《电子电路》课件:单相异步电动机.ppt
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- 电子电路 课件 单相 异步电动机
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1、 洗衣机洗衣机电机电机油烟机油烟机电机电机电动车电动车电机电机家用空家用空调电机调电机下一页下一页上一页上一页 优点:结构简单,成本低廉,噪音小。优点:结构简单,成本低廉,噪音小。 缺点:与同容量三相感应电动机相比较,体积较大,功率缺点:与同容量三相感应电动机相比较,体积较大,功率因数及过载能力都较低。因数及过载能力都较低。故单相感应电动机只能作成小容量:故单相感应电动机只能作成小容量: 微型:几瓦微型:几瓦750瓦;瓦; 小型:小型:550瓦瓦3700瓦。瓦。 与三相感应电动机相似,包括定子和转子两大部分。转子与三相感应电动机相似,包括定子和转子两大部分。转子结构都是笼型的,定子铁心由硅钢片
2、叠压而成。定子铁心上嵌结构都是笼型的,定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心上嵌有定子绕组。有定子绕组。 单相感应电动机正常工作时,一般只需要单相绕组即可,单相感应电动机正常工作时,一般只需要单相绕组即可,但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场,单相运但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场,单相运行的电动机没有起动转矩。行的电动机没有起动转矩。 为使电动机能自行起动和改善运行性能,除工作绕组(又为使电动机能自行起动和改善运行性能,除工作绕组(又称主绕组)外,在定子上还安装一个辅助的起动绕组(又称副称主绕组)外,在定子上还安装一个辅助的起动绕组(又称副绕组)。两个绕组在空间相距绕组)
3、。两个绕组在空间相距900或一定的电角度。或一定的电角度。单相异步电动机单相异步电动机一、一、 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理结构:结构:定子放单相绕组(其中通定子放单相绕组(其中通220V单相交流电)单相交流电) 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子定子定子绕组绕组1it220V1i NS 当定子绕组产生的合成磁场增加时,根据右手螺旋定则当定子绕组产生的合成磁场增加时,根据右手螺旋定则和左手定则,可知转子导条左、右受力大小相等方向相反和左手定则,可知转子导条左、右受力大小相等方向相反,所以没有起动转矩。,所以没有起动转矩。在电流正半周在电流正半周在电流负半周
4、在电流负半周?转子借助其它力量转动后,外力去除后仍按原方转子借助其它力量转动后,外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。其原理分析如下:其原理分析如下: 定子绕组产生的脉动磁场(定子绕组产生的脉动磁场( ),可用正、反两个),可用正、反两个旋转磁场合成而等效。即:旋转磁场合成而等效。即:- + -t m = + -= m/2脉动磁场的分解脉动磁场的分解 - + + - 02s121ss1T2T正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩s起动转矩起动转矩为零。为零。01s22s21s(正向)(正向)(反向)(反向)正正转转转转反反分析:分析:1 1)转子静止时,
5、)转子静止时,n=0,S=1n=0,S=1,合成转矩为,合成转矩为0 0。单。单相感应电动机无起动转矩,故单相异步电动机相感应电动机无起动转矩,故单相异步电动机不能自行起动。三相异步电动机电源断一相,不能自行起动。三相异步电动机电源断一相,相当于一台单相异步电动机,故不能起动。相当于一台单相异步电动机,故不能起动。分相式单相异步电动机起动的必要条件方法分相式单相异步电动机起动的必要条件方法: : 定子具有空间不同相位的两套绕组。定子具有空间不同相位的两套绕组。 两套绕组中通入不同相位的交流电流。两套绕组中通入不同相位的交流电流。 通常可取两种方法:通常可取两种方法: 副绕组中串入适当电阻。副绕
6、组中串入适当电阻。 副绕组采用的导线比主绕组的截面细,匝数副绕组采用的导线比主绕组的截面细,匝数比主绕组少比主绕组少 。电容分相式起动电容分相式起动二、单相异步电动机的起动二、单相异步电动机的起动KDU1I2ICWSTW: 主绕组(工作绕组)主绕组(工作绕组)ST:启动绕组:启动绕组K:离心开关:离心开关AXAXWSTAXAXKDU1I2ICWSTU1I2I12接近接近90电容分相式单相异步电容分相式单相异步 电动机起动原理电动机起动原理1it2i 45t 0 t ABBAo0 t ABBA 90t 0 t ABBA两相旋转磁场两相旋转磁场动画动画450900iBiAmIit O启动时开关启动
7、时开关K闭合,使两绕组电流相位差约闭合,使两绕组电流相位差约为为90,从而产生旋转磁场,电机转起来;,从而产生旋转磁场,电机转起来;转动正常以后离心开关被甩开,启动绕组被转动正常以后离心开关被甩开,启动绕组被切断,而电机仍按原方向继续转动。切断,而电机仍按原方向继续转动。工作原理工作原理KDU1I2ICWSTAXAXABBiAiBA 12 将开关将开关S合在位置合在位置1,电容,电容C与与B绕组串联,电流绕组串联,电流 iB较较iA超前近超前近90 ;当将;当将S切换到位置切换到位置2,电容,电容C与与A绕组串联,电流绕组串联,电流iA 较较iB 超超前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就
8、改变了旋转磁场的转向,从而实现电动机的场的转向,从而实现电动机的反转。反转。i 1 2定子定子绕组绕组鼠笼式鼠笼式转子转子短路短路环环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时,产生了一部流过定子绕组时,产生了一部分磁分磁通通 1 ,同时产生的另一部分磁通与短路环,同时产生的另一部分磁通与短路环作用作用生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路环中感应电流的。由于短路环中感应电流的阻碍阻碍作用,使得作用,使得 2在相位上滞后在相位上滞后 1 ,从而在电,从而在电动机动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场,使转子获得所需的起动转矩。磁场,使转子获得所
9、需的起动转矩。 罩极式单相电机罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后,部分磁定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋磁通有了相位差,从而形成旋转磁场,使转子转起来。转磁场,使转子转起来。 图中电机的转动方向:顺时针图中电机的转动方向:顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。磁通领先。
10、 单相异步电动机的功率小,主要制成小型电机。它的应用单相异步电动机的功率小,主要制成小型电机。它的应用非常广泛,如家用电器(洗衣机、电冰箱、电风扇)、电动非常广泛,如家用电器(洗衣机、电冰箱、电风扇)、电动工具(如手电钻)、医用器械、自动化仪表等。工具(如手电钻)、医用器械、自动化仪表等。 三、单相电机的使用三、单相电机的使用 三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中,若其中一相和电三相异步电动机在运行过程中,若其中一相和电源断开,则变成单相运行。此时和单相电机一样,源断开,则变成单相运行。此时和单相电机一样,电机仍会按原来方向运转。但若负载不变,三相供电机
11、仍会按原来方向运转。但若负载不变,三相供电变为单相供电,电流将变大,导致电机过热。使电变为单相供电,电流将变大,导致电机过热。使用中要特别注意这种现象;三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象;三相异步电动机若在启动前有一相断电,和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电,和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声,长时间启动不了,也会过热,时只能听到嗡嗡声,长时间启动不了,也会过热,必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。 同步电机的主要结构同步电机的主要结构 与感应电机一样,同步电机也是由定子与感应电机一样,同步电机也是由定子及转子两大部分所组成,定子上有三相及转子两大部分所组成,定子上有
12、三相交流绕组;转子上则有励磁绕组,通入交流绕组;转子上则有励磁绕组,通入直流电流后,能产生磁场。直流电流后,能产生磁场。 定子:定子: 同步电机的定子有时也称为电枢,由定同步电机的定子有时也称为电枢,由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。部件所组成。 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于直径大于1m时,由于材料标准尺寸的限时,由于材料标准尺寸的限制,必须做成制,必须做成 扇形冲片,然后按圆周拼扇形冲片,然后按圆周拼合起来叠装而成。合起来叠装而
13、成。 如图所示:如图所示:转子:转子: 同步电机的转子有两种结构型式,即凸极同步电机的转子有两种结构型式,即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。隙的分布情况来定义的。见图:见图:1)凸极式:有上图可见,转子有明显的突出的)凸极式:有上图可见,转子有明显的突出的磁极,气隙分布不均匀。磁极,气隙分布不均匀。2)隐极式:转子作成圆柱形,气隙均匀分布。)隐极式:转子作成圆柱形,气隙均匀分布。 区别:对于高速旋转区别:对于高速旋转 的同步电机,在转子结构的同步电机,在转子结构上,我们采用隐极式,而对于低速旋转的电机上,我们采用隐极式,而对于低速旋
14、转的电机,由于转子的圆周速度较低,离心力较小,故,由于转子的圆周速度较低,离心力较小,故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动,故前者称为汽轮发电机,后者称动机来拖动,故前者称为汽轮发电机,后者称为水轮发电机。为水轮发电机。汽轮发电机:转速高,采用隐极式。汽轮发电机:转速高,采用隐极式。水论发电机:转速低,采用凸极式。水论发电机:转速低,采用凸极式。 12.2.3 冷却问题简述冷却问题简述 : 在中、小型电机中,都采用空气作为冷却介质在中、小型电机中,都
15、采用空气作为冷却介质。当电机的容量很大时,电机内部的损耗及发。当电机的容量很大时,电机内部的损耗及发热量迅速增加,冷却问题显得格外重要,此时热量迅速增加,冷却问题显得格外重要,此时必须加强通风或采用其他的冷却方式。必须加强通风或采用其他的冷却方式。 1)在大型汽轮发电机中,为了提高其冷却效)在大型汽轮发电机中,为了提高其冷却效率,往往用氢气冷却,是氢气与空气混合后,率,往往用氢气冷却,是氢气与空气混合后,有爆炸危险,必须有一套控制设备来保证外界有爆炸危险,必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部。空气不会渗入到电机内部。 目前在更大容量的发电机中,可以采用导线内目前在更大容量的发电机
16、中,可以采用导线内部直接冷却。例如采用空心导体(如图),冷部直接冷却。例如采用空心导体(如图),冷却介质直接在导体中流通而把热量带走,这样却介质直接在导体中流通而把热量带走,这样能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介能更有效地降低电机的温升。所采用的冷却介质一般有氢气质一般有氢气 及水等。及水等。 同步电机的额定值同步电机的额定值同步电机的额定值有:同步电机的额定值有:1)额定电压:)额定电压:是指在正常运行时,按照制是指在正常运行时,按照制造厂的规定,定子三相绕组上的造厂的规定,定子三相绕组上的线电压线电压。电压的单位用。电压的单位用V V或或kVkV表示。表示。2 2)额定电流:)额定电
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