单相电机及常规计算

1、单相异步电动机是一种由单相交流电源供电的小容量交流电动机，其功率约为8W750W。单相异步电动机具有结构简单、成本低、维护方便的特点，广泛应用于家用电器和医疗器械，如冰箱、风扇、洗衣机等。然而，与同等容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机体积较大，运行性能较差，效率较低。单相异步电动机有多种类型。目前应用最广泛的是单相电容分相异步电动机，它实际上是一种两相电动机。下面只介绍这种电机。1结构单相异步电动机在结构上类似于三相笼型异步电动机，并且转子绕组也是笼型转子。定子上有一个单相工作绕组和一个起动绕组。为了产生旋转磁场，在启动绕组中串联一个电容，其结构如图5.1所示。单相异步电动机的结构图，2

2、工作原理为了产生旋转磁场，在起动绕组中利用串联电容实现相分离，其接线原理如图5.2(a)所示。只要参数选择合理，工作绕组中的电流与启动绕组中的电流相差可达90，如图5.2(b)所示，分相后的两相电波形如图5.3所示。假设图5.2是电容分相单相电机的接线图和相量图，图5.3是两相电流的波形图。就像分析三相绕组的旋转磁场一样，正交的两相交流电以90的空间位置差流入两相绕组，也可以产生旋转磁场，如图5.4所示。与三相异步电动机类似，旋转磁场的方向可以通过改变起动绕组或工作绕组两端与电源之间的连接来改变。图5.4单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速方法主要有变频调速、晶闸管调速、串联电抗器调速和抽

3、头法调速。变频调速设备复杂，成本高，很少使用。下面简要介绍目前广泛使用的串联电抗器调速、抽头式调速和晶闸管调速。(1)串联电抗器的调速在电机的电源线中起到分压的作用，通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值，从而改变电机两端的电压，达到调速的目的，如图5.5所示。串联电抗器调速具有结构简单、调速比容易调节的优点，但它消耗材料多、调速器体积大。图5.5串联电抗器调速接线图，(2)抽头调速如果电抗器和电机合二为一，在电机定子铁芯中嵌入一个中间绕组(或调速绕组)，通过调速开关可以改变电机气隙磁场的大小和椭圆度，达到调速的目的。根据中间绕组、工作绕组和起动绕组的接线不同，通常采用丁字连接和丁字连接

4、，如图5.6所示。与串联电抗器调速相比，抽头调速节省材料，耗电少，但绕组嵌入和接线更复杂。(3)晶闸管调速通过改变晶闸管的导通角，可以实现对单相异步电动机施加交流电压，从而达到调节电动机转速的目的。这种方法可以实现无级调速，但缺点是会产生一些电磁干扰。目前，它常用于吊扇的调速。图5.6抽头调速接线图，单相电容起动异步电动机两个绕组，一个主绕组和一个辅助绕组，放置在定子上，如图7-26所示。两个绕组在空间上相隔90，次级绕组与主绕组并联图7-26分相电容式起动异步电动机内部结构等效图(一)；(b)相量图，电容起动电机的转动方向与旋转磁场的方向相关，旋转磁场的方向与两个绕组的电流相位相关。只要两个

5、电流的相位互换，也就是说，电容器连接到作为启动绕组的主绕组，或者辅助绕组反向连接，使得其电流滞后于主绕组90，旋转磁场反向，电机反向。电容式起动电机具有较大的起动转矩和电流，因此一般可用于冰箱、水泵、空气压缩机等起动转矩较高的设备。例7-1三相异步电动机的极数为2，供电频率为工频。如果转差率为s=0.02，电机的速度是多少？第一个解决方案是找到同步速度，因为n=n1(1-s)=1500(1-0.02)=1470 r/min。例7-2知道两个异步电动机的额定功率是10千瓦，但速度不同。其中n1N=2930 r/min，n2N=1450 r/min，如果过载系数都是2.2，计算它们的额定扭矩和最大

6、扭矩。根据公式(7-14)，可以知道第一电机的额定转矩为，第二电机的最大转矩为。例7-3三相异步电动机的技术数据如下：功率因数=7.5千瓦，功率因数=380伏，Y连接，功率因数=1440转/分，功率因数=87.5%。设法找到： (1)额定电流；(2)额定滑差sn；(3)启动电流Ist；(4)额定扭矩TN；(5)最大扭矩TM；(6)起动扭矩Tst。解(1)电动机的输入功率是额定电流，(2)因为nN=1440 r/min，我们可以知道n1=1500 r/min的电动机和p=2的极数，那么额定转差率是，(4)额定转矩，(5)起动转矩tst=2.2 TN=2.249.7=109.3nm；(6)最大扭矩

7、TM=总氮=2.249.7=109.3牛米；(3)因为Ist/IN=7.0，起动电流ist=7.0 in=715.4=15.4 (2)起动转矩应尽可能大，Tst(1.11.2)TL。(3)开始时间应尽可能短。(4)速度增加应尽可能平稳。(5)起动方法应方便可靠，起动设备应简单、经济、易于维护和维修。例7-4，一个鼠笼式异步电动机是已知的，功率因数=75千瓦，连接并运行，电压因数=420伏，电流因数=126安，电流因数=0.88，电流因数=1480转/分钟，电流因数=1.9，电流因数/电流因数=5.0，负载转矩TL=100牛米，现在(2)电动机能由Y启动吗？(3)如果使用三抽头自耦变压器启动，应

8、使用50%、60%和80%中的哪一个？(1)一般来说，直接起动法不能用于7.5千瓦以上的电机，也可以进行以下计算。电动机的额定转矩，起动转矩Tst=1.9TN=1.9483.95=919.5 Nm和1.1TL=1.1100=110 Nm由于Tst1.1TL，直接起动电流：Ist=5IN=5126=630 A远远高于本课题要求的240 A。因此，虽然受试者的起动转矩满足要求，但起动电流大于供电系统所需的最大电流，因此不能采用直接起动。(2)如果采用Y起动方式，起动转矩应为，起动电流、起动电流和起动转矩均满足要求，因此可以采用Y起动。(3)使用自动耦合降压起动，起动电流和起动扭矩为50%抽头：tst 1=(0.5)2tst=(0.5)2919.5=229.88nm IST1=(0.5)2IST=(0.5)2630=157.5 a 60%抽头：tst2=(0.6) 2tst