第七章单相交流异步电动机
内容提要
在前面了解了三相异步电动机的概貌，掌握了三相异步电动机的电磁过程、拖动性质的基础上，本章主要介绍单相异步电动机的结构及其应用、磁场及其力矩特点，结合其工作原理，最后介绍几种常用的单相交流异步电动机的起动方法和具体应用情况。
7.1 单相交流异步电动机的结构及应用
7.1.1 单相交流异步电动机的结构
1. 定子部分
单相异步电动机的定子包括机座、铁心、绕组三大部分。分别介绍如下：
（1）机座采用铸铁、铸铝或钢板制成，其结构型式主要取决于电机的使用场合及冷却方式。单相异步电动机的机座型式一般有开启式、防护式、封闭式等几种。开启式结构的定子铁心和绕组外露，由周围空气流动自然冷却，多用于一些与整机装成一体的使用场合，如洗衣机等。防护式结构是在电机的通风路径上开有一些必要的通风孔道，而电机的铁心和绕组则被机座遮盖着。封闭式结构是整个电机采用密闭方式，电机的内部和外部隔绝，防止外界的浸蚀与污染，电机主要通过机座散热，当散热能力不足时，外部再加风扇冷却。
另外有些专用单相异步电动机，可以不用机座，直接把电机与整机装成一体，如电钻、电锤等手提电动工具等。
（2）铁心部分定子铁心多用铁损小、导磁性能好，厚度一般为0.35~0.5㎜的硅钢片冲槽叠压而成。定、转子冲片上都均匀冲槽。由于单相异步电动机定、转子之间气隙比较小，一般在0.2~0.4㎜。为减小开槽所引起的电磁噪声和齿谐波附加转矩等的影响，定子槽口多采用半闭口形状。转子槽为闭口或半闭口，并且常采用转子斜槽来降低定子齿谐波的影响。集中式绕组罩极单相电动机的定子铁心则采用凸极形状，也用硅钢片冲制叠压而成。
（3）绕组单相异步电动机的定子绕组，一般都采用两相绕组的形式，即主绕组和辅助绕组。主、辅绕组的轴线在空间相差90°电角度，两相绕组的槽数、槽形、匝数可以是相同的，也可以是不同的。一般主绕组占定子总槽数的2/3，辅助绕组占定子总槽数的1/3，具体应视各种电机的要求而定。
单相异步电动机中常用的定子绕组型式有单层同心式绕组、单层链式绕组、双层叠绕组和正弦绕组。罩极式电动机的定子多为集中式绕组，罩极极面的一部分上嵌放有短路铜环式的罩极线圈。
2. 转子部分
单相异步电动机的转子主要有转轴、铁心、绕组三部分，现分述如下：
（1）转轴转轴用含碳轴钢车制而成，两端安置用于转动的轴承。单相异步电动机常用的轴承有滚动和滑动两种，一般小容量的电机都采用含油滑动轴承，其结构简单，噪声小。
（2）铁心转子铁心是先用与定子铁心相同的硅钢片冲制，将冲有齿槽的转子铁心叠装后压入转轴。
（3）绕组单相异步电动机的转子绕组一般有两种型式，即笼型和电枢型。笼型转子绕组是用铝或者铝合金一次铸造而成，它广泛应用于各种单相异步电动机。电枢型转子绕组则采用与直流电机相同的分布式绕组型式，按叠绕或波绕的接法将线圈的首、尾端经换相器连接成一个整体的电枢绕组，电枢式转子绕组主要用于单相异步串励电动机。
3. 起动装置
除电容运转式电动机和罩极式电动机外，一般单相异步电动机在起动结束后辅助绕组都必须脱离电源，以免烧坏。因此，为保证单相异步电动机的正常起动和安全运行，就需配有
相应的起动装置。
起动装置的类型有很多，主要可分为离心开关和起动继电器两大类。图7-1所示为离心开关的结构示意图。离心开关包括旋转部分和固定部分，旋转部分装在转轴上，固定部分装在前端盖内。它利用一个随转轴一起转动的部件——离心块。当电动机转子达到额定转速的70％～80％时，离心块的离心力大于弹簧对动触点的压力，使动触点与静触点脱开。从而切断辅助绕组的电源，让电动机的主绕组单独留在电源上正常运行。
图7-1 离心开关结构示意图
离心块结构较为复杂，容易发生故障，甚至烧毁辅助绕组。而且开关又整个安装在电机内部，出了问题检修也不方便。故现在的单相异步电动机已较少使用离心开关作为起动装置，转而采用多种多样的起动继电器。起动继电器一般装在电动机机壳上面，维修、检查都很方便。常用的继电器有电压型、电流型、差动型三种，下面分别介绍其工作原理。
（1）电压型起动继电器接线如图7-2所示，继电器的电压线圈跨接在电动机的辅助绕组上，常闭触点串联接在辅助绕组的电路中。接通电源后，主、辅助绕组中都有电流流过，电动机开始起动。由于跨接在辅助绕组上的电压线圈，其阻抗比辅助绕组大。故电动机在低速时，流过电压线圈中的电流很小。随着转速升高，辅助绕组中的反电动势逐渐增大，使得电压线圈中的电流也逐渐增大，当达到一定数值时，电压线圈产生的电磁力克服弹簧的拉力使常闭触点断开，切除了辅助绕组与电源的联接。由于起动用辅助绕组内的感应电动势，使电压线圈中仍有电流流过，故保持触点在断开位置，从而保证电动机在正常运行时辅助绕组不会接入电源。
7-2 电压型起动继电器原理接线图7-3 电流型起动继电器原理接线图（2）电流型起动继电器电流型起动继电器其接线如图7-3所示，继电器的电流线圈与电动机主绕组串联，常开触点与电动机辅助绕组串联。电动机未接通电源时，常开触点在弹簧压力的作用下处于断开状态。当电动机起动时，比额定电流大几倍的起动电流流经继电器线圈，使继电器的铁心产生极大的电磁力，足以克服弹簧压力使常开触点闭合，使辅助绕组
的电源接通，电动机起动，随着转速上升，电流减小。当转速达到额定值的70％～80 %时，主绕组内电流减小。这时继电器电流线圈产生的电磁力小于弹簧压力，常开触点又被断开，辅助绕组的电源被切断，起动完毕。
（3）差动型起动继电器器其接线如图7-4所示差动式继电器有电流和电压两个线圈，因而工作更为可靠。电流线圈与电动机的主绕组串联，电压线圈经过常闭触点与电动机的辅助绕组并联。当电动机接通电源时，主绕组和电流线圈中的起动电流很大，使电流线圈产生的电磁力足以保证触点能可靠闭合。起动以后电流逐步减小，电流线圈产生的电磁力也随之减小。于是电压线圈的电磁力使触点断开，切除了辅助绕组的电源。
7-4 差动型起动继电器原理接线图
7.1.2 单相交流异步电动机的应用
单相异步电动机是用单相交流电源供电的一类驱动用电机，具有结构简单、成本低廉、运行可靠及维修方便等一系列优点。特别是因为它可以直接使用普通民用电源，所以广泛的运用于各行各业和日常生活，作为各类工农业生产工具、日用电器、仪器仪表、商业服务、办公用具和文教卫生设备中的动力源，与人们的工作、学习和生活有着极为密切的关系。
和容量相同的三相异步电机比较，单相异步电动机的体积较大，运行性能也较差，所以单相异步电动机通常只做成小型的，其容量从几瓦到几百瓦。由于只需单相交流220V电源电压，故使用方便，应用广泛，并且有噪声小、对无线电系统干扰小等优点，因而多用在小型动力机械和家用电器等设备上，如电钻、小型鼓风机、医疗器械、风扇、洗衣机、冰箱、冷冻机、空调机、抽油烟机、电影放映机及家用水泵等，是日常现代化设备必不可少的驱动源。
在工业上，、单相异步电动机也常用于通风与锅炉设备以及其他伺服机构上。
7.2 单相交流异步电动机的磁场
7.2.1 单相绕组的脉振磁场我们知道，单相交流电流是一个随时间按正弦规律变化的电流，因此，它所产生的磁场将是一个脉振磁场。即当某一瞬间电流为零时，如图7-5所示，电机气隙中的磁感应强度也等于零。电流增大时，磁感应强度也随着增强。电流方向相反时，磁场方向也跟着反过来。但是在任何时刻，磁场在空间的轴线并不移动，只是磁场的强弱和方向像正弦电流一样，随时间按正弦规律作周期性变化。
为了便于分析问题，通常可以把这个脉振磁场分解成两个旋转磁场来看待。这两个磁场的旋转速度相等，但旋转方向相反。每个旋转磁场的磁感应强度的幅值等于脉振磁场的磁感应强度幅值的一半。
7-5 单相异步电动机的脉振磁场
这样一来，任一瞬间脉振磁场的磁感应强度都等于这两个旋转磁场的磁感应强度的相量和。如图7-6所示，在他t0瞬时，两个旋转磁场的磁感应强度相量方向相反，所以合成磁感应强度B=0。在t1时，两个旋转磁场的磁感应强度相量都对水平轴线偏转一个角度，α=t1。从图7-6中t= t1瞬时的矢量图上看，B1和B2的合成磁感应强度ω
B= B1sinα+ B2sinα=1/2 B m sinωt1+ 1/2B m sinωt1= B m sinωt1
7-6 脉振磁场分解为两个旋转磁场
也可以同样证明，在其它任何瞬时，这两个旋转磁场的磁感应强度B1和B2的合成磁感应强度，就是脉振磁场的磁感应强度的瞬时值。
既然可以把一个单相的脉振磁场分解成两个磁感应强度幅值相等、转向相反的旋转磁场，当然也可以认为，单相异步电动机的电磁转矩也是分别由这两个旋转磁场所产生的转矩合成的结果。我们下一节再介绍单相异步电动机的力矩特点。当电动机静止时，由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等、转向相反，因而在转子绕组中感应产生的电动势和电流大小相等，方向相反。故两个电磁转矩的大小也相等、，方向也相反，于是合成转矩等于零，电动机不能起动。也就是说、，单相异步电动机的起动转矩为零。这既是它的一个特点，也是它的一大缺点。但是，如果用外力使转子起动一下，则不是朝正向旋转或反向旋转，电磁转矩都将逐渐增加，电动机将按外力作用方向达到稳定转速。
7.2.2 两相绕组的旋转磁场如上所述，单相绕组产生的是一个脉振磁场，其起动转矩等于零，不能自行起动。要应用单相异步电动机，首先必须解决它的起动问题。在本章第四节我们将详细介绍单相异步电动机的起动问题。基于此，一般单相异步电动机（除集中式罩极电动机外）均采用两套绕组。一套为主绕组（也叫工作绕组、运行绕组），另一套为辅助绕组（也叫起动绕组、副绕组）。主、辅绕组在定子空间布置上相差90°电角度，同时使两套绕组中的电流在时间上也不同相位。例如在辅助绕组中串联一个适当的电容器即可达到。这样一个相差90°电角度的两相旋转磁场就使单相异步电动机旋转起来。电动机转动起来后起动装置适时地自动将辅助绕组从电源断开，仅剩下主绕组在线路上工作。
我们来分析一下，为什么在看见互差90°电角度的两套绕组，通入相位上互差90°的两个电流后，能建立起旋转磁场。
如图7-7（a ）所示，i 1和i 2两个电流在相位上相差90°，图7-7（b ）所示为在空间布置上相差90°电角度的两相绕组。将i 1通入绕组A-X 、i 2通入绕组B-Y 。线端 A 、B 为绕组首端，线端X 、Y 为绕组末端。正电流从绕组的首端流入，负电流从绕组的末端流入。图7-7（c ）各图显示了i 1和i 2两个电流5个瞬时所产生的磁场情况，从图中可以看出，当电流变化一周时，磁场也旋转了一周。综上所述，我们只要将相位上相差90°的两个电流，通入在空间相差90°电角度的绕组，就能使单相异步电动机产生一个两相旋转磁场。在它的作用下，转子得到起动转矩而转动起来进行工作。
7-7 两相绕组产生的两相旋转磁场
7.3 单相交流异步电动机的力矩特点
上一节我们介绍单相交流异步电动机的磁场时，我们知道一个脉振磁动势可分解为两个幅值相等，并且等于脉振磁动势幅值的一半，旋转转速相同但旋转转速相反的两个磁动势。一个称为正转磁动势，另一个称为反转磁动势，这两个磁动势分别产生正转和反转磁场，正反转磁场同时在转子绕组中分别感应产生相应的电动势和电流，从而产生使电动机正转和反转的电磁转矩 T em+ 和T em-。正转电磁转矩若为拖动转矩，那么反转电磁转矩为制动转矩，因此对正转旋转磁场而言，电动机的转差率为
S +=0
0n n n - 正转电磁转矩T em+与正转转差率S +的关系T em+=f (S +),和三相异步电动机类似，如图7-8中的曲线1所示。但对反转磁场而言，电动机的转差率应为
S - =+-=--=--s n n n n n n n 2)(2)(0
0000 反转电磁转矩T em-与反转转差率S - 的关系T em-=f (S -)= f (2-S +)，它的曲线形状和T em+=f (S +)完全一样，不过T em+为正值，而T em-为负值，并且两转差率之间有S ++ S -=2的关系，T em-=f (S -)如图7-8中的曲线2所示。曲线1和曲线2分别为正转和反转的T em - S 曲线，它们相对于原点对称。电动机的合成电磁转矩为T em =T em+ +T em-。因此在单相电源供电下，异步电动机或者是单相异步电动机的T em —s 曲线为T em+ +T em-= f (S)，如图7-8中的曲线3所示。
从图7-8所示的T em —s 曲线可看出，单相异步电动机有两个特性：
1） 电动机不转时，n=0,即S + =S -=1时，合成转矩T em+ +T em-=0，电动机无起动转矩。
2） 如果施加外力使电动机向正转或反转方向转动，即S +或S -不为“1”时，这样合成电磁转矩不等于零，去掉外力，电动机会被加速到接近同步转速n 0,换句话说，单相异步电动机虽无起动转矩，但一经起动，就会转动而不停止。
图7-8 单相异步电动机的T em —s 曲线
以上的单相异步电动机的特性我们还可以用把脉振磁动势转变为旋转磁动势的道理去分析。
由于单相异步电动机的转子是笼型的，结构上对称，不论转子处于什么位置，从电磁效应考虑，都可以用定子磁动势及其垂直轴线（以下定子磁动势轴线成为直轴，用下标“d ”表示，与定子磁动势轴线垂直的轴线称为交轴，用下标“q ”表示）上各有两根导条的转子去代替n 根导条均匀分布的实际笼型转子。如图7-9所示。
7-9 从脉振磁动势转变为旋转磁动势 7-10 椭圆形旋转磁场的矢量表示
这样，当电动机不转时，脉振磁动势所建立的脉振磁场仅在q 轴上导条1—1’组成的线圈内感应产生电动势和电流，其正方向在图7-9中表明。2—2’导条组成的线圈不与脉振磁场交链，其中无电动势和电流。这时，单相异步电动机好像一台二次侧短路的单相变压器，作用在导条1—1’上的电磁力互相抵消，不能形成电磁转矩，电动机不能起动。和变压器一样，其合成磁动势仍为脉振磁动势，磁动势的方向不变。
如果用外力拖动转子逆时针方向转动，由于不论转子处于什么位置，转子上导条组成的等效线圈总在 d 、q 轴上，而q 轴线圈2—2’切割脉振磁场，在其中感应产生电动势及电流；d 轴线圈1—1’因处于磁场中性线上不切割磁场，故其中无电动势和电流。所以当转子转动以后，电动机内的电磁情况有了变化。 设脉振磁场按正弦分布，即 则每极脉振磁通为 （7-1）
x t B B m τωπsin cos =t l B m ωτφcos π2?
=
式中 τ为极距；l 为定子铁心长度。
Φ除在d 轴线圈1—1′中感应产生所谓变压器电动势e d 以外，还在q 轴线圈2—2′中感应产生速度电动势e q ，这两种电动势分别为
（7-2） d
N '—等效线圈1—1′的匝数
（7-3） q
N '—等效线圈2—2′的匝数 所以单相异步电动机转动时，其中存在着空间和时间上均相差90°电角度的两种脉振磁动势，其表达式可写为 （7-4） （7-5）
式中 F d 、F q 分别为直、交轴脉振磁动势的幅值。合成磁动势为
（7-6）
从旋转磁动势理论可知，将两个空间和时间上均相差90°电角度的两种脉振磁动势合成，如脉振磁动势的幅值相等，则合成为圆形旋转磁动势。如两磁动势幅值不等，则合成为为一椭圆形旋转磁动势。如果用矢量法去描述（7-6）所表达的合成磁动势，如图7-10所示，图中F +为正转（逆时针）旋转磁动势的矢量，F -为反转（顺时针）旋转磁动势的矢量。当 ωt=0时，F +与 F -重合，选ωt=3/π，3/2π，π，… 等几个特定瞬间，将F +与 F -合成，结果得出的合成磁动势为正弦分布，幅值变动，非恒速旋转的一种磁动势，其矢量矢端的轨迹为一椭圆。合成磁动势的最大幅值（椭圆的长轴）为正转和反转磁动势幅值之和，最小幅值（椭圆的短轴）为正转和反转磁动势幅值之差，旋转方向与正转磁动势相同。
从以上分析可知，单相异步电动机一经转动以后，由于出现交轴磁动势，其磁动势即由脉振磁动势变为旋转磁动势（一般为椭圆形旋转磁动势），随着转速的增大，由于交轴线圈中的电动势E q 与转速n 成正比，I q 与F q 逐渐增大，从式（7-6）可看出，F +增大， F -减小，合成磁动势会变得接近圆形旋转磁动势，由合成磁动势建立的磁场会变得接近圆形旋转磁场。因此，单相异步电动机和三相异步电动机一样，能够产生电磁转矩使电动机继续转动。
如果外力拖动电动机顺时针方向转动，电磁情况完全和逆时针方向转动一样。所以不加任何起动措施的单相异步电动机旋转方向可以是任意的。如何解决起动问题是单相异步电动机付诸实用的关键问题。
7.4 单相交流异步电动机的起动方法
从前面分析我们知道，单相异步电动机不能自行起动，而必须依靠外力来完成起动过程。不过它一旦起动即可朝起动方向连续不断地运转下去。根据起动方式的不同，单相异步电动机可以分为许多不同的型式。常用的有：1)罩极式电动机；2)分相式电动机；3)电容式电动机（又分为：电容起动式；电容运转式；电容起动、运转式三种)。下面将分述这些电机特性及其起动方法等。
t l B N t N e m d d d ωωτφsin π
2d d '='-=t
lv B N Blv N e m q q q ωcos 22'='=t
x F f d d ωτcos πcos ?=t x F f q q ωτsin πsin ?=??? ??++??? ??-=+=-+t x F t x F f f f q d ωτωτπcos πcos
7.4.1罩极式电动机罩极式电动机的工作原理见图7-11所示，定子上有凸出的磁极，主绕组就安置在这个磁极上。在磁极表面约1／3处开有一个凹槽，将磁极分成为大小两部分，在磁极小的部分套着一个短路铜环，将磁极的一部分罩了起来，称为罩极，．它相当于一个副绕组。当定子绕组中接入单相交流电源后，磁极中将产生交变磁通，穿过短路铜环的磁通，在铜环内产生一个相位上滞后的感应电流。由于这个感应电流的作用，磁极被罩部分的磁通不但在数量上和未罩部分不同，而且在相位上也滞后于未罩部分的磁通。这两个在空间位置不一致，而在时间上又有一定相位差的交变磁通，就在电机气隙中构成脉动变化近似的旋转磁场。这个旋转磁场切割转子后，就使转子绕组中产生感应电流。载有电流的转子绕组与定子旋转磁场相互作用，转子得到起动转矩，从而使转子由磁极未罩部分向被罩部分的方向旋转。
7-11 单相罩极电动机结构示意图
罩极式电动机也有将定子铁心做成隐极式的，槽内除主绕组外，还嵌有一个匝数较少，与主绕组错开一个电角度，且自行短路的辅助绕组。
罩极电动机具有结构简单、制造方便、造价低廉、使用可靠、故障率低的特点。其主要缺点是效率低、起动转矩小、反转困难等。罩极电动机多用于轻载起动的负荷，凸极式集中绕组罩极电动机，常用于电风扇、电唱机。隐极式分布绕组罩极电动机则用于小型鼓风机、油泵中。
7.4.2分相式电动机单相分相式电动机又称为电阻起动异步电动机，它构造简单，主要由定子、转子、离心开关三部分组成。转子为笼型结构，定子采用齿槽式，如图7-12所示。定子铁心上面布置有两套绕组，运行用主绕组使用较粗的导线绕制，起动用的副绕组用较细的导线绕制。一般主绕组占定子总槽数的2/3，辅助绕组占定子总槽数的1/3。辅助绕组只在起动过程中接入电路，当电动机达到额定转速的70％～80％时，离心开关就将辅助绕组从电源电路断开，这时电动机进入正常运行状况。
7-12 分相式电动机的定子示意图7-13 分相式电动机的接线图
单相分相式电动机的定子铁心上布置有两套绕组，即主绕组和辅助绕组。这两套绕组在空间位置上相差90°电角度，在起动时为了使起动用辅助绕组电流与运行用主绕组电流在时间上产生相位差，通常用增大辅助绕组本身的电阻(如采用细导线)，或在辅助绕组回路中串联电阻的方法来达到，即电阻分相式。
由于这两套绕组中的电阻与电抗分量不同，故电阻大电抗小的辅助绕组中的电流，比主绕组中的电流先期达到最大值。因而在两套绕组之间出现了一定的相位差，形成了两相电流。结果就建立起了一个旋转磁场，转子就因电磁感应作用而旋转。
从上面我们知道，单相分相式电动机的起动依赖定子铁心上相差90°电角度的主、辅助绕组来完成。由于要使主、辅助绕组间的相位差足够大，就要求辅助绕组选用细导线来增加电阻。因而辅助绕组导线的电流密度都比主绕组大，故只能短时工作。起动完毕后必须立即与电源切断，如超过一定时间，辅助绕组就可能因发热而烧毁。
单相分相式电动机的起动，可以用离心开关或多种类型的起动继电器去完成。图7-13所示即为用离心开关起动的分相式电动机接线图。
分相电动机具有构造简单、价格低廉、故障率低、使用方便的特点。分相式电动机的起动转矩一般是满载转矩的两倍，因此它的应用范围很广，如电冰箱、空调机的配套电动机。单相分相式电动机具有中等起动转矩和过载能力，适用于低惯量负载、不经常起动、负载可变而要求转速基本不变的场合，如小型车床、鼓风机、电冰箱压缩机、医疗器械等。
7.4.3电容式电动机单相电容式电动机具有三种型式，即：电容起动式；电容运转式；电容起动、运转式。电容电动机和同样功率的分相电动机，在外形尺寸、定、转子铁心、绕组、机械结构等都基本相同，只是添加了1～2个电容器而已。
从前面所述我们知道，单相异步电动机中，它的定子有两套绕组，且在空间位置上相隔90°电角度。因此在起动时，接入在时间上具有不同相位的电流后，产生了一个近似两相的旋转磁场，从而使电动机转动。在分相式电动机中，主绕组电阻较小而电抗较大，辅助绕组则电阻较大而电抗较小，也就是利用这个原理。因此辅助绕组中的电流大致与线路电压是同相位的。而在实际上，每套绕组的电阻和电抗不可能完全减少为零，所以两套绕组中电流90°相位差是不可能获得的。从实用出发则只要相位差足够大时，就能产生近似的两相旋转磁场，从而使转子转动起来。
如在电容电动机的辅助绕组中串联一只电容器，它的电流在相位上就将比线路电压超前。将绕组和电容器容量适当设计，两套线圈相互就完全可以达到90°相位差的最佳状况，这样就改进了电动机的性能。但在实际上，起动时定子中的电流关系还随转子的转速而改变。因此，要使它们在这段时间内仍有90°的相位差，那末电容器电容量的大小就必须随转速和负载而改变，显然这种办法实际上是做不到的。由于这个原因，根据电动机所拖动的负载特，而将电动机做适当设计，这样就有了上面所说的三种型式的电容电动机。
1、电容起动式电动机如图7-14所示，电容器经过离心开关接入到起动用辅绕组，主、辅绕组的出线U1、U
2、V1、V2。接通电源，电动机即行运转。当转速达到额定转速的70％～80％时，离心开关动作，切断辅助绕组的电源。
在这种电动机中，电容器一般装在机座顶上。由于电容器只在极短的几秒钟起动时间内才工作，故可采用电容量较大，价格较便宜的电解电容器。为加大起动转矩，其电容量可适当选大些。
7-14 单相电容起动式电动机接线图7-15 单相电容运转式电动机接线图
2、电容运转式电动机如图7-15所示，电容器与起动用副绕组中没有串接起动装置，因此电容器与辅助绕组将和主绕组一起长期运行在电源线路上。在这类电动机中，要求电容器能长期耐较高的电压，故必须使用价格较贵的纸介质或油浸纸介质电容器，而绝不能采用电解电容器。
电容运转式电动机省去了起动装置，从而简化了电动机的整体结构，降低了成本，提高了运行可靠性。同时由于辅助绕组也参与运行，这样就实际增加了电动机的输出功率。
3、电容起动与运转式电动机如图7-16所示，这种电动机兼有电容起动和电容运转两种电动机的特点。起动用辅助绕组经过运行电容C1与电源接通，并经过离心开关与容量较大的起动电容C2并联。接通电源时，电容器C1和C2都串接在起动绕组回路中。这时电动机开始起动，当转速达到额定转速的70％～80％时，离心开关S动作，使将起动电容C2从电源线路切除，而运行电容C1则仍留在电路中运行。
7-16 单相电容起动与运转电动机接线图7-17 电容器和自耦变压器组合起动接线图显然，这种电动机需要使用两个电容器，又要装起动装置，因而结构复杂，并且增加了成本，这是它的缺点。
在电容起动与运转式电动机中，也可以不用两个电容量不同的电容器。而用一只自耦变压器，如图7-17所示。起动时跨接电容器两端的电压增高，使电容器的有效容量比运转时大4～5倍。这种电动机用的离心开关是双掷式的，电动机起动后，离心开关接至S点，降低了电容器的电压和等效电容量，以适应运行的需要。
单相电容电动机三种类型的特性及用途如下。
单相电容起动式电动机这种电机具有较高起动转矩，一般达到满载转矩的3～5倍，故能适用于满载起动的场合。由于它的电容器和副绕组只在起动时接入电路，所以它的运转都与同样大小并有相同设计的分相式电动机基本相同。单相电容起动式电动机多用于：电冰箱、
水泵、小型空气压缩机及其它需要满载起动的电器、机械。
单相电容运转式电动机这种电机的起动转矩较低，但功率因数和效率均比较高。它体积小、重量轻、运行平稳、振动与噪声小、可反转、能调速，适用于直接与负载联接的场合。如电风扇、通风机、录音机及各种空载或轻载起动的机械，但不适于空载或轻载运行的负载。
单相电容起动与运转式电动机这种电机具有较好的起动性能，较高的功率因数、效率和过载能力，可以调速。适用于带负载起动和要求低噪声的场合，如小型机床、泵、家用电器等。
小结
单相异步电动机的工作原理是建立在脉振磁动势可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势理论的基础上。电动机固有特性是不能自行起动，但一经起动即可连续的旋转，由此设法加强正向旋转磁动势，削弱反向旋转磁动势，使磁动势变为椭圆形旋转磁场，从而可解决起动问题。按起动方法和相应结构的不同，单相异步电动机有罩极式电动机、分相式电动机、电容式电动机等三大类。单相异步电动机理论复杂，性能较三相异步电动机较差，但应用非常广泛。
思考题
1、三相异步电动机断了一根电源线成为单相还是两相？为什么？
2、罩极式电动机的转子转向能否改变？
3、有人安装一台吊扇，安装完毕通电后，发现扇叶是旋转的但没有风，试想一下是什么原
因和怎么解决。
4、有人安装一台吊扇，安装完毕通电后，发现扇叶不旋转，用手去转动一下扇叶后，扇叶
就逐渐加速旋转起来。断电后，扇叶停止，再通电，扇叶又不动，用手反方向转动一下扇叶，风扇就反方向旋转起来，问是什么原因及怎么解决？
5、三相异步电动机的3根电源断了一根，为什么不能起动？而在电动机运行过程中断了一
根电源线，为什么能继续转动？考虑这两种情况各对电动机有什么影响？
6、现在只有单相电源，考虑如何使一个三相异步电动机工作起来？
作业题
1、如何改变电容分相式单相异步电动机的转向？
2、试比较单相异步电动机和三相异步电动机的转矩—转差率曲线，着重就以下各点比较：
①当s=0时的转矩；
②当s=1时的转矩；
③最大转矩；
④在有相同转矩时的转差率；
⑤当时的转矩。
3、单相异步电动机主要分为哪几种类型？简述罩极电动机的工作原理。
4、试画出单相电阻起动异步电动机的电路图和相量图。
作业题解答
1、答：如果要改变分相式电动机的转动方向，只需将辅助绕组与主绕组相并联的接线端子
对调即可。
2、比较结果如下：
情况三相单相
（1）s=0 T em=0 T em<0
（2）s=1 T em>0 T em=0
（3）最大转矩T max3 > T max1
（4）相同转矩时S3 < S1
（5）1
3、答：根据起动方式的不同，单相异步电动机可以分为许多不同的型式。常用的有：1)罩
极式电动机；2)分相式电动机；3)电容式电动机（又分为：电容起动式；电容运转式；
电容起动、运转式三种)。
罩极式电动机的工作原理：定子上有凸出的磁极，主绕组就安置在这个磁极上。在磁极表面约1／3处开有一个凹槽，将磁极分成为大小两部分，在磁极小的部分套着一个短路铜环，将磁极的一部分罩了起来，称为罩极，．它相当于一个副绕组。当定子绕组中接入单相交流电源后，磁极中将产生交变磁通，穿过短路铜环的磁通，在铜环内产生一个相位上滞后的感应电流。由于这个感应电流的作用，磁极被罩部分的磁通不但在数量上和未罩部分不同，而且在相位上也滞后于未罩部分的磁通。这两个在空间位置不一致，而在时间上又有一定相位差的交变磁通，就在电机气隙中构成脉动变化近似的旋转磁场。
这个旋转磁场切割转子后，就使转子绕组中产生感应电流。载有电流的转子绕组与定子旋转磁场相互作用，转子得到起动转矩，从而使转子由磁极未罩部分向被罩部分的方向旋转。
4、答：
单相罩极电动机结构示意图罩极式电动机磁通相量图。
E s 短路铜环中感应产生电动势
。
I s短路铜环中感应产生电流
。
φ0未穿过罩极部分的磁通
。
φ′穿过罩极部分的磁通
。
φs 。I s产生的磁通
教材参考书
顾绳谷主编电机及拖动基础第3版机械工业出版社2005 金续曾编著单相异步电动机绕组修理机械工业出版社2001
.. . . .. -2008佳木斯电动机股份有限公司技术文件 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机 （机座号80～355） 产品样本 佳木斯电动机股份有限公司发布
YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机（机座号80～355）样本1 概述 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机是我公司开发设计的全封闭自扇冷式高效率三相异步电动机。效率指标符合GB 18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中的“电动机节能评价值”中的1级效率的规定，并满足美国能源法规定的电动机应符合EPACT效率指标要求的规定。 本系列电动机符合国家标准GB 《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》和GB 《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》的规定。 本系列电动机制成隔爆型，适用于爆炸性气体环境中机械设备的电力驱动。分为I类和II类，I类：煤矿用电气设备，防爆标志为ExdI；II类：除煤矿外的其它爆炸性气体环境，防爆标志为ExdIIAT（1-4），ExdIIBT（1-4），ExdIICT（1-4），温度组别为T1、T2、T3、T4。 本系列电动机机座号范围为H80～H355，功率等级和安装尺寸符合GB/IEC 60072-1和GB/ IEC 60072-2标准的规定。 2 产品特点 YBX3系列电动机整体外观见图1。 图1 整体外观图 产品主要有以下特点： a) 电动机主接线盒位于机座的顶部，可以左右旋转满足用户不同出线方式的要求。 b）机座号H160及以上电机，可以根据用户需要提供定子测温装置、轴承测温装置、加热器、注排油装置。
c) 接线盒、机座、端盖和风罩的外形美观、样式新颖，并且有利于降噪和通风。 d) 电动机采用F级绝缘系统，温升按B级考核，从而延长电机的使用寿命。 e) 电动机工作制为S1，冷却方式为IC411，外壳防护等级为IP55。 f) 适用于各种应用场合，如：“W”、“TH”、“WTH”、“F1”、“F2”、“WF1”及“WF2”， 其中：W为户外防轻腐蚀；TH为湿热；WTH为户外湿热；F1为户内防中等防腐；F2为户内防强腐蚀；WF1为户外防中等腐蚀；WF2为户外防强腐蚀。 g) 优良的起动特性。 h) 电动机的高质量保证了很高的运行可靠性。 i) 高效、节能、安全、环保。 今天，任何一个购买新电动机或者希望对原有电动机进行大修的人，都应该仔细地计算一下：采用节能电动机是否更值得一般情况下采用节能电动机是明智的，因为它是降低电能费用最有效的措施。 在分析电动机的费用时—典型的运行时间是每年3000小时，共运行十年—购买、安装和服务、维护的费用全部加在一起，约为总费用的3%。运行费用几乎全部是电能费用，却超过总费用的97％。如果能够在电能费用上得到节约，那么，只要电动机在运行，你就是节约的。尽管电动机的购置费用较高，但可以在一年以内回收。然而上述计算不能单纯只看它的商业价值。电动机消耗了工业用电能的60％，一项研究表明，驱动系统的节约潜力—大约是每年—它相当于八个燃煤电站的出力；不仅如此，还要排放1100万吨的碳氧化物。这意味着，环境保护也受益于每台节能电动机。 YBX3系列电动机的效率平均比YB2系列电动机高出2%～3%，具体见图2，高出部分的效率节约的电能费用要远远超出所增加的费用。 图2 YBX3与YB2系列电动机效率对比值 以15kW-4P 电动机为例对YB2与YBX3原材料使用情况与节能情况进行对比分析，原材料的使用情况具体见表1。 表1 YB2和YBX3电动机原材料使用情况
Y系列三相异步电动机 Y SERIES T HREE P HASE INDUCT ION MOTOR 机座号80~315 功率0.55~200kW 工作制 S1 绝缘等级 B 适用于：一般场所和无特殊要求的机械，如金属切削机床、泵、风机、运 输机械、搅拌机、农业机械、食品机械等。 Applications:General purpose including cutting machines, pumps, fans, conveyors, machines tools of farm duty and food process. 特点：绝缘等级为B级，外壳防护等级为IP44。 Features:The insulation class is B; the protective class is IP44. 使用条件：海拔不超过1000m。环境温度随季节变化，但最高不超过+40℃， 最低不低于-15℃。 Circumstance For Use:The altitude not exceeding 1000m above sea level. The ambient temperature subject to seasonal variations but not exceeding 40℃and not less than -15℃. 性能数据Performance Data380V 50Hz
常用的安装结构型式，以及适用的机座号见下表 Conventional mounting type and suitable frame size are given in following table （with “√”) “√”表示可以制造生产的结构型式。 外形及安装尺寸 Dimensions mm B3 B5 B35
单相鼠笼式异步电动机的工作原理 单相鼠笼式异步动机由单相电源供电，它直接接到220伏单相交流电源上就能工作，但要采取一定的措施，否则启动不起来。我们日常生活用的一些家用电器，如空调器、电冰箱、洗衣机、电扇等广泛应用着单相异步电动机。 单相异步电动机的工作原理 当给三相异步电动机的定子三相绕组通入三相交流电时，会形成一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子将获得启动转矩而自行启动。当三相异步电动机通入单相交流电时就不能产生旋转磁场。 下面来分析单相异步电动机定子绕组通入单相交流电时产生的磁场情况。如下图所示为一台简单的单相异步电动机原理图，定子铁心上布置有单相定子绕组，转子为鼠笼结构。 交流电流波形
电流正半周产生的磁场 电流负半周产生的磁场 当向单相异步电动机的定子绕组中通入单相交流电后，由上图可见，当电流在正半周及负半周不断交变时，其产生的磁场大小及方向也在不断变化（按正弦规律变化），但磁场的轴线则沿纵轴方向固定不动，这样的磁场称为脉动磁场。 当转子静止不动时转子导体的合成感应电动势和电流为0，合成转矩为0，因此转子没有启动转矩。故单相异步电动机如果不采取一定的措施，单相异步电动机不能自行启动，如果用一个外力使转子转动一下，则转子能沿该方向继续转动下去。 单相异步电动机根据其启动方法或运行方法的不同，可分为单相电容运行电动机；单相电容启动电动机；单相罩极式电动机等。下面分别介绍。单相异步电动机容量一般较小，运行性能较差。 t 45 90 135 180 225 270 360 315
图1 单相电容运行异步电动机原理图 (a)接线图 (b)电流相量图 图1是单相电容运行异步电动机工作原理图。单相电容式异步电动机的定子铁芯上嵌放两套绕组：主绕组U1—U2（主绕组又称工作绕组）和副绕组Z1—Z2（副绕组又称启动绕组）。两套绕组在空间的位置上互差90度电角度。在启动绕Z1—Z2中串入一个电容器C后再与工作绕组并联，然后接到单相电源上。设流过启动绕组Z1－Z2的电流为iz，流过工作绕组U1—U2的电流以为iu，当接上电源后，由于电容的充放电作用，iz落后于iu90度，流过两套绕组的电流iz与iu在相位上相差90度，如图2所示。 设电动机两个绕组接上交流电源后，电流为正值时，电流从绕组的头端进去尾端出来；电流为负值时，电流从绕组的尾端进去头端出来。 从图2可看到：在t＝0瞬间，iz=0，绕组Z1—Z2中无电流流过；而这瞬时iu为负的最大值，绕组U1—U2中电流由U2进Ul出。用右手定则可判断，此时电动机中会产生如图2所示磁场，其合成磁场方向向下。 从图2可看到：在ωt=π/2瞬间，iu＝0，绕组U1—U2中无电流流过；这瞬间iz为正的最大值，绕组Z1-Z2中电流从Z1进Z2出。此时电动机内磁场分布如图2所示，其合成磁场方向较t=0时刻顺时针方向旋转了90角度。
交流异步电动机的技术总结 各位读友大家好，此文档由网络收集而来，欢迎您下载，谢谢 《交流异步电动机的技术总结》是一篇好的范文，好的范文应该跟大家分享。篇一：异步电动机总结提纲 异步电动机 1、电动机的起动性能要求：起动电流越小越好；起动转矩 足够大（适当电动机起动时，只有TS大于(～)倍的负载转矩才可顺利起动，一般异步电动机起动转矩倍数=～）；起动时间越短越好；起动设备越简单越好。 2、大型异步电动机直接起动时可能引起什么现象？该如 何解决？ 3、不同异步电动机（鼠笼机、绕线机）的各种起动方法（直 接起动、降压起动、转子回路串电
阻起动）及特点：一般电动机在启动时，电机定子从电网中取用的电流约为电机额定电流的5～7倍。小电机启动后经一两秒钟，随转子转速逐渐升高，电流迅速减小；而大电机要经十几秒，甚至几十秒后转子才能达到稳定转速。即要到启动结束，电流才降为额定值左右。异步电动机启动电流大，会对使用带来什么问题呢?如果这台电机使用时启动次数频繁，电机则会由于启动电流的影响而发热严重，会影响电机正常使用寿命。此外，如果所使用的电机启动次数虽然不频繁，当它的容量超过电源变压器容量的30%时，由于启动电流大，会造成变压器对外供电的输电线上的电压降过大，从而影响接在同一台变压器上的其他用电设备的工作。因而在启动时必须采取一定的措施，以限制启动电流不致过大。由于使用电机种类不同，生产情况不同，所以电机启动方法也不同。对于鼠笼式电动机，只要电网许可，并且启动次数不太频繁，应尽量采用直接启
动。即将定干绕组接好后，直接接入额定电压。采用直接启动最简单也最经济，不需要启动设备。如果鼠笼电动机容量相对较大，最全面的范文参考写作网站为限制它的启动电流，一般采用降压启动。降压启动是在电机启动时不给电机加上额定电压，而是加上一个较低的电压。这样可以大大降低启动电流。常用的降压方法为Y-△启动。这种方法可用于风机、水泵等启动负载较小的电机上。降压启动方法较多，但鼠笼电机采用Y-△启动，所用的设备简单，体积小，重量轻，易维修，价格低，所以最 常用。 绕线式电动机在启动时常带较重负载，为限制启动Y—Δ起动、过载能力电流，采用定子接额定电压而转子电路中串入电阻或频敏变阻器。这种方法既能减小启动电流，又可增大启动转矩。 4、异步电动机的起动方法核算：根据电动机参数及负载情 况选择起动方法。
电气控制技术项目教程——项目11 河北省科技工程学校 姚锦卫
学习目标 知识目标： 了解单相异步电动机的结构及原理。 掌握单相异步电动机正反转控制电路的组成和原理。 掌握单相异步电动机调速控制电路的组成和原理。 技能目标： 能正确安装单相电动机正反转控制电路。 能正确安装检修单相电动机调速控制电路。项目十一单相异步电动机控制电路
课程导入 单相异步电动机控制电路 单相异步电动机是利用单相交流电源供电的小容量交流电动机，由于它结构简单、成本低廉、运行可靠、移动安装方便，并可以直接在单相220V交流电源上使用，因此广泛应用于工业、农业、医疗、家用电器以及办公场所等。 a) b) c) d) 图11-1 几种常见的单相异步电动机 a)单相电阻起动电动机b) 单相电容起动电动机 c) 单相电容运转电动机d) 排气扇电动机
项目十一单相异步电动机控制电路 任务一单相异步电动机正反转控制电路 任务二单相异步电动机调速控制电路任务总览 知识拓展电动机基本知识总结 练习题
任务一单相异步电动机正反转控制电路 单相异步电动机按其定子结构和起动机构的不同，可分为电容式、分相式、罩极式等几种。本任务中以广泛应用于洗衣机的单相电容起动与运转电动机为例进行讲解。 一、单相电容起动与运转异步电动机 单相异步电动机有两个定子绕组，一个是工作绕组（主绕组），用以产生主磁场；另一个是辅助绕组（副绕组），用来与主绕组共同作用，产生合成的旋转磁场，使电动机得到起动转矩。这两个绕组在空间相差90°，起动绕组串联一个适当容量的电容器。如图11-2所示。
任务一单相异步电动机正反转控制电路 二、单相异步电动机的正反转控制 单相异步电动机的正反转控制多用于对电容式电动机的控制，特 别广泛地用于洗衣机电动机，因为这种电动机的主、副绕组可以交替 使用。 当开关S置于触头“1”时为正转，此时 是以绕组A为工作绕组，B为起动绕 组，起动绕组在整个时间都工作。 选择合适的电容，可使B电流超前 于A 90°。 当开关S置于触头“2”时，A做为起动 绕组，B做为工作绕组，A电流超 前于B 90°，电动机发生反转。 图11-2 单相电容式电动机正反转控制电路
本科毕业设计（论文） 文献综述 院（系）：电气信息学院 专业：电气工程与自动化 班级：2010级 学生姓名：学号: 2013 年12 月18 日本科生毕业设计（论文）文献综述评价表
75KW三相鼠笼异步电动机设计1前言： 现在社会中，电能是使用最广泛的一种能源，在电能的生产、输送和使用等方面，作为动力设备的电机是不可缺少的一部分。电机是各个行业生产过程及日常生活中普遍使用的基础设备，它是进行电能量和机械能量转换的主要器件。它在现代工业、现代农业、现代国防、交通运输、科学技术、信息传输和日常生活中都得到最广泛的应用。 三相异步电动机在生产和交通运输中得到广泛使用，例如，在工业方面，它被广泛用于拖动各种机床、水泵、压缩机、搅拌机、起重机械等。在农业方面，他被广泛用于拖动排灌机械、脱粒机及各种农产品的加工机械。在家用电器和医疗器械和国防设施中，异步电动机也应用十分广泛，作为拖动各种机械的动力设备。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。而随着电力电子技术的不断发展，由异步电动机构成的电力拖动系统也将得到越来越广泛的应用。异步电动机与其它类型电机相比，之所以能得到广泛的应用是因为它具有结构简单、制造容易、运行可靠、效率较高、成本较低和坚固耐用等优点。 电动机是把电能转化为机械能，电动机作为各种用途的生产机械的动力元件，功率从几瓦到几万千瓦，每分钟转速从几十到几千转，应用十分广泛。电动机主要分为同步电动机、异步电动机与直流电动机三种，分别应用于不同的场合，而其中以三相异步电动机的使用最为广泛。 2 主题： 提高国内电机的可靠性和经济性指标被列为“十五”计划基本任务的两项重要内容。国内电机质量和技术水平差距的其中两个体现方面就可靠性差，经济指标落后。对电机进行细微的失效机理分析，采用新的设计方案、新的原材料及加工工艺是提高电机可靠性和经济指标的根本途径。 国外公司注重新产品开发，在电机的安全、噪声、电磁兼容等方面很重视。国外的先进水平主要体现在电机的可靠性高，寿命长，通用化程度高，电机效率不断提高，噪声低，重量轻，电机外形美观，绝缘等级采用F级和H级。国内市场供大于求,只能去发展特殊、专用电机,开发新产品,满足配套主机行业的特殊需要;国外市场由于普通中小型电机特别是小型电机是传统工业产品,耗用原材料及工时多而获利少,是劳动密集型产品,工业发达国家普遍不愿意生产,纷纷
佳木斯电机股份有限公司企业标准 YGP系列辊道用变频调速 三相异步电动机样本 2007-11-16 发布2007-12-01 实施佳木斯电机股份有限公司发布
1概述 (1) 2选型指南 (1) 3现场应用条件 (1) 4结构特点 (2) 5技术数据表 (2) 6外形尺寸及安装尺寸 (5) 7现场安装时的接口尺寸 (8) 8派生产品 (8) 9订货须知 (8)
YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机样本 1概述 1.1 该产品适用行业及所配的机械 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机是新一代高可靠性的变频用辊道电机，具有体积小、重量轻、性能好、使用可靠和维护方便的优点，其综合技术指标达到国际同类产品先进水平。 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机适用于频繁起制动、正反转、反接制动等恶劣条件下连续 或断续工作，具有较大的调速范围、过载能力和机械强度，是冶金工业辊道传送的变频电机，也可用于 其它类似机械设备上。 1.2 其它 YGP系列辊道用变频调速三相异步电动机的额定电压为380V ,可按照实际所需的转速范围确定 YGP电机的额定频率的最佳值，调速范围宽、振动小、噪声低，能与国内外各种变频装置相配套。变频范围从5-100HZ ;额定频率以下为恒转距调速，额定频率以上为恒功率调速，适用于V/F控制、转差角频率控制及矢量控制等控制方式。当用于矢量控制时，如用户需要如图1所示等效电路中的参数时，我 公司可单独提供，本样本不再列出。根据电机和变频器的不同选择和实际需要，可按图2所示Q1、Q2、Q3、Q4曲线进行不同的电压补偿，以满足在低频时输出恒转距的要求。 图2 2选型指南 3现场应用条件 3.1 海拔 不超过1000m。（如果在海拔超过1000m使用时，应按GB755的规定处理） 3.2 湿度 最湿月份的月平均最高相对湿度为95%，同时该月份平均最低温度不高于25C。
交流感应电动机无速度传感器的 高动态性能控制方法综述 清华大学 杨耕 上海大学 陈伯时 摘要:文章分析了交流感应电机无速度传感器的高动态性能控制方案的控制要点。在介绍国内外产业界已实用化的、以及正在研发中的几种代表性的控制策略的同时,讨论了各种方法理论要点和实际应用中的特点。最后,介绍了当前的几个研究热点问题并就发展方向提出了一点设想。 关键词:异步电动机控制 无速度传感器 转矩控制 磁链观测 速度辨识 Rev iew the M ethods for the Speed Sen sor-less Con trol of I nduction M otor Yang Geng Chen Bo sh i Abstract:T h is paper analyzes theo retical po ints of the i m p lem entati on fo r h igh perfo r m ance contro l of in2 ducti on mo to r w ithout speed senso r.A fter that,typ ical app roaches of the contro l strategy,w h ich are used in p ractical p roducts o r are being developed recently,are p resented and the characteristic of each app roach is dis2 cussed.F inally,som e unso lved p roblem s being researched as w ell as the develop ing po tentials are introduced. Keywords:contro l of inducti on mo to r speed senso r2less to rque contro l flux observer speed identifica2 ti on 1 前言 交流感应电机的无速度传感器高动态性能控制,是为了实现与有速度传感器的矢量控制(或直接转矩控制)相当的转矩和速度性能的方案,被用于无法设置速度传感器的设备或新一代高性能通用变频器之中[1,2]。相关的理论与技术也成为近10年来交流传动领域的热门研发内容之一。 本文主要综述在无速度传感器的前提下,具有速度反馈控制环的矢量控制方案(V C)和直接转矩控制方案(D TC),而不讨论诸如“V F控制+为补偿负载变动的滑差补偿”等只考虑静态的方法。本文在介绍各种方法的同时,综述其理论要点和实际应用中的特点、介绍所应用的厂家,从中总结出实现高动态性能控制的要点及主要成果。最后,介绍当前几个研究热点问题。 2 控制方法 211 方法分类的出发点 一般地,由转矩控制环及速度控制环构成的无速度传感器矢量控制(或直接转矩控制)系统由图1所示的3个环节构成。即:①速度调节器;②磁链和转矩控制器;③速度推算或辨识器(含磁链计算或观测) 。 图1 无速度传感器控制系统构成 对于环节②,需要控制转矩和磁链。由此可以分为:a以转子磁链定向控制为基础的矢量控制策略。目前常用的有计算滑差频率的被称为间接法(I V C)和把状态观测器观测到的转子磁链进行反馈控制的直接法(DV C)。b以控制定子磁链为特点的,被称之为直接转矩控制策略(D TC)。 环节③的结构依存于环节②的结构。实际上在计算或推定速度值时,常常也要获得(计算或观测)磁链(转子的或是定子的)值。因此,按其理论上的特点,可以把获得转速和磁链的方法大致分 3 电气传动 2001年 第3期
佳木斯电动机股份有限公司技术文件 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机 （机座号80～355） 产品样本 佳木斯电动机股份有限公司发布
YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机（机座号80～355）样本 1 概述 YBX3系列隔爆型高效率三相异步电动机是我公司开发设计的全封闭自扇冷式高效率三相异步电动机。效率指标符合GB 18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中的“电动机节能评价值”中的1级效率的规定，并满足美国能源法规定的电动机应符合EPACT效率指标要求的规定。 本系列电动机符合国家标准GB 3836.1《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》和GB 3836.2《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》的规定。 本系列电动机制成隔爆型，适用于爆炸性气体环境中机械设备的电力驱动。分为I类和II类，I 类：煤矿用电气设备，防爆标志为ExdI；II类：除煤矿外的其它爆炸性气体环境，防爆标志为ExdIIAT （1-4），ExdIIBT（1-4），ExdIICT（1-4），温度组别为T1、T2、T3、T4。 本系列电动机机座号范围为H80～H355，功率等级和安装尺寸符合GB/T4772.1/IEC 60072-1和GB/T4772.2/ IEC 60072-2标准的规定。 2 产品特点 YBX3系列电动机整体外观见图1。 图1 整体外观图 产品主要有以下特点： a) 电动机主接线盒位于机座的顶部，可以左右旋转满足用户不同出线方式的要求。 b）机座号H160及以上电机，可以根据用户需要提供定子测温装置、轴承测温装置、加热器、注排油装置。 c) 接线盒、机座、端盖和风罩的外形美观、样式新颖，并且有利于降噪和通风。 d) 电动机采用F级绝缘系统，温升按B级考核，从而延长电机的使用寿命。 e) 电动机工作制为S1，冷却方式为IC411，外壳防护等级为IP55。 f) 适用于各种应用场合，如：“W”、“TH”、“WTH”、“F1”、“F2”、“WF1”及“WF2”， 其中：W为户外防轻腐蚀；TH为湿热；WTH为户外湿热；F1为户内防中等防腐；F2为户内防强腐蚀；WF1为户外防中等腐蚀；WF2为户外防强腐蚀。
第七章单相交流异步电动机 内容提要 在前面了解了三相异步电动机的概貌，掌握了三相异步电动机的电磁过程、拖动性质的基础上，本章主要介绍单相异步电动机的结构及其应用、磁场及其力矩特点，结合其工作原理，最后介绍几种常用的单相交流异步电动机的起动方法和具体应用情况。 7.1 单相交流异步电动机的结构及应用 7.1.1 单相交流异步电动机的结构 1. 定子部分 单相异步电动机的定子包括机座、铁心、绕组三大部分。分别介绍如下： （1）机座采用铸铁、铸铝或钢板制成，其结构型式主要取决于电机的使用场合及冷却方式。单相异步电动机的机座型式一般有开启式、防护式、封闭式等几种。开启式结构的定子铁心和绕组外露，由周围空气流动自然冷却，多用于一些与整机装成一体的使用场合，如洗衣机等。防护式结构是在电机的通风路径上开有一些必要的通风孔道，而电机的铁心和绕组则被机座遮盖着。封闭式结构是整个电机采用密闭方式，电机的内部和外部隔绝，防止外界的浸蚀与污染，电机主要通过机座散热，当散热能力不足时，外部再加风扇冷却。 另外有些专用单相异步电动机，可以不用机座，直接把电机与整机装成一体，如电钻、电锤等手提电动工具等。 （2）铁心部分定子铁心多用铁损小、导磁性能好，厚度一般为0.35~0.5㎜的硅钢片冲槽叠压而成。定、转子冲片上都均匀冲槽。由于单相异步电动机定、转子之间气隙比较小，一般在0.2~0.4㎜。为减小开槽所引起的电磁噪声和齿谐波附加转矩等的影响，定子槽口多采用半闭口形状。转子槽为闭口或半闭口，并且常采用转子斜槽来降低定子齿谐波的影响。集中式绕组罩极单相电动机的定子铁心则采用凸极形状，也用硅钢片冲制叠压而成。 （3）绕组单相异步电动机的定子绕组，一般都采用两相绕组的形式，即主绕组和辅助绕组。主、辅绕组的轴线在空间相差90°电角度，两相绕组的槽数、槽形、匝数可以是相同的，也可以是不同的。一般主绕组占定子总槽数的2/3，辅助绕组占定子总槽数的1/3，具体应视各种电机的要求而定。 单相异步电动机中常用的定子绕组型式有单层同心式绕组、单层链式绕组、双层叠绕组和正弦绕组。罩极式电动机的定子多为集中式绕组，罩极极面的一部分上嵌放有短路铜环式的罩极线圈。 2. 转子部分 单相异步电动机的转子主要有转轴、铁心、绕组三部分，现分述如下： （1）转轴转轴用含碳轴钢车制而成，两端安置用于转动的轴承。单相异步电动机常用的轴承有滚动和滑动两种，一般小容量的电机都采用含油滑动轴承，其结构简单，噪声小。 （2）铁心转子铁心是先用与定子铁心相同的硅钢片冲制，将冲有齿槽的转子铁心叠装后压入转轴。 （3）绕组单相异步电动机的转子绕组一般有两种型式，即笼型和电枢型。笼型转子绕组是用铝或者铝合金一次铸造而成，它广泛应用于各种单相异步电动机。电枢型转子绕组则采用与直流电机相同的分布式绕组型式，按叠绕或波绕的接法将线圈的首、尾端经换相器连接成一个整体的电枢绕组，电枢式转子绕组主要用于单相异步串励电动机。 3. 起动装置 除电容运转式电动机和罩极式电动机外，一般单相异步电动机在起动结束后辅助绕组都必须脱离电源，以免烧坏。因此，为保证单相异步电动机的正常起动和安全运行，就需配有
第二讲三相交流感应发电机的数学模型 三相交流异步发电机是一种通过定、转子绕组间的电磁耦合来实现机械能-电能的能量转换装置。研究三相交流异步发电机的电磁关系是了解三相交流发电机运行问题的理论基础，为风电机组联网运行分析奠定理论基础，对解决风电机组联网运行问题具有重要的意义。 2.1 abc坐标下的有名值方程 2.1.1理想电机 为了便于定量分析三相交流电机的能量转换过程，本节基于理想电机假设，建立了三相交流异步电机的数学模型，即假设： 1)电机铁心的导磁系数为常数，即忽略铁心磁饱和、磁滞的影响，也不 计涡流及集肤作用等的影响； 2)对纵轴及横轴而言，电机转子在结构上是完全对称的，即电机磁路在 空间上完全对称； 3)定（转）子三个绕组的位置在空间上互相相差120°电角度，三个绕 组在结构上完全相同； 4)定子绕组和转子绕组均在气隙空间中产生正弦分布的磁动势； 5)只考虑气隙基波磁场的作用； 6)电机定、转子表面光滑。 在此基础上，对定、转子绕组回路电压电流正方向、定、转子电流与磁链正方向等做如下规定： 1）定子绕组电压、电流正方向遵循发电机惯例； 2）转子绕组电压、电流正方向遵循电动机惯例； 3）定子负值电流产生正值磁链；转子正值电流产生正值磁链。 子按逆时针方向旋转，空间分布纵向剖面
sQ sC sB ＇ sA sB sA ＇ sC ＇ sD ra ＇rb ＇ rc ＇ ra rb rc β r α r θr · · · · ·· r ω1 ω 图2-1 三相交流电机定、转子绕组空间分布纵向剖面示意图 图中：sA 和sA ’、sB 和sB ’、sC 和sC ’分别表示A 、B 、C 三相定子绕组；ra 和ra ’、rb 和rb ’、rc 和rc ’分别表示a 、b 、c 三相转子绕组；定子A 相绕组轴线正方向为空间位置参考方向即sD 轴，转子绕组a 相轴线即r α轴超前sD 轴θr 电角度。 2.1.2电压方程 根据上述正方向规定，可以得到如图2-2所示的三相交流感应发电机绕组电路模型，据此可以得到如式（2-1）-（2-2）所示的定、转子电压方程。 ε sa I s R sa U ε ra I r R ra U （a ）定子绕组等值电路 （b ）转子绕组等值电路 图2-2三相交流发电机定转子绕组电路模型（单相）
单相异步电动机原理及正反转 单相异步电动机是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小、使用方便、运行可靠等优点，因此广泛用于工业、农业、医疗和家用电器等方面，最常见于电风扇、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中。但是单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比，体积较大，运行性能较差。因此，单相异步电动机一般只制成小容量的电动机，功率从几瓦到几千瓦。单相异步电动机在家用电器中的应用特别广泛，与人们的生活密切相关。 单行异步电动机的结构如下图： 一、单相异步电动机的工作原理和机械特性 当单相正弦交流电通入定子单相 绕组时，就会在绕组轴线方向上产生 一个大小和方向交变的磁场，如图1 所示。这种磁场的空间位置不变，其 幅值在时间上随交变电流按正弦规律 变化，具有脉动特性，因此称为脉动 图1 单相交变磁场 磁场，如图2(a)所示。可见，单相异 步电动机中的磁场是一个脉动磁场，不同于三相异步电动机中的旋转磁场。
图3 单相异步电动机的机械特性 (a)交变脉动磁场 (b)脉动磁场的分解 图2 脉动磁场分解成两个方向相反的旋转磁场 为了便于分析，这个脉动磁场可以分解为大小相等，方向相反的两个旋转磁场，如图2(b)所示。它们分别在转子中感应出大小相等，方向相反的电动势和电流。 两个旋转磁场作用于笼型转子的导体中将产生两个方向相反的电磁转矩T + 和 T - ，合成后得到单相异步电动机的机械特性，如图3所示。图中，T + 为正向转矩，由旋转磁场B m1产生；T - 为反向转矩，由反向旋转磁场B m2产生，而T 为单相异步电动机的合成转矩。 从图3可知，单相异步电动机一相绕组通电的机械特性有如下特点： 1．当n=0时， T + =T - ，合成转矩T=0。即单相异步电动机的启动转矩为零，不能自行启动。 2．当n ＞0时，T ＞0；n ＜0时，T ＜0 。 即转向取决于初速度的方向。当外力给转子 一个正向的初速度后，就会继续正向旋转； 而外力给转子一个反向的初速度时，电机就 会反转。 3．由于转子中存在着方向相反的两个 电磁转矩，因此理想空载转速n 0小于旋转磁 场的转速n 1；与同容量的三相异步电动机相 比，单相异步电动机额定转速略低，过载能 力、效率和功率因数也较低。 二、 单相异步电动机的启动 单相异步电动机由于启动转矩为零，所以不能自行启动。为了解决单相异步电动机的启动问题，可在电动机的定子中加装一个启动绕组。如果工作绕组与启动绕组对称，即匝数相
实用文档 YKK系列高压三相异步电动机 产品样本 (机座号710～1000） 佳木斯电机股份有限公司发布
YKK系列高压三相异步电动机 产品样本 1 概述 YKK系列高压三相异步电动机是我公司采用国内外先进技术，结合我公司几十年生产高压电动机的实践经验而设计制造的优化系列产品，具有结构紧凑、重量轻、高效、节能、噪声低、振动小、可靠性高、使用寿命长、安装维护方便等优点。 该系列产品主要适用于石油、化工、煤炭、电站、冶金、交通运输、纺织、医药、粮食加工等行业中的风机、水泵、压缩机、破碎机、切屑机床、运输机械等通用机械设备或其它类似机械设备。 2 结构特点 电动机采用箱形结构，机座由钢板焊接成箱形，重量轻、刚度好。电机顶部安装空-空冷却器。 定子采用外装压结构，定子绕组采用F级绝缘材料，10kV电动机采用可靠的防电晕措施，绕组端部有可靠的固定及绑扎，并采用真空压力浸渍无溶剂漆工艺（VPI）处理，因此电动机的绝缘性能好，机械强度高，防潮能力强，使用寿命长。 鼠笼转子为铜条结构，采用先进可靠的焊接工艺制造而成，并经过动平衡校验，因此电动机运行平稳可靠。 轴承采用滑动轴承形式，其防护等级为IP44、IP54或IP55。 主接线盒置于电动机右侧（从轴伸端看），也可按用户要求置于左侧，接线盒的内外均设有单独的接地端子。电机功率为2000kW及以上时，在主接线盒的另一侧设置中性点接线盒。 在定子绕组、轴承等重要部位加设测温装置，便于现场观察和远距离监控，以保证电动机安全可靠地运行。 3 采用的标准 GB 755-2008 旋转电机定额和性能（neq IEC60034-1:2004） GB/T 997-2008 旋转电机结构型式、安装型式及接线盒位置的分类（IM代码）(eqv IEC 60034-7:2001) GB/T 1993-1993 旋转电机冷却方法（eqv IEC60034-6:1991） GB/T 4772.2 旋转电机尺寸和输出功率等级第2部分: 机座号355-1000 和凸缘号1180-2360 (idt IEC 60072-2:1990) GB/T 4942.1-2001 旋转电机整体结构的防护等级（IP代码）分级（idt IEC60034-5:2000） GB 10068-2008 轴中心高为56mm及以上电机的机械振动振动的测量、评定及限值（idt IEC60034-14:2007） GB/T 10069.1-2006 旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法 (MOD ISO 1680:1999) GB 10069.3-2008 旋转电机噪声测定方法及限值第3部分：噪声限值（idt IEC60034-9：2007） 4 选型指南 4.1 型号的含义 举例说明： Y KK 710 - 4 极数（4极） 电机机座号（710mm） 冷却结构（KK为空/空冷却） 异步电动机 4.2 系列型谱见表1 (6kV)和表2 (10kV)
作为交流感应电机控制的一个环节，可调速驱动器接收三相交流正弦电并将其转化成直流电，在此过程中，可调速驱动器本身就会产生谐波电流。对于交流驱动的谐波产生和抑制，请记住： 1）无论功率转换器是由二极管，可控硅整流器式还是由带有惯性二极管的绝缘栅双极型晶体管组成的，它们都会在打开和关闭的时候产生谐波。 2）谐波电流会使功率转换器的供电线路上产生电压失真。 3）一些种类的功率转换器会产生导线陷波，进而引起电压失真。与直流电机驱动相比，交流电机驱动的谐波使其很少产生问题。糟糕的设计会给配电设备以及连接在配电系统上的其它设备带来很多问题。 寻找问题产生的原因 随着在自动化系统中驱动装置数量的增多，这种认为驱动装置是产生谐波问题的唯一原因的错误认识也在加深，其实任何一个将交流电调整成直流电的设备都会产生谐波，包括大多数工厂底层设备和办公机器（例如：电脑电源、电话充电器和复印机），甚至日光灯的镇流器都会导致谐波失真。因此，在不假思索地为设备中的每一个驱动装置安装滤波器之前，分析所有可能引发问题的电气负载是很重要的。 事实上，由于交流驱动装置所导致的谐波相关问题是非常少的，谐波问题主要表现在变压器和驱动器馈线过热，因为设计者没考虑到另外的谐波电流，因此保险丝会过早地熔断，断路器也会因为同样的原因而跳闸。 电源线上的谐波电流会引发电压失真，进而使连接在这条电源线上的其它设备产生问题，如：灯光变得昏暗，连接在该电源线上的电动机过热。 有一些设备，如直流驱动装置或未经滤波的逆变器，除了会产生谐波外，还会产生导线陷波。这些电压上的陷波可以轻易地引起设备中的其他部分工作异常。这就造成了这样一种假象：那些实际上正常的部分引发了问题，而真正产生问题的部分却似乎工作正常。 当设计一个新系统或者是增加功率系统中已有的可调速驱动装置的数量时，设计者需要清楚设备的每一部分对系统究竟贡献多少谐波，而这些谐波之间可能会有哪些影响。 符合工业标准
佳木斯电动机股份有限公司技术文件 YB3系列隔爆型三相异步电动机 （机座号80～355） 产品样本 佳木斯电动机股份有限公司发布
YB3系列隔爆型三相异步电动机（机座号80～355mm） 1.概述 1.1.节能高效产品 YB3系列隔爆型三相异步电动机是我公司自行开发的高效节能产品。 效率指标符合GB 18613-2006《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中的“电动机节能评价值”中的2级效率的规定； 效率水平相当于欧洲EFF1高效电动机，并满足美国能源法规定的电动机应符合EPACT效率指标要求的规定。 本系列电动机按照GB 3836.1《爆炸性气体环境用电气设备第1部分：通用要求》和GB 3836.2《爆炸性气体环境用电气设备第2部分：隔爆型“d”》的规定制成隔爆型，防爆标志为ExdI、ExdIIAT4、ExdIIBT4、ExdIICT4，适用于含有温度组别为T1、T2、T3、T4的爆炸性气体混合物场所。用于驱动水泵、风机、压缩机等机械设备，为石油、化工、煤矿、冶金等行业的优选产品。 为了保护地球环境，请选用YB3系列电动机。 YB3系列电动机整体外观图 1.2.节能效益 YB3系列电动机的开发，符合当今世界减排、节能的发展方向，选用YB3系列电动机具有较大的经济效益和社会效益。 在分析电动机的费用时，典型的运行时间是平均每年4000小时，运行十年。购买、安装和服务、维护的费用全部加在一起，约为总费用的3%。运行费用几乎全部是电能费用，却超过总费用的97％。如果能够在电能费用上得到节约，那么，只要电动机在运行就是节约的。尽管电动机的购置费用稍高，但可以在一年以内回收。然而上述计算不能单纯只看它的经济价值。电动机消耗了工业用电能的60％，一项研究表明，驱动系统的节约潜力—大约是20000MW.h/每年，它相当于八个燃煤电站的出力；不仅如此，
三相交流异步电动机练习题 1、异步电动机空载时的功率因数与满载时比较，前者比后者______。 A ．高 B ．低 C ．都等于1 D ．都等于0 2、三相异步电动机的转矩与电源电压的关系是______。 A ．成正比 B ．成反比 C ．无关 D ．与电压平方成正比 3、三相异步电动机的转差率计算公式是______。（0n ：旋转磁场的转速，n ：转子 转速） A ．00/)(n n n s -= B ．n n n s /)(0+= C ．)/(00n n n s -= D ．)/(0n n n s += 4、三相异步电动机的转速越高，则其转差率绝对值越______。 A ．小 B ．大 C ．不变 D ．不一定 5、三相异步电动机的同步转速与电源频率f 磁极对数p 的关系是______。 A ．p f n /600= B ．f p n /600= C ．60/0pf n = D ．f p n 60/0= 6、三相异步电动机处于电动机工作状态时，其转差率一定为______。 A ．s ＞1 B ．s = 0 C ．0＜s ＜1 D ．s ＜0 7、三相对称电流电加在三相异步电动机的定子端，将会产生______。 A ．静止磁场 B ．脉动磁场 C ．旋转圆形磁场 D ．旋转椭圆形磁场 8、异步电动机在起动瞬间的转差率s =______，空载运行时转差率s 接近______。
A ．1／0 B ．0／1 C ．1／1 D ．0／0 9、计算异步电动机转差率s 的公式是 00/)(n n n s -=，其中0n 表示______，n 表示______。 A ．同步转速，旋转磁场的转速， B ．转子空载转速，转子额定转速 C ．旋转磁场的转速，转子转速 D ．旋转磁场的转速，同步转速 10、一般三相异步电动机在起动瞬间的转差率______，在空载时的转差率______，在额定负载时的转差率为______。 A ．≈0／≈1／0.02～0.06 B ．=1／≈0／0.002～0.006 C ．= 1／≈0／0.02～0.06 D ．=1／=1／≈0 11、异步电动机在______运行时转子感应电流的频率最低；异步电动机在______运行时转子感应电流频率最高。 A ．起动/空载 B ．空载/堵转 C ．额定/起动 D ．堵转/额定 12、当三相异步电动机转差率0＜s ＜1及-1＜s ＜0时，电动机分别工作处于______状态。 A ．正向电动/反向电动 B ．正向电动/反接制动 C ．正向电动/再生制动 D ．再生制动/反向电动 14、一台八极三相异步电动机，其同步转速为6 000 r /min ，则需接入频率为的三相交流电源______。 A ．50 Hz B ．60 Hz C ．100 Hz D ．400 Hz 15、三相异步电动机的旋转方向与______有关。 A ．三相交流电源的频率大小 B ．三相电源的频率大小 C ．三相电源的相序 D ．三相电源的电压大小 16、三相异步电动机的最大转矩为900 N ·m ，额定转矩为450 N ·m ，则电动机的
辽宁工程技术大学 电机与拖动课程设计 设计题目单相异步电动机启动指导教师 院（系、部） 专业班级 学号 姓名 日期
电气工程系课程设计标准评分模板 课程设计成绩评定表 学期2011/2012第2学期姓名 专业班级 课程名称 设计题目 成 绩 评分项目 优良中及格不及格 设计表现1.设计态度非常认真认真较认真一般不认真 2.设计纪律严格遵守遵守基本遵守少量违反严重违反 3.独立工作能力强较强 能独立设计 完成 基本独立设 计完成 不能独立设 计完成 4.上交设计时间提早或按时按时迟交半天迟交一天 迟交一天以 上 设计说明书5.设计内容 设计思路清 晰，结构方 案良好，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 完整，结果 正确 设计思路清 晰，结构方 案合理，设 计参数选择 正确，条理 清楚，内容 较完整，极 少量错误 设计思路较 清晰，结构 方案基本合 理，设计参 数选择基本 正确，调理 清楚，内容 基本完整， 有少量错误 设计思路基 本清晰，结 构方案基本 合理，设计 参数选择基 本正确，调 理清楚，内 容基本完 整，有些错 误 设计思路不 清晰，结构 方案不合 理，关键设 计参数选择 有错误，调 理清楚，内 容不完整， 有明显错误 6.设计书写、字 体、排版 规范、整洁、 有条理，排 版很好 较规范、整 洁、有条理， 个别排版有 问题 基本规范、 整洁、有条 理，个别排 版有问题 基本规范、 整洁、有条 理，排版有 问题较多 不规范、不 整洁、无条 理，排版有 问题很大7.封面、目录、 参考文献 完整较完整基本完整缺项较多不完整 图纸8.绘图效果很出色较出色一般较差很差 9.布局合理、美观较合理基本合理有些混乱布局混乱 10.绘图工程标 准 符合标准较符合标准 基本符合标 准 个别不符合 标准 完全不符合 标准 评定说明： 不及格标准：设计内容一项否决制，即5为不及格，整个设计不及格，其他4项否决；优、良、中、及格标准：以设计内容为主体，其他项超过三分之一为评定标准，否则评定为下一等级；如优秀评定，设计内容要符合5，其余九项要有4项符合才能评定为优，否则评定为良好，以此类推。 最终成绩：评定教师签字：