1、57 單相異步電動機的基本結構和工作原理單相異步電動機的基本結構和工作原理 特點：特點： 1. 為小容量的電動機，從幾瓦到幾百瓦；為小容量的電動機，從幾瓦到幾百瓦； . 2. 由單相交流電源供電的旋轉電機；由單相交流電源供電的旋轉電機； 3. 具有結構簡單、成本低廉、運行可靠等一系列優點。具有結構簡單、成本低廉、運行可靠等一系列優點。 所以單相異步電動機被廣泛用于所以單相異步電動機被廣泛用于電風扇電風扇、洗衣機洗衣機、電唱機電唱機、吸吸塵器塵器、醫療器械醫療器械及及自動控制裝置自動控制裝置中。中。一、一、 單相異步電動機的磁場單相異步電動機的磁場 單相異步電動機的定子繞組為單相，轉子一般為鼠籠

2、式單相異步電動機的定子繞組為單相，轉子一般為鼠籠式 。 當接入單相交流電源時，它在定、轉子氣隙中產生一個當接入單相交流電源時，它在定、轉子氣隙中產生一個如圖所如圖所示示的脈動磁場。的脈動磁場。 由上可見：由上可見： 此磁場在空間并不旋轉，此磁場在空間并不旋轉，只是磁通或磁感應強度的大小只是磁通或磁感應強度的大小隨時間作正弦變化，隨時間作正弦變化， 即即 tsinBBm 在電機系統中，常把磁通大小隨時間做正弦變化的磁場稱在電機系統中，常把磁通大小隨時間做正弦變化的磁場稱脈動脈動磁場磁場，其磁場曲線，其磁場曲線如圖如圖(a)所示所示 可以證明，一個空間軸線固定而大小按正弦規律變化的脈動磁可以證明，

3、一個空間軸線固定而大小按正弦規律變化的脈動磁場（用磁感應強度場（用磁感應強度B表示），可以分解成兩個轉速相等而方向相反表示），可以分解成兩個轉速相等而方向相反的旋轉磁場的旋轉磁場 和和 ，如圖（，如圖（b）所示，磁感應強度的大小為：）所示，磁感應強度的大小為：1mB2mB221/BBBmmm 兩個旋轉磁場的同步轉速為：兩個旋轉磁場的同步轉速為： pfn600 如果僅有一個單相繞組，則在通電前轉子原來是靜止的，通電如果僅有一個單相繞組，則在通電前轉子原來是靜止的，通電后轉子仍將靜止不動。后轉子仍將靜止不動。 兩個旋轉磁場分別作用于鼠籠式轉子而產生兩個方向相反的轉兩個旋轉磁場分別作用于鼠籠式轉子而

4、產生兩個方向相反的轉矩，矩，如圖所示如圖所示。 若此時用手拔動它，轉子便順著拔動方向轉動起來，最后達到若此時用手拔動它，轉子便順著拔動方向轉動起來，最后達到穩定運行狀態。穩定運行狀態。 單相單相 異步電動機沒有異步電動機沒有啟動能力啟動能力，但一經推動后，它卻能轉動起，但一經推動后，它卻能轉動起來。來。 由此可得出結論：由此可得出結論： （1）在脈動磁場作用下的單相異步電動機沒有啟動能力，即啟）在脈動磁場作用下的單相異步電動機沒有啟動能力，即啟動轉矩為零；動轉矩為零； （2）單相異步電動機一旦啟動，它能自行加速到穩定運行狀態，）單相異步電動機一旦啟動，它能自行加速到穩定運行狀態，其旋轉方向不固

5、定，完全取決于啟動時的旋轉方向。其旋轉方向不固定，完全取決于啟動時的旋轉方向。 因此，要解決單相異步電動機的應用問題，首先必須解決它的因此，要解決單相異步電動機的應用問題，首先必須解決它的啟動轉矩問題。啟動轉矩問題。 二、單相異步電動機的啟動方法二、單相異步電動機的啟動方法 單相異步電動機在啟動時若能產生一個旋轉磁場，就可以建立單相異步電動機在啟動時若能產生一個旋轉磁場，就可以建立啟動轉矩而自行啟動，下面介紹常見的單相異步電動機。啟動轉矩而自行啟動，下面介紹常見的單相異步電動機。 電容分相式異步電動機電容分相式異步電動機 如圖所示如圖所示為電容分相式為電容分相式異步電動機的接線原理圖。異步電動

6、機的接線原理圖。 當選擇參數使當選擇參數使BY繞組中的電流在相位上超前繞組中的電流在相位上超前AX繞組中的電流繞組中的電流900時，通電后能在定、轉子氣隙內產生一個旋轉磁場，時，通電后能在定、轉子氣隙內產生一個旋轉磁場，如圖所示如圖所示： 在此旋轉磁場作用下，鼠籠轉子將跟著旋轉磁場一起旋轉。在此旋轉磁場作用下，鼠籠轉子將跟著旋轉磁場一起旋轉。 若在啟動繞組若在啟動繞組BY支路中，接入支路中，接入一離心開關一離心開關QC，如圖所示。電動機，如圖所示。電動機啟動后，當轉速達到額定值附近時，啟動后，當轉速達到額定值附近時，借離心力的作用，將借離心力的作用，將QC打開，此后打開，此后電動機就成為單相運

7、行了，此種結電動機就成為單相運行了，此種結構型式的電動機，稱為電容分相式構型式的電動機，稱為電容分相式電動機。也可不用離心開關，即在電動機。也可不用離心開關，即在運行時并不切斷電容支路。運行時并不切斷電容支路。 值得指出，欲使電動機反值得指出，欲使電動機反轉，不能像三相異步電動機那轉，不能像三相異步電動機那樣掉換兩根電源線來實現，必樣掉換兩根電源線來實現，必須以掉換電容器須以掉換電容器C的串聯位置的串聯位置來實現，來實現，如圖所示如圖所示，即改變，即改變QB的接通位置，就可改變旋轉磁的接通位置，就可改變旋轉磁場的方向，從而實現電動機的場的方向，從而實現電動機的反轉。洗衣機中的電動機，就反轉。洗

8、衣機中的電動機，就是靠定時器中的自動轉換開關是靠定時器中的自動轉換開關來實現這種切換的。來實現這種切換的。48 同步電動機的基本結構和工作原理同步電動機的基本結構和工作原理一、同步電動機的基本結構一、同步電動機的基本結構 定子定子：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對稱繞：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對稱繞組，并通有對稱三相交流電流）、機座以及端蓋等主要部件組成組，并通有對稱三相交流電流）、機座以及端蓋等主要部件組成 轉子轉子：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵磁繞組、特別設置：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵磁繞組、特別設置的鼠籠型啟動繞組、電刷以及集電環等主要部件。的鼠

9、籠型啟動繞組、電刷以及集電環等主要部件。 同步電動機按同步電動機按轉子主磁極的形狀轉子主磁極的形狀分為隱極式和凸極分為隱極式和凸極式兩種，它們的結式兩種，它們的結構構如圖所示。如圖所示。 二、同步電動機的工作原理和運行特性二、同步電動機的工作原理和運行特性 1工作原理工作原理 同步電動機的基本工作原理可用同步電動機的基本工作原理可用下圖下圖來說明。來說明。 電樞繞組通以對稱三相交流電流后，氣隙中便產生一電樞旋轉電樞繞組通以對稱三相交流電流后，氣隙中便產生一電樞旋轉磁場，其旋轉速度為同步轉速磁場，其旋轉速度為同步轉速pfn600 在轉子勵磁繞組中通以直流電流后，在轉子勵磁繞組中通以直流電流后，同

10、一空氣隙中，又出現一個大小和極性固同一空氣隙中，又出現一個大小和極性固定、極對數與電樞旋轉磁場相同的直流勵定、極對數與電樞旋轉磁場相同的直流勵磁磁場。這兩個磁場的相互作用，使轉子磁磁場。這兩個磁場的相互作用，使轉子被電樞旋轉磁場拖著以同步轉速一起旋轉，被電樞旋轉磁場拖著以同步轉速一起旋轉，即即“同步同步”電動機也由此而得名。電動機也由此而得名。 2機械特性機械特性 在電源頻率在電源頻率f 與電動機轉子極對數與電動機轉子極對數p為一定的情況下，轉子的轉為一定的情況下，轉子的轉速為一常數，速為一常數，n=n0，因此同步電動機具有恒定轉速的特性，它的運，因此同步電動機具有恒定轉速的特性，它的運轉速度

11、是不隨負載轉矩而變化的。同步電動機的機械特性轉速度是不隨負載轉矩而變化的。同步電動機的機械特性如圖所示如圖所示。 三、同步電動機的啟動三、同步電動機的啟動 同步電動機雖具有功率因數可以調節的優點同步電動機雖具有功率因數可以調節的優點,但卻沒有像異步電但卻沒有像異步電動機那樣得到廣泛應用，這不僅是由于它的結構復雜、價格貴，而動機那樣得到廣泛應用，這不僅是由于它的結構復雜、價格貴，而且它的啟動困難。且它的啟動困難。如圖所示如圖所示 ： 為了啟動同步電動機，采用了異步啟動法，即在轉子磁極的極為了啟動同步電動機，采用了異步啟動法，即在轉子磁極的極掌上裝有和鼠籠繞組相似的啟動繞組，掌上裝有和鼠籠繞組相似

12、的啟動繞組，如圖所示如圖所示。 啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以啟動時先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產生旋轉磁場。產生旋轉磁場。 等轉速接近同步轉速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，等轉速接近同步轉速時，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產生固定磁極的磁場，在定子旋轉磁場與轉子磁場的相互作用下，產生固定磁極的磁場，在定子旋轉磁場與轉子磁場的相互作用下，便可把轉子拉入同步。便可把轉子拉入同步。 同步電動機異同步電動機異步啟動法原理接線步啟動法原理接線圖圖如圖所示如圖所示。 啟動步驟如下：啟動步驟如下： 1）勵磁電路的轉換開關）勵磁電路的轉換開關QB投合到投合到

13、1的位置，使勵磁繞組與直的位置，使勵磁繞組與直流電源斷開，直接通過變阻器構成閉合回路以免啟動時歷次繞組受流電源斷開，直接通過變阻器構成閉合回路以免啟動時歷次繞組受旋轉磁場的作用產生較高的感應電勢，發生危險；旋轉磁場的作用產生較高的感應電勢，發生危險； 2）按鼠籠式異步電動機的方法啟動，給同步電動機的定子繞）按鼠籠式異步電動機的方法啟動，給同步電動機的定子繞組加上額定電壓，時轉子轉速升高到接近同步轉速。必要時可采用組加上額定電壓，時轉子轉速升高到接近同步轉速。必要時可采用降壓啟動；降壓啟動； 3）將勵磁電路轉換開關）將勵磁電路轉換開關QB投合到投合到2的位置，勵磁繞組與直流的位置，勵磁繞組與直流

14、電源接通，轉子上形成固定磁極，并很快被旋轉磁場拖入同步；電源接通，轉子上形成固定磁極，并很快被旋轉磁場拖入同步； 4）用變阻器調節勵磁電流，使同步電動機的功率因數調節到）用變阻器調節勵磁電流，使同步電動機的功率因數調節到要求數值。要求數值。 四、同步電動機的特點四、同步電動機的特點 1. 由于同步電動機的是雙重勵磁和異步啟動，故它的結構復雜；由于同步電動機的是雙重勵磁和異步啟動，故它的結構復雜； 2. 由于需要直流電源、啟動以及控制設備，故它的一次性投入由于需要直流電源、啟動以及控制設備，故它的一次性投入要比異步電動機高得多；要比異步電動機高得多； 3. 同步電動機具有運行速度恒定、功率因數可調、運行效率高同步