单相电动机原理及运行方式控制
单相电动机的设计原理和设计方法
单相电动机的设计原理和设计方法单相电动机是广泛应用于家用电器、工业设备和商业设施等领域的重要动力装置。
它的设计原理和设计方法对于确保电动机的性能和效果至关重要。
本文将探讨单相电动机的设计原理和设计方法，以帮助读者深入了解该领域的相关知识。
一、设计原理1. 工作原理单相电动机的工作原理是基于电磁感应和电流的相位差产生转矩。
当电动机接通电源时，电源中的交流电产生磁场，而定子绕组也会产生磁场。
这两个磁场之间存在相位差，导致转子产生转矩。
通过改变定子绕组或转子的结构和参数，可以实现不同转矩和转速的要求。
2. 磁场产生单相电动机中，磁场的产生是通过定子绕组中的电流流过导线产生的。
定子绕组通常采用螺旋形或分布式绕组。
当电流流过绕组时，产生的磁场会与电源中的磁场相互作用，从而产生力矩。
3. 起动和运行单相电动机通常需要额外的起动装置来帮助启动。
启动装置可以是启动电容器和起动继电器等器件。
在启动阶段，这些装置能够帮助电动机产生较大的起动转矩，以克服静摩擦力和转子惯性等阻力。
一旦电动机启动，这些启动装置会自动断开。
二、设计方法1. 定子设计定子是单相电动机的主要部分之一，其设计对电动机的性能和效果有着重要的影响。
在定子设计中，需要考虑以下因素：- 铁心设计：选择合适的铁心材料和形状，以提高磁路的导磁性能和减小磁滞损耗。
- 绕组设计：确定定子绕组的匝数、导线直径和绕组方式，以满足所需的电流和电压要求。
- 绕组布局：确保绕组的布局紧凑且对称，以减小电阻损耗和电磁干扰。
2. 转子设计转子是单相电动机中的另一个重要部分，它的设计也对电动机的性能和效果有着重要的影响。
在转子设计中，需要注意以下因素：- 材料选择：选择具有良好导电性能和机械强度的材料，例如铜、铝等。
- 结构设计：根据要求选择合适的转子结构，例如鼠笼型转子或绕组型转子。
- 平衡设计：确保转子的质量均匀分布，避免不平衡引起的震动和噪音。
3. 效率和功率因数优化在单相电动机设计中，除了满足性能要求之外，还需要优化效率和功率因数。
单相电机的设计
1.2 单相电动机的绕组
1 2 3 4 5 6
单相异步电动机的绕组主要是定子铁心上放置的两相绕组：主绕组和副绕组，2 个 绕组在定子内圆空间要互差 90 电度角，如果已知定子槽数 N 1 =16，极对数 p =2：
D D
1 单层同心式绕组的连接方法如绕组展开图 1-6
C
m'
a'
C
m
a
1
2
3
4 5
6
5
1.3 单相异步电动机的磁势
1.3.1 电机内一个整距线圈产生的磁势
如图所示电机定子槽内有一个整距线圈 AX，匝数为 W y 通入电流为 i y 它将在电机内 产生一个两极磁场。设其一时间，线圈中电流方向如图中所示，可以画出电机中磁力线 的分布。线圈的匝数 W y 愈多，电流 i y 愈大，电机内每极磁通量也就愈大。在电机内任 取一个磁力线回路来分析，如图中 abcd 回路，这个磁回路是由一段定子磁路 ab，一段 转子磁路 cd， 二段空气隙磁路 bc 和 da 组成。 根据磁路的全电流定律， 沿任一个磁回路， 各段磁路的磁位降之和应等于该磁路包围的全部安匝数，可用公式表示为
H L W
y
iy
(1-3)
式中： H 为各段磁路的平均磁场强度； L 为各段磁路的平均长度。
图 1-8 定子圆周内的磁势分布
可以看到， 在上图中定子内圆周上各处都有磁力线回路， 对于任何一个磁力线回路， 它们都象 abcd 回路那样， 每个回路包围一定的安匝数即磁动势， 每个回路都经过两次气 隙磁路中一次定子铁心，一次转子铁心。因为铁心的导磁率碧空气隙的导磁率大得多， 所以一段空气隙磁路的磁阻 R m 。比一段铁心磁路的磁阻 R m 要大得多，即 R m 0 》 R m 。为 了简化问题，我们可以忽略铁心磁路的磁阻 R m ，可以认为磁动势 W y i y 全部消耗在两个 空气隙磁路中，这时每个空气隙磁路消耗的磁势，即磁位降为 1 H L W y i y （1-4） 2 式中： H 为空气隙磁路的磁场强度； L 为空气防磁路酌长度。 对应于各个磁回路，可以计算出各个空气隙磁路所消耗的磁势，它们有可能相同， 有可能不同，视该回路包围的安匝数大小来确定。为了把通过定子内圆圆周上不同点的 磁力钱回路中所包围的安匝数，即气隙磁路所消耗的磁势形象地表示出来，我们可画出 如图 1-8 所示的磁势分布图。我们在定子内圆上先选一个坐标原点 0，经常把它设在线
单相电动机的电流波形和功率谱分析
单相电动机的电流波形和功率谱分析单相电动机是广泛应用于家庭和工业领域的电动机之一。
了解和分析单相电动机的电流波形和功率谱对于正确运行和故障排除至关重要。
在本文中，我们将深入探讨单相电动机的电流波形和功率谱分析。
一、单相电动机的工作原理单相电动机是利用交变电源生成的交流电流驱动的。
它主要由定子和转子组成。
当交流电源施加在定子上时，定子绕组会产生一个旋转磁场，与转子上的绕组相互作用，从而产生转矩使转子转动。
单相电动机通常具有起动电容器和运行电容器，起动电容器用于提供启动转矩，而运行电容器则用于提高效率和功率因数。
二、单相电动机的电流波形单相电动机的电流波形通常可以分为三个阶段：启动阶段、运行阶段和恢复阶段。
在启动阶段，电流的波形通常呈现出高峰值和大幅度的变化，这是由于起动电容的作用。
一旦电动机达到运行阶段，电流波形将会变得更加稳定，大致呈现类似正弦波的形状。
在恢复阶段，当电动机停止工作或受到额外负载时，电流波形将再次发生变化。
三、单相电动机的功率谱分析功率谱是指信号在频率域的分布情况。
对于单相电动机的功率谱分析，我们主要关注其基波、谐波和杂波等频率成分。
1. 基波：单相电动机的基波频率一般为电源频率，如50Hz或60Hz，它代表了电动机正常运行的主要频率成分。
基波幅值的大小反映了电动机的负载情况。
2. 谐波：谐波是频率是基波频率的整数倍的成分，它们是由于电动机的非线性负载或电源的不纯度引起的。
谐波会增加电动机的功率损耗，导致效率下降并可能引起其他问题，如噪音和振动。
3. 杂波：杂波是指频率不是基波频率的倍数的成分，它们可能是由于电动机运行过程中的故障、电源干扰或其他干扰引起的。
杂波的存在可能导致电动机运行不稳定或产生异常响声。
通过对单相电动机的功率谱分析，我们能够更好地了解电动机的性能和运行状况。
对于基波的监测可以帮助我们评估电动机的负载情况，而谐波和杂波的分析则有助于检测故障和干扰的存在。
四、电流波形和功率谱分析的应用电流波形和功率谱分析可用于以下方面：1. 故障检测：通过分析电流波形和功率谱，我们可以检测到电动机可能存在的故障，如绕组短路、轴承磨损或不平衡负载等。
《单相异步电动机》课件
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制动方式
电动机的制动方式主要有能耗制动、反接制动和再生制动等。
04
单相异步电动机的运行与维护
安全操作规程
确保电源连接正确
在连接电源之前，应确保电源电压与 电动机铭牌上的额定电压相符，并使 用合适的电源插头和插座。
穿戴防护用品
操作时应穿戴适当的防护用品，如绝 缘手套、护目镜等，以防止触电和机 械伤害。
功率因数
电动机的输入功率中有功功率占输入 功率的比重，反映了电动机的功率利 用率。
起动性能
起动转矩
电动机起动时产生的转矩，是衡量电动机起动性能的重要参 数。
起动电流
电动机起动时输入的电流，是衡量电动机起动性能的重要参 数。
调速与制动
调速方式
电动机的调速方式主要有变极调速、变频调速和变转差率调速等。
应用领域
01
02
03
家用电器
单相异步电动机常用于各 种家用电器，如电风扇、 洗衣机、空调等。
商业设备
在商业应用中，单相异步 电动机可用于各种设备， 如自动售货机、电动工具 等。
工业自动化
在工业自动化领域，单相 异步电动机可用于各种生 产设备和自动化生产线。
02
单相异步电动机的结构
定子
作用
定子是单相异步电动机 的固定部分，主要作用
校验启动转矩和最大转矩
在选型过程中，需要对电动机的启动转矩和最大转矩进行校验，以确 保其能够满足启动和Байду номын сангаас行过程中的负载需求。
考虑效率与节能要求
在容量选择时，应考虑电动机的效率和节能要求，优先选择高效、节 能的电动机。
验证工作制与负载持续率
根据实际工作制和负载持续率，对电动机的容量进行校验，以确保其 能够满足长期稳定运行的需求。
单相电动机原理
单相电动机原理
单相电动机是一种常见的电动机类型，常用于家用电器、小型机械等应用中。
以下是单相电动机的原理和工作原理的简要介绍：
结构和构成：
单相电动机主要由定子（stator）和转子（rotor）两部分构成。
定子是由绕组和磁铁芯组成，用于产生磁场。
转子是通过电流在定子磁场的作用下旋转，将电能转换为机械能。
工作原理：
单相电动机的工作原理基于旋转磁场的原理。
在单相电动机中，通过物理机械的设计，使得单相电源能够产生旋转磁场。
这是通过在定子绕组中引入两个相位差90度的电流来实现的。
制动起动：
单相电动机通常需要一种启动机制，因为它们需要克服起动时的惯性力矩。
一种常用的启动方式是将起动电流通过添加启动线圈或起动电容来实现。
这样可以提供额外的旋转力矩来帮助启动电动机。
工作原理简述：
单相电动机的工作原理可以概括为以下几个步骤：
当单相电源接通时，电流通过定子绕组，产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场作用在转子上，引起转子开始旋转。
通过启动机制提供的额外力矩，帮助电动机克服起动阻力。
一旦电动机启动，电动机将继续旋转，产生机械输出功率。
需要注意的是，由于单相电源的特性，单相电动机的起动和运行相比三相电动机要相对复杂一些。
这就需要在设计和应用中考虑到单相电动机的特殊要求和启动机制。
以上是单相电动机的原理和工作原理的简要介绍。
单相电动机是广泛应用于家庭和小型设备中的一种电动机类型，对于理解其原理和工作方式有助于更好地应用和维护。
如需更深入的了解，请参考相关的电动机技术资料和专业文献。
单相异步电动机的基本结构和工作原理
由此可得出结论：
（1）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力，即启 动转矩为零；
（2）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到稳定运行状态， 其旋转方向不固定，完全取决于启动时的旋转方向。
因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的 启动转矩问题。
二、单相异步电动机的启动方法 单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，就可以建立
3）将励磁电路转换开关QB投合到2的位置，励磁绕组与直流 电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被旋转磁场拖入同步；
4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到 要求数值。
四、同步电动机的特点 1. 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；
2. 由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入 要比异步电动机高得多；
5．7 单相异步电动机的基本结构和工作原理 特点： 1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；
.. 2. 由单相交流电源供电的旋转电机；
3. 具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。
所以单相异步电动机被广泛用于电风扇、洗衣机、电唱机、吸 尘器、医疗器械及自动控制装置中。
一、 单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。 当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生一个如图所
值得指出，欲使电动机反 转，不能像三相异步电动机那 样掉换两根电源线来实现，必 须以掉换电容器C的串联位置 来实现，如图所示，即改变QB 的接通位置，就可改变旋转磁 场的方向，从而实现电动机的 反转。洗衣机中的电动机，就 是靠定时器中的自动转换开关 来实现这种切换的。
4．8 同步电动机的基本结构和工作原理 一、同步电动机的基本结构
单相电机启动及接线原理解析
单相电机概念及应用：单相电机，是指由220V交流单相电源供电而运转的异步电动机。
在生产方面应用的有微型水泵、磨浆机、脱粒机，粉碎机、木工机械、医疗器械等，在生活方面，有电风扇、吹风机、排气扇、洗衣机、电冰箱等，种类较多，但功率较小。
单相电机启动原理：当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。
这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。
因此，需要加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的启动电容，使得与主绕组的电流在相位上相差90度，即所谓的分相原理。
这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自行启动旋转起来。
它有两个绕组，一般主绕组（运行绕组）线径较大一点，还有一个启动绕组（副绕组），启动绕组串联一个电容器，是它的电压迟后电流90度，这样两组绕组得到不同的磁场，形成了旋转磁场，电动机就转起来了。
电容在电路中产生的作用就是储存电势和电机中的电势形成电势差，然后产生磁力带动电机转动。
单相电机起动方式：第一种，分相起动式，如图1所示，系由辅助起动绕组来辅助启动，其起动转矩不大。
运转速率大致保持定值。
主要应用于电风扇,空调风扇电动机，洗衣机等电机。
图1 电容运转型接线电路第二种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。
起动绕组不参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继续动作，如图2。
图2 电容起动型接线电路第三种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。
浅析单相异步电机启动和正反转的原理与控制
浅析单相异步电机启动和正反转的原理与控制单相异步电机是一种常见的交流电动机，其启动和正反转的原理与控制较为简单。
本文将从以下几个方面进行探讨：单相异步电机的结构、启动方式、正转和反转控制等。
一、单相异步电机的结构单相异步电机主要由定子、转子和起动电容器组成。
定子上绕有一个主磁场线圈和一个辅助磁场线圈，转子是一个闭合的铝或铜导体，与定子之间通过空气隙相互作用。
二、单相异步电机的启动方式单相异步电机的启动方式主要有直接启动和间接启动两种方式。
1.直接启动：通过将电压直接施加在电机上来启动电机，但由于单相电源的特点，单相电机无法自行旋转，所以在启动过程中需要额外的启动装置来产生一个旋转磁场。
直接启动方式适用于小功率的单相异步电机。
2.间接启动：通过引入一个起动电容器来改变电机定子的电流相位差，使得电机能够自行启动。
起动电容器能够产生一个辅助电流，使得电机能够旋转起来。
间接启动方式适用于大功率的单相异步电机。
三、单相异步电机的正转和反转控制单相异步电机的正转和反转控制主要通过改变定子和转子之间的电流相位差来实现。
1.正转控制：通过连接定子的主磁场线圈和电源，在定子产生的磁场的作用下，使得转子跟随着磁场旋转。
在正转过程中，电流的相位差保持不变，电机能够以一定的速度旋转。
2.反转控制：通过改变转子的电流相位差来改变电机的旋转方向。
在反转过程中，通过改变电流相位差，使得电机的磁极发生变化，从而改变电机的旋转方向。
四、单相异步电机的控制方法单相异步电机的控制主要通过改变电容器的电容值或者改变电流的相位差来实现。
1.改变电容值：通过增大或减小起动电容器的电容值来改变电机的转速。
增大电容值可以提高电机的转速，减小电容值可以降低电机的转速。
2.改变电流相位差：通过改变定子线圈的绕组方式或者改变接入的电源相位来改变电流的相位差。
改变电流相位差可以改变电机的转向。
在控制方面，可以采用电子控制方法，如通过使用可编程控制器（PLC）或者直流调速器来实现对单相异步电机的控制。
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• 串励电机因转速可调范围广，启动力矩大的特 点被广泛的应用于电动工具（角磨机、手电 钻），厨房用品（料理机、豆浆机）。
第二章 单相电动机正反转控制
• • 正反转控制，只需将1-2线对调或3-4线对调即可完成逆转。 对于图1，图2，图3，的起动与运行绕组的判断，通常起动绕组比运行绕组直流电阻大 很多，用万用表可测出。一般运行绕组直流电阻为几欧姆，而起动绕组的直流电阻为 十几欧姆到几十欧姆。
3、电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容 参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至 80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任 务，并被断开。而运行电容串接到起动绕组参与 运行工作。这种接法一般用在空气压缩机，切割 机，木工机床等负载大而不稳定的地方。如图3。
带有离心开关的电机，如果电机不能在很短时间内启动成功，那么绕组线圈将会很 快烧毁。 电容值：双值电容电机，起动电容容量大，运行电容容量小，耐压一般大于400V。
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第二章 单相电动机启动
220V交流单相电机起动方式大概分一下几种： 1、分相起动式，如图1所示，系由辅助起动绕 组来辅助启动，其起动转矩不大。运转速率 大致保持定值。主要应用于电风扇,空调风扇 电动机，洗衣机等电机。
• 2、电机静止时离心开关是接通的，给电后起 动电容参与起动工作，当转子转速达到额定 值的70%至80%时离心开关便会自动跳开， 起动电容完成任务，并被断开。起动绕组不 参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继 续动作，如图2。
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初级电工培训教程四
2014年9月
培训提纲
第一章 单相电动机运行原理
第二章
第ห้องสมุดไป่ตู้章
单相电动机启动方式
单相电动机正反控制方式
第一章 单相电动机原理
• 当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正 弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分 解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生 两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向 某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动 变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生 的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。 要使单相电机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相 差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分 相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生 （两相）旋转磁场， 图2电容分相电动机接线图及向量图 在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子 上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可 以做成短时工作方式。但有时候，起动绕组并不断开，参与运行。我们称这种电机为单相电机，要改 变这种电机的转向，只要把辅助绕组的接线端头调换一下即可。
• 4、图4是带正反转开关的接线图，通常这 种电机的起动绕组与运行绕组的电阻值是 一样的，就是说电机的起动绕组与运行绕 组是线径与线圈数完全一致的。一般洗衣 机用得到这种电机。这种正反转控制方法 简单，不用复杂的转换开关。
•
5、串励电动机，单相串励电动机俗称串励电机，属于单相交流异步电动机，因电 枢（shu）绕组和励磁绕组串联在一起工作而得名。单相串励电动机属于交、直流 两用电动机，它既可以使用交流电源工作，也可以使用直流电源工作。 由于它转 速高、体积小、启动转矩大、转速可调，既可在直流电源上使用，又可在单相交 流电源上使用，因而在电动工具中得到广泛的应用。电机主要由定子转子及支架 三部分组，定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由隐极铁心、电枢绕组、换向 器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。
正反转实例