正文 第2章 單相電動機的工作原理、結構與類型(一)(1 / 3)

單相電動機是一種使用在工頻單相交流電源上,將電能轉換成機械能的拖動機械。由於它具有結構簡單、價格便宜、工作可靠、維修方便等一係列優點,因而被廣泛應用於小型機床、電功工具、家用電器、辦公設備和醫療器械中作為動力源。因工作性質及使用範圍的限製,其容量都比較小,功率多在750以下。

單相電動機的原理相近、種類繁多、構造各異,為更深入地認識單相電動機,下麵將對其原理、結構和類型作簡要敘述。

第1節 單相異步電動機的工作原理

一、異步電動機的基本原理

異步電動機的基本原理。馬蹄形磁鐵借助手柄可在支架上旋轉,即一個手動旋轉磁場。在馬蹄形磁鐵兩極之間的磁場中,安放有一個轉子。沿轉子圓周均勻地分布著很多根細導條,導條的兩端分別用兩個銅環把它們接起來成為一個閉合回路。這個閉合形導體就稱為轉子繞組。如果我們轉動手柄使磁鐵轉動起來,這時旋轉的磁場就會切割轉子的導體,並在導體中產生感應電動勢,電動勢的方向可用右手定則來確定。假如磁場的旋轉是按圖中所指的方向,則在~極下轉子導體中的電動勢方向都是垂直進入紙麵的。由於轉子導條都是互相聯接而成為閉合回路,所以導體中一有電動勢便會產生自成回路的電流,電流的方向則與電動勢方向相同。接著,轉子中的電流與氣隙磁場相互作用便產生了電磁轉矩。電磁轉矩的方向可以用電動機左手定則來決定。由此可知,電磁轉矩的方向和旋轉磁場的方向相同。在電磁轉矩的作用下,轉子以轉速順著磁場方向旋轉,這就是所有異步電動機的基本原理。

電動機在運行時,要克服本身的摩擦和負載轉矩,轉子導體中就需要一定大小的電流,以產生足夠的電磁轉矩。所以異步電動機轉子的轉速,總是低於旋轉磁場的轉速這樣,磁場才能夠切割轉子導體使其產生感應電動勢,建立轉子電流。實際應用的異步電動機磁場不是一個靠外力轉動的磁鐵,而是依靠交流電源和嵌放在電動機定子上的繞組所產生的旋轉磁場。

二、單相繞組的脈振磁場

我們知道,單相交流電流是一個隨時間按正弦規律變化的電流。因此,它所產生的磁場將是一個脈振磁場。即某一瞬間電流為零時,電機氣隙中的磁感應強度也等於零。當電流增大時磁感應強度也隨著增強。電流方向相反時,磁場方向也跟著反過來。但是在任何時刻,磁場在空間的軸線並不移動。隻是磁場的強弱和方向像正弦電流一樣,隨時間按正弦規律作周期性變化。

為了便於分析問題,通常可以把這個脈振磁場分解成兩個旋轉磁場來看待。這兩個磁場的旋轉速度相等,但旋轉方向相反。每個旋轉磁場的磁感應強度的幅值等於脈振磁場磁感應強度幅值的一半。

這樣一來,任一瞬間脈振磁場的磁感應強度都等於這兩個旋轉磁場的磁感應強度的向量和。在瞬時,兩個旋轉磁場的磁感應強度向量方向相反,所以合成磁感應強度6=0。在兩個旋轉磁場的磁感應強度向量都對水平軸偏轉了一個角度。

同樣也可以證明,在其它任何瞬時,這兩個旋轉磁場的磁感應強度的合成磁感應強度,就是脈振磁場的磁感應強度的瞬吋值。

既然可以把一個單相的脈振磁場分解成兩個磁感應強度幅值相等、轉向相反的旋轉磁場,因而也就可以認為,單相異步電動機的電磁轉矩也是分別由這兩個旋轉磁場所產生轉矩合成的結果。當電動機靜止時,由於兩個旋轉磁場的磁感應強度大小相等而轉向相反,因此,在轉子繞組中感應產生的電動勢和電流也將大小相等而方向相反。故兩個電磁轉矩的大小也相等而方向也相反,於是合成轉矩等於零,電動機無法起動。也就是說,單相異步電動,機的起動轉矩為零。這既是它的一個特點,也是它的一大缺點。但是,如果我們用外力使轉子轉動一下,則不論是朝順時針方向轉動或逆時針方向轉動,這時電磁轉矩都將會逐漸增加,使電動機沿著外力作用方向旋轉,直至達到穩定轉速為止。

二、兩相繞組的旋轉磁場

單相繞組產生的是一個脈振磁場,其起動轉矩等於零,不能自行起動,因而不具實用價值。要使單相異步電動機得到應用,首先必須解決它的起動問題。因此,一般單相異步電動機(除集中式罩極電動機外)均采用兩相繞組。一相為主繞組(又稱工作繞組或運行繞組),另一相為輔助繞組(又稱起動繞組或副繞組),主、輔繞組在定子空間布置上相差90度電角度,同時使兩相繞組中的電流在時間上也不同相位。如在輔助繞組內串聯一個適當的電容器即可達到。這樣,一個相差90度電角度的兩相旋轉磁場就使單相異步電動機旋轉起來。電動機轉動起來後,當接近額定轉速時起動裝置會適時地自動將輔助繞組從電源脫離開,隻剩下主繞組在線路上工作。