单相交流电动机（精选7篇）

单相交流电动机 第1篇

电动机按用电类型分为交流电机和直流电机，直流电机结构和使用维修较复杂[1], 使用选择顺序依次是交流三相鼠笼式，交流三相绕线式，单相鼠笼式，直流电机等。

单相交流异步电机在工农业生产和家用电器中应用非常广泛[2]，是机电专业学生必学内容[3]，要学习单相交流异步电机工作原理，须先掌握三相交流异步电机工作原理和其转矩特性。在掌握三相交流异步电机工作特性后，通过分析单相电机磁场关系，得出单相电机旋转结论。

2 三相交流异步电动机原理

三相交流异步电动机原理是在三相对称的定子绕组中通入对称三相交流电产生旋转磁场[4,5]，旋转磁场切割转子绕组产生感生电动势。感生电动势在闭合的转子回路中产生感生电流。由感生电流在磁场中产生旋转力矩使电机旋转起来。至此可看出：只要有旋转磁场，而且转子回路是闭合回路就可旋转。

三相交流异步电动机描述转矩特性是根据

CM为转矩常数;

φ为定子绕组转子绕组共同作用的磁通;

S为转差率;

r2为转子回路电阻值;

E20为转子不转时，转子感生电动势;

X20为转子不转时，转子回路漏电抗。

由上述关系和多次试验等方法得出特性曲线。

虽各类三相交流异步电机转矩特性曲线有一定的差别，但大体走势 (如图1) 。

单相交流异步电机的讲解和学习，就是建立在前面这些基础理论之上的。讲解方法一般有两种[5,6]：一种是采用在波形图上直接分解成二个相反的旋转磁场;另一种方法是采用三角函数转换进行讲解。这两种方法都要求数学基础好，而多数学生数学知识不足，理解起来比较费劲，笔者经过分析研究采用了旋转相量法进行讲解，效果较好，现介绍如下。

3 单相交流异步电动机原理

单相交流异步电动机是单相绕组中通入单相交流电，由此而产生的磁场是一个脉动磁场 (见图2、3) 。

以二级电机为例分析, 由于通入的电流i=IMsinωt，因此产生的磁感应强度B=BMsinωt。下面我们做个假设：有二个B=21BM的相量，以同一圆心ω的角频率相反旋转 (见图4) 。

则总的B=BY=BMsinωt。

既然可以把一个单相的脉动磁场分解成两个磁感应强度幅值相等的转向相反的旋转磁场，则可认为，单相异步电动机的电磁转矩也是由这两个旋转磁场分别产生的电磁转矩合成的结果 (见图5) 。从图4中可得出四个特点： (1) 它的起动转矩为零，不能自行起动。 (2) 它的旋转方向是不固定的，完全取决于起动时的旋转方向。 (3) 离开零点后可保证启动(M与n同方向增大)。(4)当n增大到一定程度时，M开始减小，达到平衡时转速稳定。对于4级、6级单相电机分解类同，只是分解角度分别是1/2、1/3，即旋转速度分别是2级电机的1/2、1/3 (见图5) 。

4 实践验证

4.1 电机参数 (见表1)

4.2 测试仪器

万用表AC97，产地：中国;光电转速表DT-2234B，产地：中国台湾。

4.3 验证步骤

步骤1：先测量电源，测定电压, 测试为结果，三次分别为226 V、224 V、225 V。满足要求，将交流电通入单相电机(没有接电容)，电机不转。用手转动一下转轴则电机迅速起动运转起来，经过一段时间转速稳定，用转速表测定转速，转速测定结果三次分别为1230 rpm, 1250 rpm, 1240 rpm，停电使电机停转。

步骤2：用上述方法反方向起动运行。测得数据分别为224 V、225 V、225 V;1245 rpm, 1240 rpm, 1240 rpm，停电使电机停转。

步骤3：接电容后运行测试，转速分别为1420 rpm、1430 rpm、1420 rpm;1430 rpm、1420 rpm、1430 rpm。

5 实验结论

(1) 单相电机无法自行启动，旋转方向依靠外部决定，一旦启动后可以保持相对稳定速度。

(2) 分相式单相式电机，配以适当电容可以提高转速，方向与电容接线有关。

6 教学结果及注意点

通过这种理论与实践结合的讲解，学员感到思路很新，开扩了学员的眼界，同时通过实践增强了可信度。

该种方法应注意的问题：由于要动用电机，而且在课堂上， (1) 必须注意用电安全，电机必须在使用前做绝缘测试，电压选择220V, ～50Hz较方便。(2)电机功率不宜选择过大，或过小，过小转速测定误差较大;过大控制困难，危险较大;一般以百瓦左右较合适。极数一般选择4级较好，而且比较好找。(3)在操作时一般以两人为宜，一人负责电机的固定，一人负责通电，用手转动一下转轴测速停电等。 (4) 通电后观察不动时间不要过长，否则容易烧坏电机。 (5) 测量用光电转速表测试简单。

参考文献

[1]向波, 周平, 等.电动叉车直流电机换向片间短路的快速测量[C]//中国控制会议论文集 (CCC2012) , 2012.

[2]邱阿瑞.电机与拖动基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[3]曾祥富, 邓朝平.电工技能与实训[M].北京:高等教育出版社, 2004.

[4]羌予践.电机与电力拖动基础教程[M].北京:电子工业出版社, 2008.

[5]李发海、王岩.电机与拖动基础学习指导[M].北京:清华大学出版社, 2012.

电动机单相运行的防护 第2篇

1 电动机单相运行产生的原因及预防措施

1.1 熔断器熔断

1.1.1 故障熔断:主要是由于电机主回路单相接地或相间短路而造成熔断器熔断。

预防措施:选择适应周围环境条件的电动机和正确安装的低压电器及线路, 并定期加以检查, 加强日常维护保养工作, 及时排除各种隐患。

1.1.2 非故障性熔断:

主要是熔体容量选择不当, 容量偏小, 在启动电动机时, 受启动电流的冲击, 熔断器发生熔断。

熔断器非故障性熔断是可以避免的, 不要片面认为在能躲过电机的启动电流的情况下, 熔体的容量尽量选择小一些的, 这样才能够保护电机。我们要明确一点那就是熔断器只能保护电动机的单相接地和相间短路事故, 它绝不能作为电动机的过负荷保护。

1.2 正确选择熔体的容量

一般熔体额定电流选择的公式为:额定电流=K电动机的额定电流

1.2.1 耐热容量较大的熔断器 (有填料式的) K值可选择1.5~2.5。

1.2.2 耐热容量较小的熔断器K值可选择4~6。

电动机所带的负荷不同, K值也相应不同。如电动机直接带动风机, K值可选择大一些, 如电动机的负荷不大, K值可选择小一些, 具体情况视电动机所带的负荷来决定。

此外, 熔断器的熔体和熔座之间必需接触良好, 否则会引起接触处发热, 使熔体受外热而造成非故障性熔断。

在电动机安装的过程中, 应采用恰当的接线方式和正确的维护方法。

(1) 对于铜、铝连接尽可能使用铜铝过渡接头, 如没有铜铝接头, 可在铜接头处挂锡进行连接。

(2) 对于容量较大的插入式熔断器, 在接线处可加垫薄铜片 (0.2mm) , 这样的效果会更好一些。

(3) 检查、调整熔体和熔座间的接触压力。

(4) 接线时避免损伤熔丝, 紧固要适中, 接线处要加垫弹簧垫圈。

1.3 主回路方面易出现的故障

1.3.1 接触器的动静触头接触不良。

其主要原因是:接触器选择不当, 触头的灭弧能力小, 使动静触头粘在一起, 三相触头动作不同步, 造成缺相运行。

预防措施:选择比较适合的接触器。

1.3.2 使用环境恶劣如潮湿、振动、有腐

蚀性气体和散热条件差等, 造成触头损坏或接线氧化, 接触不良而造成缺相运行。

预防措施:选择满足环境要求的电气元件, 防护措施要得当, 强制改善周围环境, 定期更换元器件。

1.3.3 不定期检查, 接触器触头磨损严重, 表面凸凹不平, 使接触压力不足而造成缺相运行。

预防措施:根据实际情况, 确定合理的检查维护周期, 进行严细认真的维护工作。

1.3.4 热继电器选择不当, 使热继电器的双金属片烧断, 造成缺相运行。

预防措施:选择合适的热继电器, 尽量避免过负荷现象。

1.3.5 安装不当, 造成导线断线或导线受外力损伤而断相。

预防措施:在导线和电缆的施工过程中, 要严格执行“规范”严细认真, 文明施工。

1.3.6 电器元件质量不合格, 容量达不到标称的容量, 造成触点损坏、粘死等不正常的现象。

预防措施:选择适合的元器件, 安装前应进行认真的检查。

1.3.7 电动机本身质量不好, 线圈绕组焊接不良或脱焊;引线与线圈接触不良。

预防措施:选择质量较好的电动机。

2 单相运行的分析和维护

根据电动机接线方式的不同, 在不同负载下, 发生单相运行的电流也不同, 因此, 采取的保护方式也不同。

例如:Y型接线的电动机发生单相运行时, 其电机相电流等于线电流, 其大小与电动机所带的负载有关。

当△型接线的电动机内部断线时, 电动机变成∨型接线, 相电流和线电流均与电动机负载成比例增长, 在额定电流负载下, 两相相电流应增大1.5倍, 一相线电流增加到1.5倍, 其它两相线电流增加姨3/2倍。

当△型接线的电动机外部断线时, 此时电动机两相绕组串联后与第三组绕组并联接于两相电压之间, 线电流等于绕组并联之路电流之和, 与电动机负荷成比例增长, 在额定负载情况下, 线电流增大3/2倍, 串接的两绕组电流不变, 另外一相电流将增大1/2倍。

在轻载情况下, 线电流从轻电流增加到额定电流, 接两相绕组电流保持轻载电流不变, 第三相电流约增加1.2倍左右。

所以角型接线的电动机在单相运行时, 其线电流和相电流不但随断线处的不同发生变化, 而且还根据负载不同发生变化。

综上所述, 造成电动机单相运行的原因无非是以下的几种原因造成的:

(1) 环境恶劣或某种原因造成一相电源断相。

(2) 保险非正常性熔断。

(3) 启动设备及导线、触头烧伤或损坏、松动, 接触不良, 选择不当等造成电源断一相。

(4) 电动机定子绕组一相断路。

(5) 新电机本身故障。

(6) 启动设备本身故障。

单相异步电动机过热故障分析 第3篇

单相异步电动机的定子一般有两个绕组, 即主绕组和副绕组。它们沿圆周错开一定的空间角。主、副绕组的电流在时间上也有一定的相位差。单相异步电动机的转子均为笼式绕组。在农村由于电网的供电质量较差、使用不当等原因, 单相电机故障率较高, 其中电动机过热是其主要故障之一。

1. 绕组短路

当运转绕组或起动绕组短路时, 短路线圈会产生很大的热量, 并发出噪声。若电动机持续运行, 热量无法散发, 将导致电动机过热, 损坏未短路的绕组。因此, 电动机过热时应立即停机检查, 根据具体情况采取相应措施进行修理。

原因:电动机绕组受潮严重, 绕组导线间的绝缘层被破坏, 导致通电时发生导线间的绝缘击穿, 造成绕组短路。因此, 当电动机较长时间不用, 若想再用, 应先通较低电压, 让电动机空转一段时间, 等潮气排除后, 再加全压运行。

电动机嵌线时破坏了绕组导线的绝缘外皮, 电动机作绝缘强度检验时造成极少数导线间有轻微的绝缘击穿, 经过一段时间使用使原来的击穿点变大, 导致绕组短路。

检查:拆下电动机盖, 拿出转子, 观察定子绕组有没有发黑的烧焦点。如果有发黑的焦点, 说明此处就是绕组短路点。如果短路点不容易被发现, 可用测绝缘的摇表逐个绕组摇测, 根据短路绕组的多少和烧毁程度, 决定更换部分导线还是更换整个绕组, 直至电动机重新嵌线。

2. 绕组接地

电动机绕组接地就是定子绕组和定子铁芯短路。绕组接地点常出现在导线引出定子铁芯的槽处, 或者绕组端部与定子铁芯短路。接地较严重时后果与短路一样, 轻则电动机过热, 严重时烧毁绕组。

原因:接地主要是导线的绝缘外皮被破坏, 或绕组严重受潮。

检查:检查绕组接地最常用的方法是利用兆欧表测绝缘电阻, 但必须注意, 检测前应先将电动机主绕组和副绕组的公共端拆开, 分别检查主副绕组是否接地。检查时应将兆欧表的两个接线柱分别用两条绝缘软线与机壳或定子铁芯和定子绕组的一条引出线相连, 然后摇兆欧表手柄观察表针指示情况。如果表针指示零, 则说明该相已经接地;如果电阻值小于5MΩ, 说明该绕组受潮。如果电阻值大于5MΩ, 说明该绕组正常。

当绕组接地时, 如果接地点在绕组端部, 则可采用加强绝缘的方法解决;如果绕组接地点在定子铁芯槽内, 则只好重新绕制绕组更换绕组。

3. 运转绕组与起动绕组碰线短路

当运转绕组与起动绕组碰线短路时, 电流经运转绕组流入起动绕组, 时间一长起动绕组就会烧毁。

检查:要寻找碰线部位, 可将两个绕组分别与电动机接线端分开, 然后将检验灯一端接运转绕组, 另一端接起动绕组, 若检验灯亮即表明两绕组相碰短路。然后, 依次将运转绕组的各极与起动绕组断开, 若断开某一极时检验灯熄灭, 则表明该极绕组与起动绕组碰线短路。查找碰线处并将其包扎绝缘即可。如果仍无法确定碰线部位, 只有将起动绕组的线圈拆开进行检查。

4.轴承损坏或缺少润滑脂

轴承损坏使定子、转子相擦, 或轴承内缺少润滑脂, 都会使电动机过热。检查轴承, 若缺少润滑脂, 应添加适量润滑脂;如果轴承磨损或损坏, 则应更换轴承。

5.电动机过载

单相交流电动机 第4篇

单相电容式异步电动机的应用非常广泛。电冰箱、空调器、洗衣机、台扇、吊扇、抽油烟机、吸尘器、小型鼓风机、小型车床、医疗器械等采用的都是这种电动机。维修人员在维修这种电动机时, 更换移相电容器是常有的事。由于单相电容式异步电动机分为单相电容启动异步电动机、单相电容运行异步电动机和单相电容启动运行异步电动机3种, 因此, 移相电容器分为启动电容器和运行电容器2种。单相电容式异步电动机更换移相电容器时, 必须注意区分启动电容器和运行电容器的区别。

单相电容式异步电动机中的启动电容器和运行电容器, 采用的是不同类型的电容器。其中启动电容器为获得较大的启动力矩, 容量较大, 约几十到几百微法, 因其工作时间短, 通常采用价格便宜的电解电容器。而运行电容器长期接在电源上, 参与电动机的运行, 容量较小, 一般为油浸金属箔型或金属化薄膜型电容器。由于该电容器长期参与运行, 因此, 电容器容量的大小及质量的好坏, 对电动机的启动情况、功率损耗及调速情况等都有较大影响, 电动机需要更换移相电容器时, 必须特别注意保持原规格, 不得将启动电容器 (电解电容器) 作为运行电容器使用。

浅析单相异步电动机的测试试验 第5篇

用单相电源供电, 只有一相定子绕组的异步电动机, 叫单相异步电动机。它具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便等优点。因其使用单相交流电源, 故广泛应用于办公场所、家用电器、医疗器械中, 在工业、农业生产中单相异步电动机也常用于拖动一些小型生产机械。本文主要研究的单相异步电动机下文简称“电机”, 是以连续工作制 (S1, 连续定额) 为基准的, 额定电压为115 V、220 V、230 V或240 V, 频率为50 Hz或60 Hz的电机。

1 单相异步电动机的工作环境要求

1.1 运行环境条件

在下列海拔、环境空气温度及环境空气相对湿度条件下, 电机应能在额定工况下正常运行: (1) 海拔不超过1 000 m; (2) 环境温度在-5～43℃; (3) 最潮湿月的平均最高空气相对湿度为90%, 同时该月月平均最低温度不大于25℃。

1.2 电气条件 (电压及电流波形)

电源电压及电流应为实际正弦波形, 即电压及电流的正弦性畸变率不超过5%。

2 电机的基本测试

2.1 结构测试、径向和轴向跳动

(1) 结构测试。电机按结构可分为铁壳电机、塑封电机、铸铝电机等或单轴伸、双轴伸等。结构测试要求电机的紧固螺母沿紧固方向承受大于等于1.4 Nm力矩时, 电机螺栓、螺母不松动;电机装配完整, 外观无破损、裂痕、气泡、皱纹、斑点及粘附污物。

(2) 径向跳动。电机的轴伸长度小于50 mm时, 在轴伸接合部分中点的圆周面上将轴转动一周, 用千分表所测得最大与最小之差不超过0.03 mm。当轴伸长度大于50 mm时, 每增加25 mm, 其径向跳动允许增大0.015 mm。

(3) 轴向跳动。电机转子在轴向应有0.1～1.5 mm间隙, 间隙由波形弹簧垫圈保证。

2.2 低压起动

电机在冷态和热稳定后, 施加75%额定电压, 带实际负载下应能正常起动。低压起动测试方法为:将电机装于实际状态中, 分别在冷态和热稳定状态下, 施加75%额定电压, 起动3次且每次启动时间不得大于10 s。

2.3 电机振动

电机在额定电压、频率, 空载运转状态下, 贯流风扇电机测得的振动速度不应超过1.3mm/s, 其他电机的振动速度不应超过1.8mm/s。

2.4 噪声

(1) 电机空载, 在额定电压、额定频率下运转时, 应平稳轻快, 无停滞现象, 声音和谐、无杂音。 (2) 电机轴线允许倾斜15°运转, 空载运行时声音均匀和谐而无阵发异常声。 (3) 在170～260 V (115 V的电机在88～135 V) 电压下, 电机无论在高、中、低速档运行, 噪声频谱上均不应出现因电机引起的明显峰值, 噪音频谱在0～500 Hz低频段无异常的尖峰。耳听电机噪声流畅和谐, 无不适感, 不应出现异常噪声。

2.5 温升

(1) 电机绕组温升采用电阻法测量。在室温环境条件下, 给测试电机施加1.06倍的额定电压, 在测试电机达到热稳定状态 (一般测试时间为4 h以上) 后测量其结果。

铜绕组的温升Δt (K) 可由式 (1) 确定, 试验结束后绕组温度T (℃) 由式 (2) 确定:

式中, R1为试验开始时的绕组电阻 (Ω) ;R2为试验结束时的绕组电阻 (Ω) ;t1为试验开始时的环境温度 (℃) ;t2为试验结束时的环境温度 (℃) ;234.5为铜绕组系数。

用电阻法测试温升, 试验开始时, 绕组应处于室温。因电机断开瞬间的阻值不易获得, 电阻值又随测试环境变化过快, 故试验结束时的绕组电阻推荐用以下方法来确定:在断开开关后及其后几个短的时间间隔内, 尽可能快地对几个电阻进行测量, 以便能绘制一条电阻对时间变化的曲线, 用其确定开关断开瞬间的电阻值。

(2) 试验期间要连续监测温升, 温升值不得超过表1中所示的值。

3 电机介电性能试验

3.1 绝缘电阻

绝缘电阻的测试是用兆欧表在施加500 VDC的直流电压1 min后, 测量定子绕组对机壳的绝缘电阻, 用500 VDC兆欧表测得的热态时或温升后的绝缘电阻应≥50 MΩ, 冷态时应>100 MΩ。

3.2 电气强度

电气强度的测试采用闪烁击穿装置, 在电机各绕组与机壳间施加频率为50 Hz的基本正弦波电压, 开始时电压加至750 V, 然后迅速升到1 500 V, 历时1 min不应发生闪烁和击穿现象。电机应在承受1 500 VAC/1 min/5 m A或1 800 VAC/2 s/5 m A的电气强度试验时无击穿和闪络。

3.3 匝间绝缘

电机定子绕组应能承受升高电压试验而匝间绝缘不发生击穿, 试验方法:在电机空载时施加1.3倍额定电压, 持续时间为3 min。

3.4 泄漏电流

泄漏电流的测试用交流毫安表, 测试导电部分和绝缘部分之间的电流。电机在负载运行温度达到热稳定状态下应具有良好的绝缘性能, 其泄漏电流限值不超过0.35 m A。

3.5 爬电距离和电气间隙

漆包线和引出线等连接点、连接焊点不能出现锐尖, 而且必须采用绝缘护套固定。最小爬电距离和电气间隙的值如表2所示。

4 电机非正常性能试验

4.1 潮态试验

(1) 将电机置于温度 (40±2) ℃、相对湿度90%～95%的试验箱中48 h, 湿热试验后样本处于潮湿箱 (室) 内进行绝缘电阻测量和耐电压试验。 (2) 电机经湿热试验后即进行潮态绝缘电阻测量, 施加约500 V直流电压1 min, 电机定子绕组与壳体之间的绝缘电阻不应小于50MΩ。 (3) 电机经湿热试验后即经受试验电压为1500VAC, 漏电流为5 m A, 历时1 min的耐电压试验而不应发生闪烙或击穿。

4.2 耐久性试验

(1) 电机在1.1倍额定电压、额定负载下运行48 h, 然后在0.9倍额定电压、额定负载下运行48 h后, 电机各绕组与机壳间抗电强度应能承受1 500 VAC/1 min/5 m A或1 800 VAC/2 s/5 m A的电气强度试验而无击穿和闪络。 (2) 电机在1.1倍和0.85倍额定电压下, 带负载启动各50次, 每次时间不小于10 s, 电机各绕组与机壳间应能承受1 500 VAC/1 min/5 m A或1 800 VAC/2 s/5 m A的电气强度试验而无击穿和闪络。

4.3 耐温度冲击试验

(1) 储存试验:电机在80℃的温度下存放48 h后在室温下放置1 h测试, 然后在-20℃的温度下存放48 h后在室温下放置1 h测试, 电机各绕组与机壳间应能承受1 500 VAC/1 min/5 m A或1 800 VAC/2 s/5 m A的电气强度试验而无击穿和闪络。 (2) 温度冲击:电机在60℃的温度下存放2 h后在室温下放置30 min, 再在-10℃的温度下存放2 h后在室温下放置30 min为一个循环, 共5个循环后在室温下放置1 h后测试, 电机各绕组与机壳间应能承受1 500 VAC/1 min/5 m A或1 800 VAC/2 s/5 m A的电气强度试验而无击穿和闪络。

4.4 非正常工作试验

(1) 设计电机时应尽可能避免其由于不正常或误操作而使安全性能被破坏或削弱, 从而引起火灾、触电等事故。 (2) 电机要进行堵转试验。1) 试验时, 对电容电机应使电容器短路或开路, 两者选最不利的情况进行, 并使电机温度保护器短路;2) 试验应在额定电压和电机处于实际冷却状态下进行, 从电机通电启动开始计时, 直到电机达到热稳定状态为止;3) 电机在上述规定的试验工作时间结束后, 绕组温度限值:E级绝缘电机165℃, B级绝缘电机175℃, F级绝缘电机190℃;4) 试验期间不得出现闪烙或有熔化的金属。

4.5 塑封电机耐热、阻燃和耐漏电起痕试验

对塑封电机要进行耐热、阻燃和耐漏电起痕试验。 (1) 耐热:球压试验;烘箱温度为 (125±2) ℃/1 h, 球压痕直径不应大于2 mm。 (2) 阻燃:灼热丝试验;试验温度为960℃, 试验持续时间为 (30±1) s。 (3) 耐漏电起痕:具体按GB123502000中21.3要求进行。

4.6 PG和保护器

PG脉冲输出:3个/转, VH>3.5 V, VL<0.4 V, 0.5

5 结语

本文针对单相异步电动机, 结合国标中关于电机的测试要求以及GB4706关于电器件的安全通用标准, 对电机的结构、振动、噪音等基本测试, 介电性能试验, 非正常工作状态下的测试试验作了介绍。

参考文献

[1]史旺旺, 郑建勇.单相异步电动机自动检测系统的研制.中小型电机, 1998 (4)

[2]GB/T9651—2008单相异步电动机试验方法.中国标准出版社, 2008

单相交流电动机 第6篇

1 提高单相电容启动异步电动机功率因数的方法

设电源设备容量额定值为S,单相电容启动异步电动机从电源吸取有功功率为P,即:

P=Scosφ(1)

电源给电动机输送的电流(供电线路的电流)I0为:

其中u为电源电压。从式(1)看出,当电动机需要的有功功率一定时,功率因数cosφ越大,电源设备额定容量就越小,电源设备利用率就越高,供电效率也就越高。又从式(2)可以看出,P一定,u一定,cosφ越大,则I0就越小,也就是供电线路有功损耗就越小。可见,对单相电容启动异步电动机要节约电能,关键是提高其功率因数。

单相电容启动异步电动机运行时,主绕组需要无功功率,有功功率,功率因数都确定了,要想等效地提高其功率因数,唯一的办法就是在其运行时,将启动电容一部分与主绕组并联,主绕组需要的无功功率由电容器产生的无功功率来补偿。减少电源向电动机输送无功功率来提高电源功率因数,减少输电线路有功损耗,达到提高电源设备容量利用率的目的,其控制线路如图1所示。图中,K1为常闭开关,K2开关在电动机启动前合向3点,将C1和C2并联,当加上电源电压u时电动机启动,转速达到80%时K,自动打开,同时将K2从3点向4点合上,将电容C1与主绕组并联,电动机转入正常运行,其定子电路如图2所示。

根据图2,主绕组电流I1为:

式(3)中,u为电源电压,P为电动机有功功率,cosφ1为主绕组功率因数。电源给电动机输送电流I0为:

其矢量图如图3所示,由于从电源给电动机提供有功功率不变,所以有:

从图3及式(5)看出,φ<<φ1,cosφ>>cosφ1则I0<

2 电容C1的计算方法

以u=220V,额定功率P=90W,额定电流I1=1.45A,f=50Hz,转速1 400r/min的单相电容启动异步电动机为例:

(1)设电动机运行时,未给主绕阻并联电容测得I0=I1=1.1A,cosφ1=0.6。

(2)要求将电动机功率因数从cosφ1=0.6等效提高到cosφ=0.98。

求C1步骤如下:

①从式(5)求得

②从图3得:

3 实验研究

电动机参数:额定电压u=220V.额定功率P=90W,额定电流I1=1.45A,f=50Hz,转速1 400r/min,启动电容C1+C2=35μF。实验线路如图1所示,测量数据及计算数据如表1及表2所示。

从实验数据看出,单相电容启动异步电动机,在其运行时主绕组并联一定电容C1后,功率因数可以提高到接近于1,线路损耗减少40%以上,电源设备容量利用率提高20%以上,节能效果比较好。

单相电容启动异步电动机在运行时,在其主绕组并联适当电容C1,经理论分析和实验证明,这是一个比较好的提高电动机等效功率因数的方法。等效功率因数cosφ可以做到接近于1,能减少线路有功损耗40%以上,提高电源设备容量利用率20%以上,是一个结构简单、经济、节能效果比较好的方法,值得推广应用。

摘要：针对单相电容启动异步电动机运行时功率因数比较低的问题,提出电动机启动并转入运行时,在其主绕组并联适当的电容器的方法,减少或省去电源对电动机提供无功电流,以减少线路损耗,提高电源功率因数,提高电源设备容量的利用率。

关键词：无功电流,功率因数,线路损耗,电源设备容量

参考文献

[1] 邱关源.电路(上册).北京:高等教育出版社,2003．

单相交流电动机 第7篇

1 电容运行式单异步电动机简介

1.1 电容运行式单相异步电动机的结构

电容运行式单相异步电动机的定子上有两个绕组:一个称为主绕组 (或称为工作绕组) , 接线端子为1、2;另一个为启动绕组 (或称为辅助绕组) , 接线端子为3、4。两绕组在空间相差90o, 如图1所示。其转子是鼠笼式的。

1.2 电容运行式单异步电动机的工作原理

为了使单相异步电动机能自行启动, 在2、4两端子之间接有启动电容, 如图2所示。当启动绕组与电容器串联时, 利用电容器使启动绕组中的电流在相位上比主绕组中的电流导前近90o, 即由于启动绕组串联了电容器, 使得在单相电源作用下, 在两绕组中形成了近似的两相电流。

两相电流分别通入在空间互差90o的主绕组和启动绕组中, 在定子与转子之间的气隙中形成了旋转磁场, 分析过程如图3所示。旋转磁场切割转子导体, 产生了感应电动势和感应电流, 转子导体成为载流导体, 在气隙旋转磁场的作用下, 受到电磁力的作用, 对转轴产生了启动转矩, 从而使单相异步电动机能自行启动旋转运行。

在实际使用单相异步电动机时, 有时需要进行正反转控制, 如家用洗衣机中洗涤用的单相异步电动机, 运行中一般在30 s左右改变一次转向等。

根据电容运行式单相异步电动机的主绕组和启动绕组是否一样, 电容运行式单相异步电动机的正反转控制分为两种情况:一是两绕组相同时正反转控制, 二是两绕组不相同时正反转控制[1,2]。

2 两绕组相同时正反转控制

当电容运行式单相异步电动机的主绕组和启动绕组相同时, 电动机可以采用三端子接线也可以采用四端子接线。三端子接线时1、3为两绕组的公共接线端, 接交流电源的相线 (L) , 2、4端子之间接启动电容。四端子接线时1、3两端短接在一起, 接交流电源的相线 (L) , 2、4端子之间接启动电容, 这两种接线法实质一样。

如果交流电源的中线 (N) 接端子2, 外部接线如图4所示, 这种接线电动机内部接线与图2所示接线图相同, 此时启动电容与启动绕组串联, 使启动绕组中的电流导前主绕组中的电流近似90o, 气隙中的旋转磁场为逆时针方向, 如图3所示, 电动机逆时针方向旋转, 假设此旋转方向为正转方向。

当交流电源的中线 (N) 接端子4时, 如图5所示, 这种接线电动机的内部接线如图6所示, 此时启动电容与主绕组串联, 使主绕组中的电流导前启动绕组中的电流近似90o, 同样可画图分析得出, 此时气隙中的旋转磁场与如图3所示的方向相反, 即为顺时针方向, 电动机顺时针方向旋转, 设此时电动机旋转方向为反转方向。

当主绕组和启动绕组相同时, 电容运行式单相异步电动机的正反转控制, 实质上是交换主绕组和启动绕组, 使得主绕组中电流导前或滞后启动绕组中电流近似90o。交换主绕组和启动绕组手动控制电容运行式单相异步电动机正反控制线路如图7所示。

控制过程为:合上QS, 当开关S向上扳时, 中线接于主绕组的端子2, 电动机正转;当开关S向下扳时, 中线接于启动绕组的端子4, 电动机反转[1,3]。

3 两绕组不相同时正反转控制

当电容运行式单相异步电动机的主绕组和启动绕组不相同时, 不能采用交换主绕组和启动绕组的方法来实现电动机的正反转控制, 应采用交换其中一个绕组的首、尾端的接线方法来实现正反转控制。

假设通过交换启动绕组的首、尾端来实现单相异步电动机的正反转控制。当启动绕组的首端 (3号端) 交流电源的相线 (L) , 尾端 (4号端) 经过启动电容接中线 (N) , 此时接线与图2所示接线相同, 主绕组中的电流滞后启动绕组中的电流近似90o, 此时产生旋转磁场的方向为逆时针方向, 电动机逆时针方向旋转。

当启动绕组的首端 (3号端) 交流电源的中线 (N) , 尾端 (4号端) 经过启动电容接相线 (L) , 此时主绕组中的电流方向不变, 启动绕组中的电流反向, 主绕组中的电流与启动绕组中的电流的相位差相应变化了180o, 主绕组中的电流导前启动绕组的电流近似90o, 此时产生旋转磁场的方向为顺时针方向, 电动机顺时针方向旋转。主绕组中的电流I主、启动绕组中的电流I启的相量图如图8所示。

交换启动绕组的首、尾端实现电容运行式单相异步电动机正反转手动控制线路如图9所示。

控制过程为:合上QS1, 当QS2合于左侧时, 启动绕组的首端接相线 (L) , 尾端经启动电容接中线 (N) , 电动机正转;当QS2合于右侧时, 启动绕组的首端接中线 (N) , 尾端经启动电容接相线 (L) , 电动机反转[3]。

4 结束语

在对电容运行式单相异步电动机正反转控制时, 首先检测主绕组和启动绕组的阻值, 根据它们的阻值判断主绕组和启动绕组是否相同, 然后采用相应的方法来设计其正反转控制线路。

参考文献

[1]杜贵明, 张森林.电机与电气控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2010.

[2]谭维瑜.电机与电气控制[M].北京:机械工业出版社, 2011.