上交大《电机与拖动》教学资源 教学课件 第六章 其他用途的电动机.pptxVIP

第六章 其他用途的电动机 在拖动系统中，除了直流电动机和三相异步电动机外，还有其他各种用途的电动机。本章主要介绍一些常用的或新颖的其他用途的电动机，如单相异步电动机、同步电动机、直线电动机，这些电动机应用于电风扇、大型鼓风机、磁悬浮高速列车、电动汽车等方面，以适应生产和日常生活中的各种需要。 单相异步电动机 1 单相异步电动机是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小、使用方便、运行可靠等优点，因此广泛用于工业、农业、医疗和家用电器（如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调等同容量的三相异步电动机相比，体积较大，运行性能较差，因此，单相异步电动机一般只制成小容量的电动机，功率从几瓦到几千瓦。单相异步电动机在家用电器中的应用特别广泛，与人们的生活密切相关。单相异步电动机的结构如图 6-1 所示。 一、单相异步电动机的工作原理和机械特性 当单相正弦交流电通入定子单相绕组时，就会在绕组轴线方向上产生一个大小和方向交变的磁场，如图 6-2 所示。这种磁场的空间位置不变，其幅值在时间上随交变电流按正弦规律变化，具有脉动特性，因此称为脉动磁场，如图 6-3（a）所示。单相异步电动机中的磁场是一个脉动磁场，不同于三相异步电动机中的旋转磁场。为了便于分析，这个脉动磁场可以分解为大小相等、方向相反的两个旋转磁场，如图 6-3（b）所示。它们分别在转子中感应出大小相等、方向相反的电动势和电流。 两个旋转磁场作用于笼型转子的导体中将产生两个方向相反的电磁转矩 T + 和 T -，合成后得到单相异步电动机的机械特性，如图 6-4 所示。图中，T + 为正向转矩，由旋转磁场 Bm1 产生；T - 为反向转矩，由反向旋转磁场 Bm2 产生；T 为单相异步电动机的合成转矩。 由图 6-4 可知，单相异步电动机一相绕组通电的机械特性有如下特点。 （1）当 n=0 时，T + =T -，合成转矩 T=0，即单相异步电动机的启动转矩为零，不能自行启动。 （2）当 n0 时，T0 ；n0 时，T0，即电动机的转向取决于初速度的方向。当外力给转子一个正向的初速度后，电动机就会继续正向旋转；而外力给转子一个反向的初速度时，电动机就会反转。 （3）由于转子中存在着方向相反的两个电磁转矩，因此理想空载转速 n0 小于旋转磁场的转速 n1。与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机额定转速略低，过载能力、效率和功率因数也较低。 二、单相异步电动机的启动 单相异步电动机由于启动转矩为零，所以不能自行启动。为了解决单相异步电动机的启动问题，可在电动机的定子中加装一个启动绕组。如果工作绕组与启动绕组对称，即匝数相等，空间互差 90°电角度，通入相位差 90°的两相交流电，则可在气隙中产生旋转磁场，转子就能自行启动，如图 6-5 所示。转动后的单相异步电动机，断开启动绕组后仍可继续工作。上述启动方法称为单相异步电动机的分相启动，即把单相交流电“裂变”为两相交流电，从而在单相异步电动机内部建立一个旋转磁场。 三、单相异步电动机的分类 单相异步电动机的启动绕组和工作绕组由同一单相交流电源供电，把这两个绕组中电流的相位分开是很重要的。单相异步电动机根据分相的方法不同可分为单相电阻启动异步电动机、单相电容启动异步电动机、单相电容运行异步电动机、单相电容启动与运行异步电动机、单相罩极式异步电动机等。 1. 单相电阻启动异步电动机 图 6-6 为单相电阻启动异步电动机的原理图。单相电阻启动异步电动机的启动绕组匝数少、导线细，工作绕组匝数多、导线粗。 两个绕组并联接在同一交流电源时，会流过不同相位的电流，启动绕组电流 I2 超前工作绕组电流 I1 一个电角度，从而产生旋转磁场，获得启动转矩。当转速上升后，自动断开启动绕组，实行单相运行。单相电阻启动异步电动机常用于电冰箱的压缩机电动机中。为了增大启动绕组电流 I2 与工作绕组电流 I1 的相位差，启动绕组在绕制时，往往会反绕若干匝，以便减少有效匝数，达到减小电抗、增大电阻的目的。修理电动机时特别要注意这种情况，以免无法启动。 2. 单相电容启动异步电动机 如果在启动绕组中串入一个电容，就构成了单相电容启动异步电动机，其原理图如图 6-7 所示。由于电容的作用，启动绕组中的电流 I2 超前工作绕组电流 I1 一定的相位。当电容量合适时，可使相位差接近 90°，这样可使电动机在启动时获得最佳的旋转磁场。所以这种单相异步电动机的启动转矩较大，启动电流较小，启动性能最好，适用于各种满载启动的机械，如小型空气压缩机、木工机械等，在部分电冰箱压缩机中也有采用。 上述两种电动机在启动过程接近结束时，离心开关 S 自动断开启动绕组，只留下工作绕组继续通电，工作在单相运行状态。由于启动绕组工作时间短，所以按短时工作制设计，线径较细，不