《摩托车照明电路》-学习情境4

一、知识准备1.1认识单相异步电动机电风扇常采用单相异步电动机拖动。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、维修方便等特点，广泛应用于如冰箱、电扇、洗衣机等家用电器及医疗器械中。单相异步电动机的构造与三相鼠笼式异步电动机相似，由固定部分(定子)、转动部分(转子)、支撑部分(端盖和轴承)、电容器等几大部分组成。图4-2为单相异步电动机的实物图和结构原理图。单相异步电动机主要有电容式和罩极式两种类型，下面分别介绍这两种电动机的工作原理。下一页返回一、知识准备1.电容式单相异步电动机的工作原理三相异步电动机的转子能旋转，是因为定子线圈产生了旋转磁场，而定子的旋转磁场是因为定子三相绕组接入了互差120°的交流电。单相异步电动机接入定子线圈的是单相交流电，只能产生一个脉动磁场。如图4-3所示，在交流电的正半周时，电流i从定子绕组左侧流入，从右侧流出，产生方向向下的磁场;在交流电的负半周时，电流i从定子绕组右侧流入，从左侧流出，产生方向向上的磁场。该磁场的方向在交流电的一个周期变化一次，大小随电流而变，这就是单相异步电动机的脉动磁场。转子与磁场之间没有相对运动而不能产生感应电动势，所以电动机不能自行启动。上一页下一页返回一、知识准备

如果用外力拨动转子，则转子导体就切割脉动磁场，从而产生感应电动势和电流，继而受到磁场力的作用，转子将顺着拨动的方向转动起来。由此可见，单相异步电动机要正常运行，必须有启动装置产生启动转矩。下面介绍电容式单相异步电动机的启动措施。电容式单相异步电动机的定子上嵌有两个在空间相差90°的单相绕组，一个单相绕组用于运行，称为工作绕组;另一个单相绕组用于启动，称为启动绕组，启动绕组与电容器串联。图4-4为电容式单相异步电动机的接线图和电路原理图。上一页下一页返回一、知识准备

当电源接通时，工作绕组流过的电流iB比启动绕组流过的电流iA滞后90°,于是在两绕组中形成了两相电流。设这两个绕组中的电流分别为

iA=ImsinwtiB=Imsin(wt-90°)

这两个电流所产生的磁场在空间分布的情况，可以根据这两个电流随时间变化而变化的情况得出。在图4-5中，假设1及2分别为启动绕组和工作绕组的首端,1’及2’分别为这两个绕组的末端;规定电流瞬时值为正时，电流从绕组首端流入，以符号“⑧”作为标记;反之以符号“⊙”作为标记。上一页下一页返回一、知识准备

当wt=0°时，iA=0,iB=-Im，根据右手螺旋定则，可判断出两个单相电流所产生的合成磁场方向是水平向右的。同理，当wt分别等于90°,180°,270°,360°时，可确定各自的合成磁场方向，如图4-5所示。当瞬时电流随时间变化一周时，合成磁场在空间顺时针旋转一圈。定子在旋转磁场中便获得启动转矩。这种单相异步电动机启动到稳定运行后，启动绕组可以切除，也可以不切除，分别称为电容启动电动机、电容运转电动机。在启动转矩要求较低的场合，启动绕组常常只串联电阻而不串联电容器。电容启动电动机的启动绕组接入离心开关，稳定运行后离心开关自动打开，切除启动绕组，从而切除启动绕组。图4-6就是电容启动电动机电路图和离心开关结构。上一页下一页返回一、知识准备

离心开关的旋转部分安装在转轴上，与转子一起旋转，静止部分安装在机座或端盖上。当电动机静止时，开关S是闭合的，如果电动机接通电源，启动绕组起作用，电动机启动并旋转起来，当转速达到一定数值(nN的80%左右)时，在离心力的作用下离心开关打开，启动绕组被切除，电动机启动结束，投入正常运行。离心开关结构复杂，故障频次较高，一般都装在电动机内部，使得检修极为不便。目前，对一些单相异步电动机(如电冰箱压缩机组电动机等)采用启动继电器代替离心开关。

2.罩极式单相异步电动机的工作原理在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。上一页下一页返回一、知识准备

此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3~1/4全极面处开有小槽，如图4-7所示，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好像把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的。连接时，必须使其产生的极性依次按N,S,N,S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90°的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，从而在电动机定子极面上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的启动转矩。单相异步电动机根据分相的方法不同可分为如表4-1中列出的这几种常用的单相异步电动机。上一页下一页返回一、知识准备

它们结构特点、主要优缺点及其应用范围如表4-1所列。单相异步电动机的故障检修涉及四个方面的内容，即定子绕组、转子绕组、启动装置和电容器。

1.定子绕组的故障及修理定子绕组是单相异步电动机中最容易受损造成故障的部件。定子绕组常见故障主要有绕组绝缘受潮、绕组接地、绕组短路或断路。

1)绕组绝缘受潮在潮湿地区、且长期未用的受过雨淋、水浸的电动机均可能受潮。用500V兆欧表检查主绕组、辅助绕组对机壳的绝缘电阻，若其小于0.5MΩ，则说明电动机绕组绝缘受潮，烘干处理后即可使用。上一页下一页返回一、知识准备

若电动机使用日久导致绝缘老化，可在烘干后再作浸漆处理来增强绝缘能力。2)绕组接地故障绕组接地时，会使整个电动机都带电，可能造成电气设备的损坏，更有可能引起人身伤亡的严重事故。对额定电压为220V或220V以下的单相异步电动机，通常用500V兆欧表检测来判断是否有接地故障。将兆欧表的L端接电动机绕组，E端接电动机金属外壳，以120r/min转速转动手柄。若指针指零，表示绕组接地;当指针在零附近摇摆不定时，则说明它尚具有一定的电阻值。找到接地故障点后，如故障点在槽外，可采用局部修理;如故障点在槽内，可根据具体情况作局部或重换绕组的处理。上一页下一页返回一、知识准备3)绕组短路故障绕组短路故障可分为匝间短路、线圈间短路、极相组间短路以及主、辅绕组间短路。发生短路时，由于短路线圈内产生很大的环流，使线圈迅速发热、冒烟、发出焦臭气味以及绝缘因高温变色。除一些轻微的匝间短路外，较严重的线圈间、极相组间的短路，经仔细日测大多能找到故障部位。如绕组绝缘未整体老化、且短路绕组线圈的导线还没有烧坏，则可以局部修补;否则，最好作局部或重换绕组的处理。

4)绕组断路故障将万用表开关转至电阻挡，先从电动机接线板查起，找出断相的是哪套绕组。上一页下一页返回一、知识准备

然后采用分组淘汰的办法，拆开断相绕组测量各极相组电阻值，不通的即为断路极相组，最后找出断路线圈。断路故障点如发生在端部、且相邻处绝缘完好，这时就只需重新连接并作绝缘处理即可。如果断路发生在槽中，就只能重新换线圈。

2.车令子的故障及修理转子的常见故障是断条。在定子绕组、电容器均无故障和转子空转灵活时，若电风扇的转速很慢、风量很小，则可能是这种故障所致。将转子安装好并使其不动，在定子绕组瞬间通以额定电压，这个时间应尽可能短，并用万用表的50V交流电压挡测量定子绕组电压，若其中一个绕组的电压明显升高，则说明该绕组对应处转子槽内的铜排已经脱焊或断条。上一页下一页返回一、知识准备

查出故障后，只需在脱焊处重新焊接便可继续使用。焊接时，先要把转子加热到一定温度，否则难以焊牢。

3.启动装置的故障及修理

1)离心开关的故障及修理用万用表测量副绕组引线，一般其电阻值约几百欧姆，如果阻值很大，则说明启动回路有故障。若进一步检查，需拆开电动机，直接测量副绕组电阻。如果此时阻值正常，则说明是离心开关故障，然后按上述原因逐项检查处理，若构件磨损严重则予以更换。

2)启动继电器的故障及修理在单相异步电动机中，启动继电器故障有多种形式，其常见的主要故障有继电器工作失灵、继电器触点烧坏、线圈故障等。上一页下一页返回一、知识准备

启动继电器的故障一般不作修理，更换一个同型号的启动继电器即可。

4.电容器的故障及检查先将电容放电，再将指针型万用表转到10kΩ或1kΩ挡，测量电容器两极之间的电阻。若万用表的指针先有一定的偏转，然后又返回，则电容器正常;若万用表指针不动，则电容器开路;若电阻极小、且指针不返回，则电容已被击穿短路。这时，更换相同规格的电容器即可。

1.2认识电风扇的构造及其控制转页扇的结构如图4-8所示。电风扇的控制部件主要有开关、调速机构、定时器等。上一页下一页返回一、知识准备

调速控制方面目前较多采用有串电抗器调速、抽头法调速和晶闸管调速。下面作简单介绍。

1.串电抗器调速如图4-9所示，在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器，通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值，从而改变电动机两端的电压，达到调速的目的。串电抗器调速的优点是结构简单，容易调整调速比;但消耗的材料多，调速器体积大。

2.抽头法调速如图4-10所示，如果将电抗器和电动机结合在一起，在电动机定子铁芯上嵌入一个中间绕组(或称调速绕组)。上一页下一页返回一、知识准备

通过调速开关改变电动机气隙磁场的大小及椭圆度，可达到调速的目的。根据中间绕组与工作绕组和启动绕组的接线不同，常用的有T形接法和L形接法。抽头法调速与串电抗器调速相比较，抽头法调速时用料省，耗电少;但绕组嵌线和接线比较复杂。

3.晶闸管调速如图4-11所示，利用改变晶闸管的导通角来改变加在单相异步电动机上的交流电压的大小，从而达到调节电动机转速的目的。这种方法能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上(晶闸管调速原理在学习情境7中有详细介绍)。上一页返回二、任务实施

图4-12为电风扇的电路原理图和电风扇安装连接电路图。

1.单相异步电动机定子绕组电阻的测量对于单相异步电动机，用万用表欧姆挡测量工作绕组U1U2和启动绕组Z1Z2,并记录在表4-2中，初步判断是否有相间短路。

2.单相异步电动机定子绕组绝缘电阻的测量单相异步电动机的公共接点大多数在绕组内部完成，须在定子绕组内打开公共接点，用兆欧表测出相间绝缘电阻和各相对地绝缘电阻，记录于表4-3中。测量完成后再恢复公共接点。

1.元器件的选择参照图4-12电路原理图和接线图选择有关电器元件。电器元件的选择如表4-4所列。下一页返回二、任务实施2.元器件的检测用万用表检测所需电器件。

3.安装电器元件

图4-12(a)为电风扇的电路原理图，图(b)为电器接线图。按图4-12连接好电路，检查合格后，接通220V交流电源，按动开关1,2,3挡，电动机应可进行启动、停止控制，高速、低速转动。

4.机械部件的安装将已准备好的其他机械部分参考图4-8所示的图安装好各个部件即可。上一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识

直流电动机由定子、转子(电枢)、换向器、电刷、主磁极、端盖及轴承等部件组成。图4-13为直流电动机的实物图及结构图;图4-14为主磁极结构图;图4-15为换向器剖视图。

1.直流电动机的工作原理如图4-16(a)所示，一对磁极固定在定子内圆表面，两磁极之间的转子表面嵌有绕组abed，导体通过换向器接触电刷通人直流电流。电流方向从a指向b,从c指向d，根据电磁定律，导体ab受到向上电磁力f的作用，而导体cd受到向下电磁力f的作用，产生电磁转矩，使转子以顺时针方向旋转。当绕组转到图4-16(b)所示位置时，电刷没有接触换向器的金属片，绕组没有直流电，因而导体ab与导体cd都没有产生电磁转矩。下一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识

但转子在惯性的作用下继续旋转，使绕组的电流得到换向。当绕组转到图4-16(c)所示位置时，由于导体中的电流方向与图4-16(a)的方向相反，导体受力方向与图4-14(a)的情况相反，从而产生顺时针方向的电磁转矩，使转子继续以顺时针方向旋转。

图4-16(d)所示位置时的情况与图4-16(b)所示的情况一样，也是一个电流换向的过程。可见，在换向器和电刷的作用下，作用于转子的电磁转矩始终是顺时针方向，车4子以顺时针方向连续转动。上一页下一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识2.直流电动机特点

1)调速性能好所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。

2)启动力矩大可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下启动或要求均匀调节转速的机械，如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等都用直流电动机拖动。

3.直流电动机的励磁方式直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关。上一页下一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识

通常，直流电动机的励磁方式有四种:直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机，如图4-17所示。1)直流他励电动机他励电动励磁绕组与电枢没有电的联系。励磁电路是由另外的直流电源供给因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。2)直流并励电动机并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但励磁绕组用细导线绕成，其匝数很因此具有较大的电阻，使得通过它的励磁电流较小。3)直流串励电动机励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。上一页下一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识

为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好。所以，直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，它的匝数较少。

4)直流复励电动机电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。

4.直流电动机启动由于电机电枢回路电阻和电感都较小，而转动体具有一定的机械惯性。因此，当电机接通电源后，启动的开始阶段电枢转速以及相应的反电动势很小，启动电流很大，最大可达额定电流的15~20倍。这一电流会使电网受到扰动、机组受到机械冲击、换向器产生火花。上一页下一页返回三、能力与知识拓展—直流电动机的认识

因此，直接合闸启动只适用于功率不大于4kW的电动机(启动电流为额定电流的6~8倍)。为了限制启动