第一章单相异步电动机

第一章单相异步电动机 【教学目标教学目标】 1．知识目标：了解单相异步电动机的基本结构和分类；掌握单相异步电动机的基本工 作原理。 2．能力目标：使学生掌握单相异步电动机的起动、反转、调速的方法；初步具有检修 常见故障的能力。 3．情感目标：激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能 力，培养动手能力。 【教学重点】【教学重点】 单相异步电动机的基本工作原理。 【教学难点】【教学难点】 电动机的反转、调速方法。 【教学方法】【教学方法】 读书指导法、分析法、演示法、练习法。 【课时安排】【课时安排】 2 课时（90 分钟） 。 【教学过程】【教学过程】 〖导入〗〖导入〗 （（3 3 分钟）分钟） 由于单相异步电动机的电源是单相交流电源， 在家庭中使用十分方便， 所以单相异步电 动机被广泛用于各种日用电器中，如电风扇、 洗衣机、电冰箱等。 不同日用电器中的单相异 步电动机在类型、结构上虽有差别，但其基本结构和工作原理是相同或相似的。 〖新课〗〖新课〗 第一节第一节单相异步电动机的结构和工作原理单相异步电动机的结构和工作原理 一、单相异步电动机的基本结构 拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。 单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及机壳、端盖、轴承、风扇 等部件构成，如图所示。 1．定子 电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图所示。 2．转子 转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图所示。 转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。 3.其他部件 单相异步电动机的其他部件还有机壳、前后端盖、风叶等。 二、单相异步电动机的工作原理 1．运转原理 异步电动机属于感应电动机。 实验装置如图(a)所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极之间放一个可以自 由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙， 没有机械或电气的联系。 当我们转动手柄使 磁铁旋转时，现象： （1）笼型转子随着磁极一起转动。磁极转得快，转子跟着转得快；磁极转得慢，转子 也跟着转得慢。 （2）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。 （3）仔细观察还会发现， 笼型转子的转速总是低于磁极的转速， 两者的转速不能同步， 即所谓“异步”。 图(b)来分析说明： 设磁极按逆时针方向旋转， 形成一个旋转磁场， 置于旋转磁场中的转子导条切割磁感应 线，产生感应电动势，由于笼型转子绕组是闭合结构，所以转子绕组中产生感应电流。 根据 右手定则，可以判断出位于 N 极下的导条感应电流方向为进入纸面；而位于S 极下的导条 感应电流方向为穿出纸面。 又因为载流导体在磁场中会受到电磁力的作用， 根据左手定则可 判断出位于 N 极下的导条受力方向向左； 位于 S 极下的导条受力方向向右。 这样，在笼型转 子上就形成一个逆时针方向的电磁转矩，从而驱动转子跟随旋转磁场按顺时针方向转动起 来。 若磁极按顺时针方向旋转，同理，转子也会改变方向朝顺时针方向转动。另外，磁场若 加快旋转切割转子速度，转子上感应电流及电磁转矩将增大，则转子转速加快。 “异步”解释：异步电动机的转子转向与旋转磁场转向一致， 如果转子与旋转磁场转速 相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子导条不再切割磁感应线，没有电磁感应， 感应电流和电磁转矩为零， 转子失去旋转动力， 在固有阻力矩的作用下， 转子转速必然低于 旋转磁场转速，所以称其为异步电动机。 如果电动机转子与旋转磁场以相同的转速旋转，这种电动机称为同步电动机。 异步电动机旋转磁场转速（也称同步转速 n0）与转子转速 n 之差称为转差，转差与同 步转速 n0的比值用“转差率”s 表示： n n s 0 n 0 转差率 s 是反映异步电动机运行状态的一个重要参数。异步电动机额定转速时的转差 率称为额定转差率 sN，一般很小（约 2%～5%） ，即异步电动机在额定状态下运行时的转速 ｎＮ很接近同步转速ｎ0。 例例 2 2- -1 1一台直流电动机在正常运行时外加直流电源电压220V，电枢电流为 10A 电枢 电阻为0.5，求反电动势。 2．旋转磁场 从上述原理分析可知， 单相异步电动机必须首先建立一个旋转磁场， 才能驱动笼型转子 旋转。 （1）单相绕组的定子磁场 单相异步电动机能电后不能自行起动，需要拨动一下电动机的转子，电动机才能朝拨 动的方向转动起来。 结论： ① 单相绕组只能建立脉动磁场。 ② 在脉动磁场下电动机的起动转矩为零，即电动机不能自行起动，但在外力作用下起 动后能够运行。 （2）两相绕组的定子磁场 单相绕组的电动机只有一相绕组，无法建立一个旋转磁场。 异步电动机旋转磁场的同步转速n0为： 60 f n0 P 式中，f 为交流电源的频率；P 为定子磁极对数。 单相异步电动机形成圆形旋转磁场的对称条件： ① 两相绕组在空间上相差90电角度； ② 两相电流的相位相差90电角度； ③ 两相绕组电流大小相等、匝数相同、分布相同。 圆形旋转磁场的特点：是在定子内圆任意位置上的磁场强度均相同。 结论： ① 两相绕组空间位置不同；两相电流相位不同，就能产生旋转磁场。其轨迹一般是椭 圆。 ② 旋转磁场的转速 n0= 60f / P 。 ③ 旋转磁场的旋转方向总是从电流超前的绕组转向电流滞后的绕组。 第二节第二节单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类 分相式单相异步电动机：电动机定子铁心上嵌放了主绕组（运行绕组或工作绕组）和 辅助绕组（起动绕组） ，且两绕组在空间互差 90电角度，如图所示。为使两绕组在接同一 单相电源时能产生相位不同的两相电流， 往往在起动绕组中串入电容或电阻 （也可以利用两 绕组自身阻抗的不同）进行分相的电动机。 一、电阻起动式电动机 1. 电路构成 图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中“1” 为主绕组，匝数比启动绕组多，主要 呈感性。 “2” 为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图 可以看出，工作时启动绕组中的电流 I2超前于工作绕组的电流 I1 ·一个 φ角，两者之间有一定的 相位差，从而可以形成旋转磁场, 产生起动转矩。 2. 特点 起动绕组一般是按短时工作设计, 因此串有一个起动开关S , 当转速上升到一定程度时, 开 关自动断开起动绕组, 由工作绕组维持运行。由于φ角不大, 因此电阻起动式电动机的起动转矩 较小。 3. 应用 适用于空载或轻载起动的场合。 二、电容起动式电动机 1. 电路构成 图示为单相电容起动式电动机的原理图。 电动机的启动绕组中串联了一个电容器， 选择 合适的电容量，可使工作绕组与启动绕组的电流相位差接近900，产生近似于圆形的旋转磁 场。 2. 特点 具有较大的启动转矩，且启动电流较小，因而这种电动机的起动性能较好。电容启动式电动 机的起动绕组也是按短时工作设计, 因此串有一个起动开关S , 当转速上升到一定程度时, 开关 自动断开起动绕组, 由工作绕组维持运行。 三、电容运转式电动机 1. 电路构成 图示为单相电容运转式电动机的原理图。与电容启动式电动机相比较，其启动绕组中不串起 动开关S，因此启动绕组和启动电容器在电动机启动后也参与运行，因此称为电容运转式电动机。