規(guī)檢驗

模擬負載測試模擬負載模擬負載只能模擬實際負載的一個點4、電機常規(guī)檢驗

振動測試測試探頭彈性吊架振幅位移（μm）振動速度mm/s測試6個點測試4、電機常規(guī)檢驗

噪音測試耳聽4個探頭正對電機，距離約31.5cm4、電機常規(guī)檢驗

測功測功輸出：效率曲線、T-N曲線、功率曲線、電流曲線4、電機常規(guī)檢驗

堵轉(zhuǎn)測試電機堵轉(zhuǎn)通過熱電偶與測試儀相連，可打印曲線驗證非正常狀態(tài)時的安全性5、電機特殊實驗

其他特殊實驗高、低溫放置試驗高、低溫運行試驗濕熱試驗淋雨試驗跌落試驗運輸試驗響定試驗耐久性試驗浪涌試驗加速壽命試驗四、部分單相異步電機