单相电机及常规计算..

单相异步电动机内容提要单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，功率约在8W～750W之间。单相异步电动机具有结构简单,成本低廉,维修方便等特点，被广泛应用于如冰箱、电扇、洗衣机等家用电器及医疗器械中。但与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率较低。单相异步电动机有多种类型，目前应用最多的是电容分相的单相异步电动机，这实际上是一种两相运行的电动机，下面仅就这种电动机进行介绍。1．结构单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图5.1所示。单相异步电动机结构图2．工作原理为了能产生旋转磁场，利用启动绕组中串联电容实现分相，其接线原理如图5.2（a）所示。只要合理选择参数便能使工作绕组中的电流与启动绕组中的电流相位相差90°，如图5.2（b）所示，分相后两相电波形如图5.3所示。设则AiBitiiAmAsin)90sin(tiiBmB图5.2电容分相单相电动机接线图及相量图图5.3两相电流波形图如同分析三相绕组旋转磁场一样，将正交的两相交流电流通入在空间位置上互差90°的两相绕组中，同样能产生旋转磁场，如图5.4所示。与三相异步电动机相似，只要交换启动绕组或工作绕组两端与电源的连接便可改变旋转磁场的方向。图5.4两相旋转磁场3．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、串电抗器调速和抽头法调速等。变频调速设备复杂、成本高、很少采用。下面简单介绍目前较多采用的串电抗器调速、抽头法调速和晶闸管调速。（1）串电抗器调速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，如图5.5所示。串电抗器调速，其优点是结构简单，容易调整调速比，但消耗的材料多，调速器体积大。图5.5串电抗器调速接线图（2）抽头法调速如果将电抗器和电机结合在一起，在电动机定子铁心上嵌入一个中间绕组(或称调速绕组)，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，如图5.6所示。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，但是绕组嵌线和接线比较复杂。（3）晶闸管调速利用改变晶闸管的导通角，来实现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。（a）T形接法（b）L形接法图5.6抽头法调速接线图单相电容式起动异步电动机单相电容式起动异步电动机在定子上放置两个绕组，一个主绕组，一个副绕组，如图7-26所示。两个绕组在空间上相隔90°，副绕组串电容器后与主绕组并联。电容器的作用是使副绕组回路的阻抗呈容性，如果电容器选择得当，可以做到副绕组的电流基本上超前于主绕组90°。相当于电动机内部有两相空间上和时间上都错开相位的交流电在工作，能形成旋转磁场，带动转子旋转。电动机起动后（转速为0.75n1～0.8n1），断开开关S，即切断副绕组（起动绕组），电机开始正常运行。图7-26分相电容式起动异步电动机(a)内部结构等效图；(b)相量图SCiViUV1V2U1U2i～uVIUIIU(a)(b)电容式起动电动机的转向与旋转磁场的方向有关，旋转磁场的方向与两绕组的电流相位有关，只要把两电流的相位互换，即把电容接到主绕组上作为起动绕组，或把副绕组反接，让其电流滞后于主绕组90°，则旋转磁场换向，电机反向。电容式起动电动机的起动转矩和起动电流较大，一般可以用于较高起动转矩的电冰箱、水泵、空压机等设备中。［例7-1］一台三相异步电动机，其极对数是2，电源频率为工频，若转差率s=0.02，该电机的转速是多少？［解］首先求同步转速min/1500250606011rpfn11nnns因为所以n=n1(1-s)=1500×(1-0.02)=1470r/min［例7-2］已知两台异步电动机额定功率都是10kW，但转速不同。其中n1N=2930r/min，n2N=1450r/min，如果过载系数都是2.2，求它们的额定转矩和最大转矩。［解］根据式（7-14）可知第一台电机的额定转矩为mNTmNTmNTmNTmNmN1459.652.29.6514501095507.716.322.26.3229301095502211最大转矩为第二台电机的额定转矩为最大转矩为［例7-3］一台三相异步电动机的技术数据如下：PN=7.5kW，UN=380V，Y接法，nN=1440r/min，ηN=87.5%，cosφ=0.85，Ist/IN=7.0，起动能力=2.2，λ=2.2。试求:（1）额定电流IN；（2）额定转差率sN；（3）起动电流Ist；（4）额定转矩TN；（5）最大转矩Tm；（6）起动转矩Tst。［解］（1）电动机的输入功率为kWPPNN6.8875.05.71额定电流AUPINN4.1585.03803106.8cos331（2）因nN=1440r/min，可知电动机的n1=1500r/min，极对数p=2，则额定转差率为04.015001400150011nnnsN（4）额定转矩mNnPTNNN7.4914405.795509550（5）起动转矩Tst=2.2×TN=2.2×49.7=109.3N·m（6）最大转矩Tm=λTN=2.2×49.7=109.3N·m(3）因Ist/IN=7.0，则起动电流为Ist=7.0IN=7×15.4=107.8A对电动机起动的要求，一般从以下几个方面来考虑：（1）起动电流应尽可能小,Ist≤（4～7）IN。（2）起动转矩应尽可能大，Tst≥(1.1～1.2)TL。（3）起动的时间应尽可能短。（4）转速的提升应尽可能平稳。（5）起动方法应方便、可靠，起动设备应简单、经济，易维护修理。［例7-4］已知一台鼠笼异步电动机，PN=75kW，△连接运行，UN=420V，IN=126A，cosφN=0.88，nN=1480r/min，Tst/TN=1.9，Ist/IN=5.0，负载转矩TL=100N·m，现要求电动机起动时Tst≥1.1TL，Ist＜240A，问：（1）电动机能否直接起动？（2）电动机能否采用Y-△起动？（3）若采用三个抽头的自耦变压器起动，则应用50%、60%、80%中的哪个抽头？［解］（1）一般来说，7.5kW以上的电动机不能采用直接起动法，也可以进行以下计算。电动机的额定转矩mNPTNNN95.48314807595509550直接起动时的起动转矩Tst=1.9×TN=1.9×483.95=919.5N·m又1.1TL=1.1×100=110N·m因Tst＞1.1TL,故直接起动电流:Ist=5IN=5×126=630A远大于本题要求的240A。因此，本题的起动转矩虽然满足要求，但起动电流却大于供电系统要求的最大电流，不能采用直接起动。（2）采用Y-△起动方式，则起动转矩应为LststYTmNTT1.15.3065.9193131起动电流AIIststY2402106303131起动电流和起动转矩都满足要求，故可以采用Y-△起动。（3）采用自耦降压起动，起动电流和起动转矩分别为50%抽头：Tst1=(0.5)2×Tst=(0.5)2×919.5=229.88N·mIst1=(0.5)2×Ist=(0.5)2×630=157.5A60%抽头：Tst2=(0.6)2×Tst=331.02N·mIst2=(0.6)2×Ist=226.8A80%抽头：Tst3=(0.8)2×Tst=588.48N·mIst3=(0.8)2×Ist=403.2A从以上结果可以看出，80%抽头的起动电流大于起动要求，60%抽头的起动电流较大，选用50%的抽头较为合适。［例7-5］一台三相异步电动机皮带拖动的通风机，通风机的功率为6kW，转速为1440r/min，效率为0.6，选择电动机的额定功率。［解］由于是皮带拖动，所以η2=0.95，则kWPPLN5.1095.06.0621因而可选择11kW的电动机。