1、單相異步電動機基礎知識2009年5月26日 第1頁，共64頁。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第2頁，共64頁。一、電機基本原理電機定義、種類安培環路定律、電磁感應定律、電磁力定理脈振磁場、圓形旋轉磁場、橢圓旋轉磁場單相異步電機如何轉起來第3頁，共64頁。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？如何改變電機轉向？如何調速？第4頁，共64頁。三、電機測試室內機掛機測試室外機測試電機T-N電機常規檢驗電機特殊實驗第5頁，共64頁。四、部分單相異步電

2、機相關標準部分國家標準第6頁，共64頁。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，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磁是橋梁能量守恒第7頁，共64頁。空調中電機分類空調中使用的電機有：單相電容運轉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SinglePhase Asynchronous Motor ：電阻起動電容起動恒電容起動運轉變電容起動運轉罩極起動第8頁，共64頁。能量怎樣轉化電生磁磁生電磁、電生力第9頁，共64頁。電生磁通電導線產生磁場變化電流產生變化磁場右手螺旋法則IH第10頁，共64頁。沿任一條

3、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-安培環路定律）第11頁，共64頁。 本定律闡述磁通變化產生感生電勢的規律。變化磁通產生的感應電勢： 式中W與磁通相交鏈的線圈匝數 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第12頁，共64頁。 當導線在磁場中運動并切割磁力線時，導體中產生感應電動勢 ： 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第13頁，共64頁。磁、電生力電磁力定律 當磁場與載流導體互相成角時，作用在導體上的電磁力為:F=BIL*s

4、in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第14頁，共64頁。 在質量不變的物理系統中，能量總是守恒的，能量既不能憑空產生，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+轉換為熱能的能量損耗+機械能的輸出式中：轉換為熱能的能量損耗主要包括三部分（1）定、轉子繞組銅耗； （2）交變磁通在鐵芯中的鐵耗 （3）通風、摩擦產生的機械損耗能量守恒原理第15頁，共64頁。旋轉磁場 對稱的多項繞組通對稱的多項電流時，產生圓形旋轉磁場 實際是橢圓形旋轉磁場單相繞組可產生脈振磁場第16頁，共64頁

5、。 由于單相繞組產生的是脈振磁場，電機沒有起動轉矩，不能起動，如下圖表示：旋轉磁場單相繞組產生脈振磁勢，電機不能啟動第17頁，共64頁。 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，產生圓形旋轉磁勢和磁場，從下圖表示：旋轉磁場第18頁，共64頁。單相單相異步電容運轉電機中的單相不是指單相繞組單相指單相電源第19頁，共64頁。 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、匝數分布規律各不相同，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）。副繞組鐵串聯電容后接入電源。結構原理如下圖：兩相繞組

6、第20頁，共64頁。單相電容運轉異步電動機主繞組M與副繞組A的軸線在空間相隔90電角度副繞組串聯一個電容C再與工作繞組并接于電源第21頁，共64頁。 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生在空間旋轉的圓形旋轉磁勢和磁場，如下圖：單相電機的旋轉磁場 對稱兩相繞組通對稱兩相電流時，產生圓形旋轉磁場第22頁，共64頁。單相電容運轉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產生橢圓形旋轉磁場兩項繞組通兩項電流可以產生旋轉磁場第23頁，共64頁。 可見對稱兩相繞組通入對稱兩相電流產生的旋轉磁勢與三相電機產生旋

7、轉磁勢一樣。其旋轉速度與電源頻率和電機極數有關： 單相異步電動機基本原理同步轉速第24頁，共64頁。 在單相電機的轉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速度旋轉時，處于旋轉磁場中的轉子導條就會切割磁力線而產生感應電勢和感應電流，感應電流在磁場的作用下產生電磁力和電磁力矩，行成一定的轉速n。第25頁，共64頁。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？如何改變電機轉向？如何調速？第26頁，共64頁。 因為n1= n時，轉子導條相對旋轉磁場是靜

8、止的，導條中就不會產生感應電勢和感應電流，電機就不會產生電磁力矩，電機轉速就會自然下降。因轉子速度始終低于旋轉磁場速度，故稱此種電機為“單相異步電動機”。 異步是怎么回事？異步電機轉子轉速n1不等于旋轉磁場轉速n異步第27頁，共64頁。為什么要串連電容？電容和繞組方案共同決定某個轉速點是否是圓形旋轉磁場圓形旋轉磁場是我們追求的目標有電容電機才能啟動第28頁，共64頁。電容和匝比之間存在如下關系：C P2 /（22aUm2）a為匝比，副相有效匝數比主相有效匝數P2為輸出功率為效率如何選擇電容？有時候受到工藝等限制，需要合理調整電容，使電機工作在接近圓形旋轉磁場第29頁，共64頁。電機同步轉速：

9、怎樣合理設定電機轉速？ 根據頻率和極數可以確定同步轉速；異步電機轉速不能超過同步轉速；極數頻率(Hz)同步轉速(RPM)503000501500501000603600601800601200第30頁，共64頁。怎樣合理設定電機轉速？電機力矩曲線負載特性轉速穩定區轉速不穩定區在轉速不穩定區，電機受材料等波動，即使轉矩發生較小變化，轉速也會發生很大變化在轉速穩定區，轉矩相對影響轉速較小6極電機設置轉速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機設置轉速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz) 時比較合理；效率、成本

10、優第31頁，共64頁。標準化有什么好處？空調安裝架標準化：庫存少，通用，供應商制作簡單質量穩定等等對應電機就是端蓋標準化：減少庫存、通用、減少換模調模時間、質量穩定端蓋質量影響電機噪音標準化可以降成本第32頁，共64頁。標準化有什么好處？對于空調轉軸標準化：風葉安裝部位標準通用對電機轉軸標準化：減少庫存、通用、減少制作成本、減少轉產時間浪費、縮短生產周期標準化可以降成本第33頁，共64頁。標準化有什么好處？對于空調電源線標準化：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、縮短生產周期標準化可以降成本第34頁，共64頁。常見噪音可能與那些因

11、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，發生共振產生的可能原因有那些？槽配合斜槽端蓋轉子動不平衡鼠籠轉子鑄鋁電機運輸空調安裝支架、板面太薄，強度不夠電機生產過程中其他第35頁，共64頁。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）改進端蓋質量（受到外協廠水平、模具限制）改進鑄鋁（受到鑄鋁工藝、設備限制）校驗轉子動不平衡（可操作，但影響產能）改進包裝、運輸（范圍有限）控制生產過程（可改善摩擦噪音等不良，范圍有限）改善空調結構（客戶配合）空調中使用阻尼等（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

12、第36頁，共64頁。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問題，不單是電機或空調的問題對整機噪音，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確定建議盡量借鑒現有好的空調結構和電機結構；充分驗證第37頁，共64頁。如何改變電機轉向？電機出線側看,轉向如圖改變轉向的方法：主相、副相，反接一相即可改變轉向第38頁，共64頁。如何改變電機轉向？第39頁，共64頁。如何改變電機轉向？第40頁，共64頁。如何調速？抽頭調速常見的調試方法降壓調速PG調速第41頁，共64頁。抽頭調速定子槽中放置有主繞組、副繞組及調速繞組。通過改變調速繞組與主、副繞組的聯接方式，調整氣

13、隙磁場大小及橢圓度來實現調速的目的。T型L型T型抽頭調速優點：中、低檔運行繞組溫升低；缺點：電機高檔效率低，主繞組生產時，匝間比例高。L型抽頭調速優點：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第42頁，共64頁。降壓調速 降壓調速方法很多，如串聯電抗器、串聯電容、自耦變壓器和串聯可控硅調壓調速。空調中最常用的調壓調速是可控硅調壓調速。 可控硅調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。可控硅導通角1=180時，電機端電壓為額定值，1180時電壓波形如果實線部分，電機端電壓有效值小于額定值，1越小，電壓越低。 第43頁，共64頁

14、。降壓調速電機力矩曲線負載特性轉速穩定區轉速不穩定區無反饋調速，轉速波動比較大，不同批產之間的電機、同批次不同電機之間都可能存在較大波動在轉速不穩定區，電機受材料等波動，即使轉矩發生較小變化，轉速也會發生很大變化第44頁，共64頁。PG調速塑封PG電機就是可控硅降壓調速。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節的。調速是利用電機輸出轉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矩，起到調節電機轉速的作用，其原理如下：第45頁，共64頁。PG調速在電機的軸上裝有一個磁環，它一般有6極磁環及2極磁環2種。

15、當電機轉子旋轉一圈時，磁環也旋轉一圈，磁環與PG板中的霍爾原件相感應，6極磁環會在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個脈沖，2極磁環會輸出1個脈沖，這樣根據輸出脈沖的數量就可以知道電機的轉速。在電控中設定有廠家預定的轉速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉速值相比較，當轉速偏低時，則提高電控的輸出電壓，當轉速偏高時，則降低電控的輸出電壓,這樣通過PG信號的反饋調節電控輸出電壓就實現了對電機的平滑調速。PG調速是有反饋閉環調速，電機轉速能準確達到設定的轉速第46頁，共64頁。三、電機測試室內機掛機測試室外機測試電機T-N電機常規檢驗電機特殊實驗第47頁，共64頁。1、室內機掛機測試環境溫度影響很大

16、擺葉位置調整使電流功率最大值空調掛起來后面濾網是否干凈影響很大測試人員站在這里，盡量不要擋住出風第48頁，共64頁。1、室內機掛機測試 平放氣流與風阻不同測試轉速不準確高3040轉第49頁，共64頁。2、室外機測試風葉上標記，便于測試電腦數字閃光測試儀與空調中心成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定冷熱態轉速不同第50頁，共64頁。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。電機斷電后，電機熱電阻降低非常快，鋁漆包線下降更快，所以通常在5秒內將電阻測試完成序號

17、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第51頁，共64頁。3、電機T-N與工作區域 電機力矩曲線負載特性轉速穩定區轉速不穩定區在轉速不穩定區，電機受材料等波動，即使轉矩發生較小變化，轉速也會發生很大變化在轉速穩定區，轉矩相對影響轉速較小6極電機設置轉速為800-860RPM(50Hz)或950-1050RPM(60Hz)時比較合理；4極電機設置轉速為1200-1300RPM(50Hz)或1450-1550RPM(60Hz) 時比較合理；第52頁，共64頁。4、電機常規檢驗 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、

18、轉速絕緣電阻：鐵殼電機大于50M，塑封大于20M噪音、振動低壓啟動：空載0.5倍額定電壓，負載0.85倍額定電壓堵轉性能：功率、電流第53頁，共64頁。4、電機常規檢驗 正確旋轉檔位電阻測試注意環境溫度！電機運轉后馬上測試電阻不是冷態電阻第54頁，共64頁。4、電機常規檢驗 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第55頁，共64頁。4、電機常規檢驗 振動測試測試探頭彈性吊架振幅位移（m）振動速度mm/s測試6個點第56頁，共64頁。測試4、電機常規檢驗 噪音測試耳聽4個探頭正對電機，距離約31.5cm第57頁，共64頁。4、電機常規檢驗 測功測功輸出：效率曲線、T-N曲線、功率曲線、電流曲線第58頁，共64頁。4、電機常規檢驗 堵轉測試電機堵轉通過熱電偶與測試儀相連，可打印曲線驗證非正常狀態時的安全性第59頁，共64頁。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