单相异步电动机.ppt

什么是单相异步交流电动机 采用单相交流电源供电的电动机称为单相异步电动机 单相异步电动机的容量一般在750W以下 与同容量的三相异步电动机相比 它的体积较大 运行性能较差 但是它结构简单 成本低廉 运行可靠 维修方便 通常广泛应用在小容量的场合 如家用电器 电风扇 电冰箱 洗衣机等 空调设备 电动工具 如油泵 砂轮机 医疗器械及轻工设备中 洗衣机电机 油烟机电机 电动车电机 家用空调电机 下一页 上一页 什么是单相异步交流电动机 单相异步电动机的优缺点 优点 结构简单 成本低廉 噪音小 缺点 与同容量三相感应电动机相比较 体积较大 功率因数及过载能力都较低 故单相感应电动机只能作成小容量 微型 几瓦 750瓦 小型 550瓦 3700瓦 什么是单相异步交流电动机 与三相感应电动机相似 包括定子和转子两大部分 转子结构都是笼型的 定子铁心由硅钢片叠压而成 定子铁心上嵌有定子绕组 单相感应电动机正常工作时 一般只需要单相绕组即可 但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场 单相运行的电动机没有起动转矩 为使电动机能自行起动和改善运行性能 除工作绕组 又称主绕组 外 在定子上还安装一个辅助的起动绕组 又称副绕组 两个绕组在空间相距900或一定的电角度 单相异步交流电动机的结构 单相异步交流电动机的结构 单相异步交流电动机的工作原理 1 单相绕组的脉振磁场定子绕组 主绕组是一单相绕组mm 加一正弦交流电 气隙 产生脉振磁场F0 脉动磁场 磁场大小及方向随电流的变化而变化 但磁场的轴线却固定不变 结论磁场只是脉动而不旋转 电动机不起动 1 n 0 T 0 无起动转矩 不采取措施 电机不能自行起动 2 如果外力使电机转动 n 0 T 0 正转 n 0 T 0 反转可以运行但不能起动 单相异步交流电动机的工作原理 单相异步电动机 一 单相异步电动机的工作原理 结构 定子放单相绕组 其中通220V单相交流电 转子一般用鼠笼式 N S 当定子绕组产生的合成磁场增加时 根据右手螺旋定则和左手定则 可知转子导条左 右受力大小相等方向相反 所以没有起动转矩 在电流正半周 转子借助其它力量转动后 外力去除后仍按原方向继续转动 其原理分析如下 定子绕组产生的脉动磁场 可用正 反两个旋转磁场合成而等效 即 脉动磁场的分解 正反向旋转磁场的合成转矩特性 合成转矩 正向 反向 单相异步交流电动机的工作原理 分析 1 转子静止时 n 0 S 1 合成转矩为0 单相感应电动机无起动转矩 故单相异步电动机不能自行起动 三相异步电动机电源断一相 相当于一台单相异步电动机 故不能起动 2 当s 1时 T 0 且T无固定方向 取决于s的正负 一旦旋转 转向依外力方向而定 即在外力矩作用下 电机可朝外力方向旋转 三相感应电动机运行中断一相 电机仍能继续运转 3 由于存在负序转矩 使合成转矩减小 过载能力低 TF不变 n下降 S上升 I2 上升 I1上升 温升增加 单相异步交流电动机的工作原理 分相式单相异步电动机起动的必要条件方法 定子具有空间不同相位的两套绕组 两套绕组中通入不同相位的交流电流 通常可取两种方法 副绕组中串入适当电阻 副绕组采用的导线比主绕组的截面细 匝数比主绕组少 电容分相式起动 二 单相异步电动机的起动 接近90 电容分相式单相异步电动机起动原理 两相旋转磁场 动画 启动时开关K闭合 使两绕组电流相位差约为90 从而产生旋转磁场 电机转起来 转动正常以后离心开关被甩开 启动绕组被切断 而电机仍按原方向继续转动 工作原理 实现正反转的电路 改变电容C的串联位置 可使单相异步电动机反转 将开关S合在位置1 电容C与B绕组串联 电流iB较iA超前近90 当将S切换到位置2 电容C与A绕组串联 电流iA较iB超前近90 这样就改变了旋转磁场的转向 从而实现电动机的反转 电动机转子转动起来后 利用离心力将开关S断开 S是离心开关 使起动绕组B B 断电 M 2罩极式单相异步电机 定子绕组 鼠笼式转子 短路环 极掌 极靴 当电流i流过定子绕组时 产生了一部分磁通 1 同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通 2 由于短路环中感应电流的阻碍作用 使得 2在相位上滞后 1 从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场 使转子获得所需的起动转矩 罩极式单相电机 定子通入电流以后 部分磁通穿过短路环 并在其中产生感应电流 短路环中的电流阻碍磁通的变化 致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差 从而形成旋转磁场 使转子转起来 图中电机的转动方向 顺时针旋转 因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先 单相异步电动机的功率小 主要制成小型电机 它的应用非常广泛 如家用电器 洗衣机 电冰箱 电风扇 电动工具 如手电钻 医用器械 自动化仪表等 三 单相电机的使用 三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中 若其中一相和电源断开 则变成单相运行 此时和单相电机一样 电机仍会按原来方向运转 但若负载不变 三相供电变为单相供电 电流将变大 导致电机过热 使用中要特别注意这种现象 三相异步电动机若在启动前有一相断电 和单相电机一样将不能启动 此时只能听到嗡嗡声 长时间启动不了 也会过热 必须赶快排除故障 同步电机的主要结构 与感应电机一样 同步电机也是由定子及转子两大部分所组成 定子上有三相交流绕组 转子上则有励磁绕组 通入直流电流后 能产生磁场 定子 同步电机的定子有时也称为电枢 由定子铁芯 电枢三相绕组 机座和端盖等部件所组成 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成 当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时 由于材料标准尺寸的限制 必须做成扇形冲片 然后按圆周拼合起来叠装而成 如图所示 转子 同步电机的转子有两种结构型式 即凸极式和隐极式 这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的 见图 1 凸极式 有上图可见 转子有明显的突出的磁极 气隙分布不均匀 2 隐极式 转子作成圆柱形 气隙均匀分布 区别 对于高速旋转的同步电机 在转子结构上 我们采用隐极式 而对于低速旋转的电机 由于转子的圆周速度较低 离心力较小 故采用制造简单 励磁绕组集中安放的凸极式结构 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动 故前者称为汽轮发电机 后者称为水轮发电机 汽轮发电机 转速高 采用隐极式 水论发电机 转速低 采用凸极式 12 2 3冷却问题简述 在中 小型电机中 都采用空气作为冷却介质 当电机的容量很大时 电机内部的损耗及发热量迅速增加 冷却问题显得格外重要 此时必须加强通风或采用其他的冷却方式 1 在大型汽轮发电机中 为了提高其冷却效率 往往用氢气冷却 是氢气与空气混合后 有爆炸危险 必须有一套控制设备来保证外界空气不会渗入到电机内部 目前在更大容量的发电机中 可以采用导线内部直接冷却 例如采用空心导体 如图 冷却介质直接在导体中流通而把热量带走 这样能更有效地降低电机的温升 所采用的冷却介质一般有氢气及水等 同步电机的额定值 同步电机的额定值有 1 额定电压 是指在正常运行时 按照制造厂的规定 定子三相绕组上的线电压 电压的单位用V或kV表示 2 额定电流 流过定子绕组的线电流 3 额定功率 是指在正常运行时 电机的输出功率 A 对于发电机而言 输出的是电功率 B 对于电动机而言 输出的是机械功率 单位是KW 4 相数m 一般m 3 5 额定频率 我国额定工业频率规定 50Hz 6 额定转速 额定转速即为电机的同步速 在一定极数及频率时 它的转速是定值 交流电机分 同步电机 n ns ns为同步转速 异步电机 n ns 一 同步电机分类 旋转电枢式 电枢旋转 主极固定 因电枢功率不易由滑动部分送出 只适于较小容量发电机 实用少 旋转磁极式 磁极旋转 电枢固定 电枢功率由静止部分送出 可传送较大功率 实用广 是同步发电机的基本结构型式 同步电机 同步电机的基本工作原理 旋转磁极式 隐极式转子 不计齿槽时气隙均匀 机械强度高 适用于高转速 一般用于汽轮发电机 外形细长 凸极式转子 气隙不均匀 极弧下较小 极间较大 机械强度比隐极机低 适用于低转速 一般用于水轮发电机 外形扁盘形 二 隐极同步电机 只有卧式支撑 1 隐极式转子结构 隐极式转子上没有凸出的磁极 如图6 1所示 沿着转子本体圆周表面上 开有许多槽 槽中嵌放励磁绕组 在转子表面约1 3部分没有开槽 构成所谓大齿 是磁极的中心区 励磁绕组通入励磁电流后 沿转子圆周也会出现N极和S极 图6 1隐极式转子 2 隐极式转子特点 在大容量高转速汽轮发电机中 转子圆周线速度极高 最大可达170米 秒 为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力 大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子 考虑到转子冷却和强度方面的要求 隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂 转子长度 直径 2 5 6 5 且容量愈大比值愈大 3 汽轮发电机主要结构部件有 定子 转子 端盖和轴承 定子定子大体上与异步电机相同 定子铁心由0 35mm 0 5mm或其它厚度的电工钢片叠成 图6 2汽轮发电机 三 凸极同步电机 卧式 立式支撑 1支撑 卧式 立式支撑 立式水轮发电机据推力轴承的不同安放位置又分 悬式 推力轴承在转子上部 伞式 2 水轮发电机的特点是 极数多 直径大 轴向长度短 整个转子在外形上与汽轮发电机大不相同 大多数水轮发电机为立式 3 定子 水轮发电机的直径很大 定子铁心由扇形电工钢片拼装叠成 为了散热的需要 定子铁心中留有径向通风沟 4 转子 水轮发电机由于水轮机的转速较低 要发出工频电能 发电机的极数就比较多 做成凸极式转子结构工艺上较为简单 凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈 如图所示 转子铁心 由厚度为1 3mm的钢片叠成 磁极两端有磁极压板 用来压紧磁极冲片和固定磁极绕组 有些发电机磁极的极靴上开有一些槽 槽内放上铜条 并用端环将所有铜条连在一起构成阻尼绕组 其作用是用来抑制短路电流和减弱 电机振荡 在电动机中作为起动绕组用 励磁绕组 励磁线圈中通过直流励磁电流后 每个磁极就出现一定的极性 相邻磁极交替为N极和S极 图凸极式转子 同步电机的运行原理 一 工作原理1 定子上 三相绕组 空间互差1200电角度 匝数相等转子上 If 由转子N极出来 气隙 定子铁心 气隙 转子S极原动机n逆时针恒速旋转 定子上导体切割磁力线 产生e 2 同步电动机基本工作原理 电枢绕组通入三相交流电流后 气隙中产生电枢旋转磁场 其旋转磁场的速度为同步速度 当转子励磁绕组通入直流电流后 在同一气隙中 双呈现出一个转子磁场 其大小及极性固定 极对数与电枢旋转磁场相同 为一恒定直流磁场 这两个磁场相互作用 磁极吸引力作用 从而使转子被电枢旋转磁场拖着以相同的速度一起旋转 同步电机的磁场 一部分是由定子电流提供的 辅助磁场 另一部分是转子励磁绕组提供的 称主磁场 由于转子转速与同步转速相同 所以这两个磁场在空间上是相对静止的 气隙磁场是这两个磁场的合成 当输入的三相交流电压一定时 这个合成磁场也基本上是恒定的 所以改变转子直流励磁电流 使转子磁通的大小相应改变 则定子磁通出会随之改变 定子励磁电流也要随之作相应改变 功率因数也会随之改变 调节转子励磁电流 同步电机的励磁全部由转子励磁提供 电枢绕组不从交流电网中吸取无功励磁电流 定子电流与外加电压同相 同步电动机相当于一个纯电阻负载 称其为正常励磁 当转子直流励磁小于正常励磁 则同步电动机的电枢将从交流电网中吸取无功励磁电流 使交流电流滞后交流电压 同步电动机相当于一个感性负载 称欠励 当转子直流励磁大于正常励磁 则多余的无功能量时会通过电枢交流绕组馈回电网 表现为电枢交流电流超前交流电压 同步电动机相当于一个容性负载 称过励 根据过励这一基本原理 同步电动机常用来补偿电网的无功功率因数 使电网功率因数提高接近于1 同步电动机的起动 一 异步起动方法 同步电动机的起动不同于异步电动机的启动方式 它有非常特殊的地方 如图所示 即 转子绕组加入直流励磁以后 在气隙中生成静止的转子磁场 当在定子绕组中能入三相交流电以后 在气隙中则产生旋转磁场 定 转子磁场之间存在有相对运动 转子上的平均转矩为零 所以同步电动机不产生起动转矩 因此 在同步电动机起动时 我们经常采用的是异步起动方法 异步启动法 在磁极表面上装设有类似感应电机笼型导条的短路绕组 称为起动绕组 在起动时 电压施加于定子绕组 在气隙中产生旋转磁场 如同感应电机工作原理一样 这个旋转磁场将在转子上的起动绕组中感应电波经电流和旋转磁场相互作用产