单相异步电动机结构与工作原理

1 Fm3 ( x, t ) = F3 cos3( x 90° ) cos(ωt 90° ) = F3[ cos(3x ωt ) + cos(3x + ωt )] 2
总的3次谐波合成磁势为
f3 (x, t) = fa3 + fm3 = F3 cos(3x + ωt)
即3次谐波合成磁势是一个反向旋转的圆形旋转磁势, 1 n 3 = n1 其转速为 3 5次谐波
第一章 单相异步电动机结构与工作原理
一 基本结构与分类
单相异步电动机只需单相交流电源供电,因而应用 非常广泛.如,小型机床,轻工设备,医疗机械,家用 电器,电动工具,农用水泵,仪器仪表等众多领域. 优点:使用方便,结构简单,运行可靠,价格低廉, 维护方便等等,与三相异步电机相比,缺点为体积稍大, 性能稍差. 单相异步电动机的基本类型 单相异步电动机根据起动方法或运行方式的不同,可以 分为以下几类 单相电阻起动异步电动机 单相电容起动异步电动机 单相电容运转异步电动机 单相电容起动和运转异步电动机
f a 3 ( x, t ) = Fa 3 cos 3 x cos ω t = 1 Fa 3 [cos(3 x ω t ) + cos(3 x + ω t )] 2
1 Fm 3 [ cos(3 x ω t ) + cos(3 x + ω t )] 2
f m 3 ( x , t ) = Fm 3 cos 3( x 90 ° ) cos(ω t 90 ° ) =
应用上面同样的方法对其余的两种情况进行分析
Fm = Fa = F ,θ ≠ 90°
Fm ≠ Fa ,θ ≠ 90°
在这两种情况下,电机内部的磁势均为椭圆形旋转磁势.
四 单相异步电动机的谐波磁势
单相绕组的谐波磁势 对单相绕组的磁势进行谐波分析,可以得到如下结论: 单相绕组磁势可以分解为基波和一系列高次谐波. 由于谐波的极数为基波的υ 倍,如果令 τ 1 表示基波磁势 的极距,τ υ 表示谐波极距,则 1 τ υ = τ 1 , pυ = υ p
υ
n1
两相合成的基波磁势为
=
f1 ( x, t ) = f a1 ( x, t ) + f m1 ( x, t ) 1 1 ( Fa1 + Fm1 ) cos( x ω t ) + ( Fa1 Fm1 ) cos( x + ω t ) 2 2
②
基波合成磁势中,既有正向旋转的圆形旋转磁势,又 有反向旋转的圆形旋转磁势,且转速为基波旋转磁场的同 步转速n1. 3次谐波
θ 主绕组轴线在空间上落后于副绕组轴线90°电角度, 且主绕组电流在时间上落后于副绕组电流 电角度,故 主绕组磁势方程式为
fm (x, t) = [Fm1 cos(x 90° ) Fm3 cos3(x 90° ) +Fm5 cos5(x 90° ) Fm7 cos7(x 90° ) +]cos(ωt θ )
广泛使用的单相电容运转异步电动机和单相电容起动 和运转异步电动机如下图所示
第二章 单相异步电动机的绕组与磁势
一 绕组磁势
单相异步电动机的绕组按层数分为单层,双层;按端 接分为单层同心式,单层交叉式,单层链式和双层叠绕组; 按槽内导体分布分为几种绕组,分布绕组和正弦绕组等. 单层同心式绕组 例2-1 已知定子槽数Q1=24,极数p=4,画出单层同心式绕 组展开图. Q1 24 = = 6 解 极距 τ = p 4 p × 180° α= = 30° 槽距角 24 主绕组占2/3,等于4个槽,120°相带.副绕组占1/3, 等于2个槽,为60°相带,两绕组相距3个槽,即90°电 角度.
当次数为负号时,表示该次谐波合成磁势反方向旋转; 当次数为正号时,表示该次谐波合成磁势正方向旋转.谐 波磁势的转速为
nυ = 1
①
其中n1是基波旋转磁场的同步转速. 两相绕组不对称运行时的谐波磁势 两相绕组不对称运行时的合成磁势为椭圆形旋转磁势. 取谐波磁势的幅值不等,但所得结论能适用其他情况. 基波
Fm F cos( x ω t ) m cos( x + ω t ) 2 2
因此,合成磁势为
f = fa + fm = F+ cos(x ωt ) + F cos(x + ωt )
此时,电机内部存在着两个圆形旋转磁势.这两个 幅值不同的圆形旋转磁势的轨迹为一椭圆,如下图所示, 因此这是一个椭圆形旋转磁势.
如果短距设计得当,可以削弱谐波磁势,改善磁势波 形.例如:一台定子槽数Q1=12,极数p=2,采用缩短1/3 极距的短距绕组,即取线圈节距y=4,画制双层短距绕组 展开图如下所示
二 单相绕组磁势
单相绕组通以交流电流,产生脉振磁势
F F f (x, t) = Fcos x cosωt = cos(x ωt) + cos(x + ωt) 2 2
二 单相异步电动机的工作原理
最简单的二相定子绕组如下所示,在绕组中通过的二 相 对称电流的变化规律为
im = I m cos ωt ° ia = I m cos(ω t + 90 )
二相电流随时间变化的曲线如下图所示
两极旋转磁场产生的示意图如下所示
由上述分析可以得出以下结论: I. 一组空间分布相差90°电角度的二相绕组在通以二相对 称交流电时,产生一旋转磁场 II. 旋转磁场的转向与两相绕组在空间的位置和绕组中的电 流相序有关 III. 旋转磁场的转速与电流的频率有一定的关系 其中同步转速为 工作原理如下方框图所示 旋转磁场 转子绕组电势 电磁转矩 转子绕组电流 转子旋转
单相罩极式异步电动机 基本结构 单相异步电动机包括定子和转子两部分,其中定子由 绕组和铁心组成.铁心一般由0.5mm的硅钢片叠压而成. 绕组分为主绕组和副绕组,主绕组又称工作绕组,副绕组 又称起动绕组或辅助绕组. 单相异步电动机的转子也由铁心和绕组组成.其中铁 心也由0.5mm的硅钢片叠压而成,绕组常为铸铝笼型.
1 F5 [cos(5 x ω t ) + cos(5 x + ω t )] 2 1 f m 5 ( x , t ) = F5 cos 5( x 90 ° ) cos(ω t 90 ° ) = F5 [cos(5 x ω t ) cos(5 x + ω t )] 2 f a 5 ( x, t ) = F5 cos 5 x cos ω t =
合成基波磁势为一个正向旋转的圆形磁势,转速为
n1 =
②
f1(x,t) = fa1 + fm1 = F cos(x ωt) 1
120 f (r / min) p
三次谐波
1 fa3 ( x, t ) = F3 cos3x cos ωt = F3[cos(3x ωt ) + cos(3x + ωt )] 2
f = f a + f m = F cos( x ωt ) 因此,合成磁势为 因此,电机内部产生的是一个正向旋转的圆形旋转磁势.
两个绕组产生的磁势大小不等,但相位角仍为90°,即
Fm ≠ Fa ,θ = 90°
于是有
fa =
fm =
Fa F cos( x ωt ) + a cos( x + ωt ) 2 2
1 Fa1[cos( x ω t ) + cos( x + ω t )] 2 1 fm1 ( x, t ) = Fm1 cos( x 90° )cos(ωt 90° ) = Fm1[cos( x ωt ) cos( x + ωt )] 2 f a1 ( x, t ) = Fa1 cos x cos ω t =
f = fa + fm
合成磁势的性质可以分下面四种情况讨论. 两个绕组的磁势大小相等,相位角为90°,即 于是有
Fm = Fa = F , θ = 90 °
F cos( x ω t ) + 2 F f m = cos( x ω t ) 2 fa = F cos( x + ω t ) 2 F cos( x + ω t ) 2
3次谐波的合成磁势为
f3 ( x, t ) = f a 3 ( x, t ) + f m 3 ( x, t ) = 1 1 ( Fa 3 Fm 3 ) cos(3 x ω t ) + ( Fa 3 + Fm 3 ) cos(3 x + ω t ) 2 2
③
5次谐波合成磁势为
f5 (x, t) = fa5 + fm5 = F5 cos(5x ωt)
n5 = 1 n1 5
5次谐波合成磁势是一个正向旋转的圆形磁势,其转 速为
根据同样的方法,可以得到,在对称运行时,两相 绕组产生的谐波磁势次数可用下式表示即
υ = 4k + 1(k = 0, ±1, ±2, ±3, )
正序旋转磁场产生的转矩使转子顺着正序旋转磁场方 向旋转,而负序旋转磁场产生的转矩使转子顺着负序旋转 磁场方向旋转,正负序转矩与转差率的关系如下图所示
单相异步电动机的转矩,效率,功率密度比三相异步 电动机低的主要原因是存在负序磁场.
三 两相绕组的磁势
两相绕组通以两相交流电流,下图为起动绕组回路串 入电容的单相异步电动机原理图即两相绕组通入电流和外 施电压的向量关系.
a) b)
υ
c)
在坐标原点x=0处,如果基波为正值,3次谐波便为负值, 5次谐波又为正值,7次谐波又为负值等等.如下图所示
基于上述基本概念,当副绕组通入电流 ia = 2I a cos ωt 时,副绕组的磁势方程式为
f a ( x, t ) = [ Fa1 cos x Fa3 cos3x + Fa5 cos5x Fa 7 cos 7 x + ]co组的数据画制绕组展开图.其中定子槽 数Q1=24,极数p=4.单层链式然组的线圈形式有如链型, 这种绕组的节距必须为奇数.如下图所示的单层链式绕组 展开图Y=5.