设备管理_空调电机基础知识及电容运转单相异步

空调用异步电动机基础知识 第一部分空调电机基础知识 电动机的定义电动机是一种进行机电能量转换的电磁机械装置 通过它把电能转换为机械能 用来驱动各种用途的生产机械和其他装置 以满足人们的不同需求 空调电机分类市场上的空调中主要使用单相电容运转异步机 无刷直流电机 另外还有驱动风摆的单相同步电机或步进电机 移动空调中排水用的罩极异步电机 今天 我主要讲单相电容运转异步电机 其主要特点为结构简单 制造方便 价格便宜 运行可靠 1 简述交流异步电动机的工作原理 电机的运行原理安培环路定律 全电流定律本定律阐述电流产生磁场的规律 由式表达 上式说明沿任一条闭合回路L 磁场强度的线积分等于该闭合回路所包围的全电流 将全电流定律用到电机中 由于电机磁路通常可按不同的材料和几何尺寸分成几段 每段中的磁场强度是相同的 因此可将上式写成 第段磁路磁场强度 A m 第段磁路计算长度 m 磁势 A 线圈匝数 2 电磁力定律 本定律阐述处于磁场中的载流导体受有电磁力作用 当磁场与载流导体互相垂直时 作用在导体尚的电磁力为f BiL 3 电磁感应定律 本定律阐述磁通变化产生感生电势的规律 处于磁场中的导体 当磁场强弱发生变化时 导体中会产生感应电动势 感应电势的大小与线圈匝数和磁通变化率的乘积成正比 感应电势的正方向与磁通正方向符合右螺旋法则 切割电势 导线在磁场中运动并切割磁力线时 导体中产生感应电动势 简述交流异步电动机的工作原理 交流异步电动机的工作原理 简单说就是执行以上两个定则 第一步 发电 定子绕组接通交流电源后 形成不断变化的磁场 利用右手定则可知转子上的铝环 即鼠笼绕组 中产生感应电动势 由于铝环是闭合的 于是其中有电流通过 第二步 电动 定子绕组形成磁场 转子导体中有电流 利用左手定则可知转子受到电磁力作用 使转子转动起来 备注 以上的叙述主要目的为理解电动机工作原理 然而电机的实际情况并不像上述那样简单 4 能量守恒原理 在质量不变的物理系统中 能量总是守恒的 能量既不能凭空产生 也不能凭空消失 而仅能变换的形式 在电动机中能量的平衡关系为 电源输入的电能 磁场储能的增加 转换为热能的能量损耗 机械能的输出式中 转换为热能的能量损耗主要包括三部分 定 转子绕组铜耗 交变磁通在铁芯中的铁耗通风摩擦产生的机械损耗 电流随时间变化 产生磁势和磁场在空间旋转 旋转速度由电源频率f和电机极数P决定 式中n 旋转磁转速 r min P 电机极数 电源频率 Hz 在单相电机中 由于单相绕组产生的使脉振磁场 电机没有起动转矩 不能起动 如下图表示 因此在单相电机定子铁芯中嵌放两相绕组且其轴线在空间相隔90 电角度 两相绕组的线径 匝数分布规律各不相同 其中一相绕组称为主绕组 用M表示 另一相称为副绕组或起动绕组 用A表示 副绕组铁移相元件接入电源 结构原理如下图 在单相电机中 若定子上的主 副两相绕组完全对称 两相绕组接到两相对称电源 则与三相电机一样也产生在空间旋转的圆形旋转磁势和磁场 如下图 可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋转磁势与三相电机产生旋转磁势一样 其旋转速度与电源频率和电机极数有关 在单相电机的转子中铸有许多彼此相连通的鼠笼形铝导条 如图示 当电机中磁场以n速度旋转时 处于旋转磁场中的转子导条就会切割磁力线而产生感应电势和感应电流 感应电流在磁场的作用下产生电磁力和电磁力矩 行成一定的转速n 一般情况下电机转速n 不等于旋转磁场转速n 因为n n时 转子导条相对旋转磁场是静止的 导条中就不会产生感应电势和感应电流 电机就不会产生电磁力矩 电机转速就会自然下降 因转子速度始终低于旋转磁场速度 故称此种电机为 单相异步电动机 第二部分 电容运转单相异步电动机 工作绕组及主绕组M与副绕组A的轴线在空间相隔90 电角度 副绕组串联一个电容C再与工作绕组并接于电源 由于副绕组串联了电容所以副绕组中的电流在相位上超前于主绕组电流 这样由单相电流分解成具有时间相位差的两相电流M和A 因而电机的两相绕组能产生圆形或椭圆形的旋转磁场 三 电机的调速方法及原理 作为单相异步电动机其调速方法有三种 1 变极调速 2 降压调速 3 抽头调速 变极调速 变极调速在单相电机中 有倍极调电机和非倍极调速之分 倍极调速电机一般定子上只有一套绕组 用改变绕组端部联接方法获得不同的极对数以达到调整旋转磁场的转速 在极数比较大的变极调速中 定子槽中安放两套不同极数的独立绕组 实际上相当于两台不同极数的单速电机的组合 其原理和性能与一般单相异步电机一样 降压调速 降压调速降压调速方法很多 如串联电抗器 串联电容 自耦变压器和串联可控硅调压调速 空调中最常用的调压调速是可控硅调压调速 可控硅调速是改变可控硅导通角的方法 改变电动机端电压的波形 从而改变了电动机的端电压的有效值 可控硅导通角 1 180 时 电机端电压为额定值 1 180 时电压波形如果实线部分 电机端电压有效值小于额定值 1越小 电压越低 调速 塑封PG电机就是可控硅降压调速 对于塑封PG电机 其绕组工作原理与抽头电机一致 但不同之处在于塑封PG电机的输入电压不是直接接到电源上的 而是通过电控的输出端施加电压于电机上的 其电控的输出电压是可调节的 其电气原理图见图3 调速是利用电机输出转矩与电机输入电压成近似一次关系 通过改变电机输入电压来改变电机的输出转矩 起到调节电机转速的作用 其原理如下 在电机的轴上装有一个磁环 它一般有6极磁环及2极磁环2种 当电机转子旋转一圈时 磁环也旋转一圈 磁环与PG板中的霍尔原件相感应 6极磁环会在PG板的OUTPUT 白 脚中输出3个脉冲 2极磁环会输出1个脉冲 这样根据输出脉冲的数量就可以知道电机的转速 在电控中设定有厂家预定的转速值 将它与从PG块中采样取得的转速值相比较 当转速偏低时 则提高电控的输出电压 当转速偏高时 则降低电控的输出电压这样通过PG信号的反馈调节电控输出电压就实现了对电机的平滑调速 调速 由于电控的输出电压不会高于其输入电压 因此在电机设计时要保证电机达到高风档的转速时其电控的电压不高于工作的额定电压 如我国额定电压为220VAC 则设计时的电控电压一般设计为180VAC 200VAC左右 此参数值设定太低则造成电机材料浪费 且电控若损坏击穿后电机直通市网电压 其电机温升会较高 若此参数值设定过高则会造成市网电压降低时 有可能达不到设定的额定转速 影响空调的能力 抽头调速电容运转电动机在调速范围不大时 普遍采用定子绕组抽头调速 此时定子槽中放置有主绕组 副绕组及调速绕组 通过改变调速绕组与主 副绕组的联接方式 调整气隙磁场大小及椭圆度来实现调速的目的 运转原理 一般电容运转单相电机 其电机绕组由主绕组及副绕组构成 主绕组与副绕组下在不同的槽中 其在空间一般相差90度电角度 且副绕组通过串联一个工作电容器后与主绕组并接于电源 当电机通电后 主绕组与副绕组在气隙中共同形成一个有方向有幅值强度的旋转磁场 其方向与主 副绕组所处的空间位置等有关 它决定了电机的转向 其幅值强度则与主副绕组的参数设计有关 它决定了电机输出力矩的大小 该旋转磁场与转子鼠笼转子相互作用 使电动机按一定的方向旋转 若调换主副绕组的空间位置 则旋转磁场的旋转方向会相反 该反方向的旋转磁场与转子相互作用 使电动机的转向也会相反 抽头调速 该电动机的调速是通过改变副绕组的抽头来实现的 其工作原理如图2所示 当电机处于低速档运行时 相当于将副绕组的一部分串联进了主绕组 抽头调速 抽头调速可分为T型抽头调速和L型抽头调速 L型抽头调速又可分为主绕组抽头L 1型和副绕组抽头L 2型 目前我司最常用的是T型抽头调速和副绕组抽头L 2型调速 原理线路图见下 抽头调速优缺点 T型抽头调速优点 中 低档运行绕组温升低 缺点 电机高档效率低 主绕组生产时 匝间比例高 L型抽头调速优点 电机高档效率高 付绕组匝间比例低 缺点 中 低档运行绕组温升较高 电机参数 电机的相关参数a 额定输出功率 电机在额定转速下运行时 轴上的输出功率 单位 瓦特 在空调电机中 决定转速的是电机的转矩 转速 额定功率和转矩之间的关系是 T 97 5 P N b 额定电压 电机在额定运行时 电机的端电压 单位 伏特 c 额定频率 电机在额定运行时所接电网的频率 单位 赫兹 d 额定转速 电机在额定运行时的转速 单位 转 分 电机常数 e 额定电流 电机在额定运行时 流经电机电流 单位 安培 f 功率因素 COS 计算式为COS Pin U I 是衡量电机对电网质量影响的参数 其值越大越好 最大为1 Pin 输入功率U 电机所接电压 有效值 I 电机电流 有效值 g 效率 计算式为 Pout Pin 是衡量电机进行机电能量转换情况的重要参数 其值越大越好 最大为1 Pout 输出功率Pin 输入功率 四 目前我司主要产品的结构组成及其作用 产品介绍 常规电机结构 塑封电机 1 按BMC的外径分 92与 86电机 2 按BMC厚度分 32L 39L 49L 3 按调速方式分 PG电机 抽头电机 单速电机 分类 铁壳电机 1 按铁芯外径分 80 95 110 120 128 140 155 2 按调速方式分 多速电机 副相抽头电机 L型调速 主相抽头电机 T型调速 单速电机 3 按封装方式分 拉伸端盖电机 铸铝端盖卷板电机 拉伸端盖卷板电机 铝壳电机 4 按轴承室的形状分 反拉伸结构 正拉伸结构 5 按轴径的大小分 8 10 12 12 7 15 17 25 轴承 按轴承分类 分滚珠轴承和滑动轴承 滚珠轴承的特点是运转噪音小 轴承阻力小 滑动轴承的特点是价格便宜 制作方便 长寿命 现我司供货的主要是滚动轴承的电机 其使用的品牌有进口NSK NMB品牌 国产人本和银球 新世纪 宁微等等 随着国产轴承的制作水品越来越高 国产轴承的使用也必然越来越广泛 人本 银球 新世纪 宁微等优秀的国产品牌的质量水品已经同等与日本企业 用途及匹配 用途及匹配 1 分体挂壁式空调内机 使用塑封电机 95外拉伸轴承室电机 带胶圈安装 2 空气清新机 使用塑封电机 3 柜机内机 120铁壳电机 140铸铝端盖卷板电机 4 分体 包括挂壁式和柜机 外机 95内拉伸轴承室电机 120铁壳电机 140卷板电机 铸铝端盖和拉伸端盖的均有 155铸铝端盖电机 若室外机需求的功率确实比较小 也可以考虑用 80来开发制作 结构 5 移动空调 80或 95或 120电机 可能一个空调用两个电机 上下风机各一个 6 盘管风机内机 95 拉伸端盖 或 120 拉伸或卷板 或 140 拉伸或卷板 电机 带胶圈 有的带有安装支架和电容 说明 a 拉伸端盖 俗称飞碟端盖 是铸铝端盖降成本而来的 b 铁芯外径不同的选取 主要是依照客户的要求和电机额定功率大小来定的 结构 电容运转异步电机结构大致可分为以下几个部分 1 定子部分 接通电源后 形成旋转磁场 将电能转换为电磁能 2 转子部分 接收由定子传过来的电磁能 并转换成机械能 通过转子轴将机械能传递出去 3 机壳与端盖 结构件 用于连接与支撑定子部分 转子部分 使其成为一个整体 五 电机温升及其影响电机温升的因素 在我司产品中电机的温升一般指的是绕组温升 是在指定的电压 频率下 电机带着额定负载运转至热稳定状态时的绕组温度减去当时环境温度的差值 影响电机温升的因素主要有 1 测试电源 由于客户要求的测试电压 频率不同 同样的电机 负载会出现温升数值不同 如有的客户要求1 1倍额定电压 有的则是1 2倍额定电压测试 2 测试负载 例如客户为求通用 两款机型使用同款电机 温升数值出现不同 3 电机采用的材料 如铁芯大小 厚薄 铜线粗细 匝数多少等等 都对电机温升有影响 对策 3 电机采用的材料 如铁芯大小 厚薄 铜线粗细 匝数多少等等 都对电机温升有影响 4 电机所处的工作环境 环境温度高低 通风散热情况好坏等 电机批产品供货时常见质量问题及其对策1 电机振动 如客户判电机振动过大 可能有两个原因 一是运输中损伤 二是客户要求严于我司标准 因为生产中每一台电机都经过检验 漏检的情况时有发生 但数量不多 客户标准一般不会太严 主要以无整机振动为准 可通过改善运输条件来解决 2 电机电磁噪音 一部分客户对单机噪音要求较严 由于受外协件质量波动的影响 批与批之间电磁噪音差异明显 而且目前尚无有效的预防及消除办法 一般通过装整机进行整机噪音实听 并测试频谱 经客户确认后进行噪音封样 我司则按照噪音封样和频谱数据在实际生产中控制 常见问题 解决方案 3 摩擦音 定转子摩擦噪音一般都能够在生产中得到消除 如定转子不同心 内有杂物等 出现在客户处主要原因是电机损伤与漏检 4 电机外观不良 电机外观不良有各种各样的情况 在剔除各种人为因素后 主要指的是电机损伤 端盖划伤 生锈等 主要应改进储存与运输条件 5 整机振动与低频噪音 整机振动与低频噪音经常会同时出现 低频噪音主要表现为低沉的噪音 是我们经常面对的问题 其原因可归纳为以下几点 1 共振现象 我们知道物体有一个固有共振频率点 而运转电机振动是不能完全消除的 所以当电机振动频率与负载共振频率接近时 就会发生共振将噪音放大出来 此时需要改进负载结构或改变电机结构与性能设计 以避开二者共振频率重合 2 客户负载结构件刚性不够 曾经有客户发生改变电机安装支架供应商后出现整机噪音 在对比了新旧支架实际噪音效果后证实了新支架刚性太差 3 电机结构不合理 比如铁壳电机采用了正拉伸端盖 如能够改用内拉伸端盖 噪音问题一般都能得到改善与解决 电机的结构一般需要与客户共同更改解决 另外 以上问题也与设计 降成本有一定关系 质量和成本上存在着一个平衡点 适度的降低成本和适度的放宽质量对空调业的运作是很有好处的 但是有些客户盲目的要求低成本 大力引进低成本的供应商展开竞争 从而导致质量的严重下滑 可谓得不偿失 关键问题点 关键问题点 1抽头电机 PG电机和直流电机的简单工作原理 优缺点及如何选用2 抽头电机4极及6极的区分 效率及转速的差别3 抽头电机的效率曲线 高中低速在效率曲线上的选取4 电机在测试时主要的一些参数速度 功率 功