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1.2.2 单相异步电动机的基本结构与工作原理

1.单相异步电动机的基本结构

单相异步电动机一般由机壳、定子、转子、端盖、转轴、风扇等组成,有的单相异步电动机还具有起动元件。

(1)定子

定子由定子铁心和定子绕组组成。单相异步电动机的定子结构有两种形式,大部分单相异步电动机的定子采用与三相异步电动机相似的结构,即用硅钢片叠压而成。但在定子铁心槽内嵌放有 两套绕组:一套是主绕组,又称工作绕组或运行绕组;另一套是副绕组,又称起动绕组或辅助绕组。 两套绕组的轴线在空间上应相差一定的电角度。容量较小的单相异步电动机有的则制成凸极形状的铁心,如图1-4所示。磁极的一部分被短路环罩住。凸极上放置主绕组,短路环为副绕组。

图1-4 凸极式罩极单相异步电动机

(2)转子

单相异步电动机的转子与笼型三相异步电动机的转子相同。

(3)起动元件

单相异步电动机的 起动元件串联在起动绕组(副绕组)中, 起动元件的作用是 在电动机起动完毕后,切断起动绕组的电源。 常用的起动元件有以下几种:

1)离心开关。离心开关位于电动机端盖的里面,它包括静止和旋转两部分。当电动机静止时,无论旋转部分在什么位置,总有一个铜触片与静止部分的两个半圆形铜环同时接触,使起动绕组接入电动机电路。电动机起动后,当转速达到额定转速的70%~80%时,离心力克服弹簧的拉力,使动触头与静触头脱离接触,使起动绕组断电。

2)起动继电器。起动继电器是利用流过继电器线圈的电动机起动电流大小的变化,使继电器动作,将触头闭合或断开,从而达到接通或切断起动绕组电源的目的。

2.单相异步电动机的工作原理

分相式单相异步电动机的工作原理:在单相异步电动机的主绕组中通入单相正弦交流电后,将在电动机中产生一个脉振磁场,也就是说,磁场的位置固定(位于主绕组的轴线),而磁场的强弱按正弦规律变化。

如果只接通单相异步电动机主绕组的电源,电动机不能转动,但如能加一外力预先推动转子朝任意方向旋转起来,则将主绕组接通电源后,电动机即可朝该方向旋转,即使去掉了外力,电动机仍能继续旋转,并能带动一定的机械负载。

单相异步电动机为什么会有这样的特征呢?下面用双旋转磁场理论来解释。

双旋转磁场理论认为:脉振磁场可以认为是由两个旋转磁场合成的,这两个旋转磁场的幅值大小相等(等于脉振磁动势幅值的l/2),同步转速相同(当电源频率为 f ,电动机极对数为 p 时,旋转磁场的同步转速 ),但旋转方向相反。其中 与转子旋转方向相同的磁场称为正向旋转磁场,与转子旋转方向相反的磁场称为反向旋转磁场(又称逆向旋转磁场)。

单相异步电动机的电磁转矩,可以认为是分别由这两个旋转磁场所产生的电磁转矩合成的结果。

电动机转子静止时,由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等、方向相反,因此它们与转子的相对速度大小相等、方向相反,所以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,它们分别产生的正向电磁转矩与反向电磁转矩也是大小相等、方向相反,相互抵消,于是合成转矩等于零。单相异步电动机不能够自行起动。

如果借助外力,沿某一方向推动转子,单相异步电动机就会沿着这个方向转动起来,这是为什么呢?因为假如外力使转子顺着正向旋转磁场方向转动,将使转子与正向旋转磁场的相对速度减小,而与反向旋转磁场的相对速度加大。由于两个相对速度不等,因此两个电磁转矩也不相等,正向电磁转矩大于反向电磁转矩,合成转矩不等于零,在这个合成转矩的作用下,转子就会顺着初始推动的方向转动起来。

为了使单相异步电动机能够自行起动,一般在起动时,先使定子产生一个旋转磁场,或使它能增强正向旋转磁场,削弱反向旋转磁场,由此产生起动转矩。为此,人们采取了几种不同的措施,如在单相异步电动机中设置起动绕组(副绕组)。主、副绕组在空间上一般相差90°电角度。当设法使主、副绕组中流过不同相位的电流时,可以产生两相旋转磁场,从而达到单相异步电动机起动的目的(故该种电动机称为分相式单相异步电动机)。当主、副绕组在空间上相差90°电角度,并且主、副绕组中的电流相位差也为90°时,可以产生圆形旋转磁场,单相异步电动机的起动性能和运行性能最好。否则,将产生椭圆形旋转磁场,电动机的起动性能和运行性能较差。 iaRCXJY8KiZYcycuxj4AFbHzfejQp8pr0ny07PFBXPC4SNU2UXRkSZhXFez/+Qik

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