三相异步电动机改单相

三相异步电动机改单相

三相异步电动机改单相的原理和方法

三相异步电动机由于构造简单、成本低、维修使用方便、运行可靠等优点,被广泛应用于工农业生产。三相电动机的电源应是三相电源,但实际上常会遇到只有单相电源的问题,特别是在家用电器上用的都是单相电动机,坏了以后想用三相电动机代替,就必须做适当的改接,以使三相电动机适应于单相电源而正常工作,下面具体谈其接线方法。

一、改接原理

三相异步电机是利用三相互隔120?角度的平衡电流,通过定子绕组时产生一个随时间变化的旋转磁场,以驱使电动机运转工作的。在谈到三相异步电机改单相使用之前,先要说明单相异步电动机旋转磁场建立问题,单相电动机只有在建立旋转磁场后才能够起动。它之所以没有初始起动转距,是因为在单相绕组中建立起的磁场不是旋转的,而是脉动的,换句话说,它对定子来讲是不动的。在这种情况下,定子的脉动磁场与转子导体内的电流相互作用是不能产生转矩的,因为没有旋转磁场,所以就不能使电机起动运转。但是电动机内部两个绕组的位置有空间角度差,若设法再产生一不同相的电流,使两相电流在时间上有一定的相位差,才能产生旋转磁场,使电机起动。因此单相电动机的定子除了有工作绕组外,还必须有起动绕组。根据此原理,可利用三相异步电机定子的三相绕组,将其中一相绕组线圈采用电容或电感移相的方法,使两相通过不同的电流,这样就能建立旋转

磁场,使电动机起动运转。当三相异步电机改为单相电源使用时,其功率仅是原来的2/3。

二、改接方法

要把三相电机使用在单相电源上,可将三相异步电动机定子绕组中的任意二相绕组线圈首先串联,再与另一相绕组并联接入电源。这时,两个绕组里的磁通量在空间上虽然有相位差,但因工作绕组和起动绕组都是接在同一电源上,如按时间来讲,电流是相同的。因此,只有在起动绕组上串联一只电容器、电感线圈或电阻,才能使电流有相位差。在接法上为了增大起动转矩,可用一台自耦变压器将单相电源的电压由220V升到380V,示意图如图1所示。

(图1)

一般小型电动机均为Y接,对Y 接的三相异步电动机用此种方法接线,应将串入电容C的绕组接线端子接在自耦变压器起头端子上,如需改

变转轴转动方向,可按图2接线。

(图2)

如果不升高电压,接在220V的电源也可用此图示。因为原来接三相380V电源电压的绕组,现在用于220V电源,电压太低了,所以转矩太低。

(图3)

(图4)

图3接线转矩太低,若增大力矩可将移相电容串入二相绕组连在一起的线圈中,用此绕组为起动绕组,单只线圈直接接在220V电源上,见图4。图3、图4如果需要改变转轴转动方向,可将起动绕组或运转绕组的头尾换一下就可。

两个绕组串联后的磁矩(其中一相反串)是由两个夹角互为60?磁矩合成的(如图5),其磁矩远远大于由两个夹角互为120?合成的磁矩(如图6两绕组顺串), 所以图5接线的起动转矩远远大于图6接线的起动转矩。

(图5)

(图6)

在起动绕组上接入电阻R(图7)的数值应当与定子绕组相电阻接近,并且应当能够承受起动电流,这种接法起动转矩为额定转矩的

0.1~0.12倍。

(图7)

三、移相电容的选择 :

工作电容C=1950×Ie/Ue×cosφ(微法),Ie、Ue、cosφ是电动机原来的额定电流、额定电压及功率因数。

一般工作电容用在单相电源上的三相异步电机时(220V),每100W用4~6微法电容即可。

起动电容可根据起动的负载大小而选择。通常是工作电容的1~4倍。当电动机达到额定转速的75%~80%时,应当断开起动电容,否则电动机易烧坏。

正确选择电容的容量使二相绕组的电流I1、I2相等,且等于额定电流Ie,即

I1=I2=Ie。若要求起动力矩大些,可增加一个起动电容,并接在运转电容上,当起动正常时,断开起动电容。

三相异步电动机用于单相电源的改接意义较大,方便易行,但由于单相电源一般容量较小,所以适用于1kW以下小电机。

三相异步电机工作原理

三相异步电机的工作方式，电机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场，转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向，转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。三相异步电机工作原理:

一、旋转磁场

(一)定子旋转磁场产生的原理

旋转磁场:指磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。在三相异步电动机的定子铁心中放置三组结构完全相同的绕组U1U2、V1V2、W1W2，各相绕组在空间互差120?电角度，向这三相绕组中通入对称的三相交流电，则在定子与转子的空气隙中产生一个旋转磁场。

以两极电机即2p=2为例说明，对称的三相绕组U1U2、V1V2、W1W2假定为集中绕组，三相绕组接成星形，并通以三相对称电流iA、iB、iC。如动画演示所示。

假定电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，末端流出。电流流入端用“×”表示，电流流出端用“)”表示。 wt=0时，iA=0;

iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出;

iC为正值，即iC由首端W1流入，末端W2流出。

电流流入端用“×”表示，电流流出端用“)” 表示。利用右手螺旋定则可

确定在wt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如动画演示所示。

可见合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向一致，上方是北极，下方是南极。

wt= π/2时，iA为正最大值，即iA由首端U1流入，末端U2流出; iB为负值，即iB由末端V2流入，首端V1流出;

iC为负值，即iC由W2流入，W1流出。

可见合成磁场方向以较wt=0时按时针方向转过90o。

同理可画出wt= π ，wt=3π/2，wt= 2π时的合成磁场，可看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共转过360o，即旋转一周。综上所述，在三相交流电动机定子上布置有结构完全相同在空间位置各相差120o电角度的三相绕组，分别通入三相交流电，则在定子与转子的空气隙间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，故称旋转磁场。

(二)旋转磁场的旋转方向

U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iB、iC。

三相交流电的相序A —— B ——C。

旋转磁场的旋转方向为U相—— V相—— W相(顺时针旋转) 若 U相、V相、W相绕组的电流分别为iA、iC、iB(即任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序)

旋转磁场的旋转方向为逆时针旋转。

综上所述，旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反转。

(三)旋转磁场的旋转速度

两极三相异步电动机(即2P=2)定子绕组产生的旋转磁场，当三相交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n1=60f1=3000转\分。

四极三相异步电动机(即2P=4)定子绕组产生的旋转磁场，当三相

交流电变化一周后，其所产生的旋转磁场只旋转了半圈。故在四极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，即n1= 60 f1/2 =1500转/分。

综上所述，当三相异步电动机定子绕组为p 对磁极时，旋转磁场的转速为 n1 = 60f1/p

式中 n1:旋转磁场转速(又称同步转速)，转/分

f1:三相交流电源的频率，赫; p:磁极对数。

二、三相异步电动机的转动原理

问题:为什么称“异步”电动机,

正常情况下，转子转速n总是略低于旋转磁场转速即同步转速n1，若n=

n1 ，则旋转磁场和转子导体间将不存在相对运动，因而转子导体电动势为零。n 和n1总存在差异，异步电动机的名称由此而来。异步电动机的转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原理产生感应电动势和电流，故又可称为感应电动机。三、异步电动机的转差率

分析n和n1间的关系:

1、当n=0，转子切割旋转磁场的相对转速n1,n= n1为最大，故转子中的感应电动势和电流最大。

2、当转子转速n增加时，则n1,n开始下降，故转子中的感应电动势和电流下降。

3、当n= n1，则n1,n=0，转子导体不切割定子旋转磁场，故转子中没有感应电动势。

转差率:同步转速n1与转子转速 n之差对同步转速之比值，用S表示。

S是恒量异步电动机性能的一个重要参数，分析几个特定工作状态下的S值。

1、电动机静止或在启动的瞬间，n=0，S=1。

2、电动机空载时，需克服的阻力很小，故转速很高，S很小。

3、电动机额定负载时的转差率S约为0.01~0.07。

4、电机处于电动机状态运行时0，S，1。

三相异步电动机的工作原理简单说应该是:

当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势(感应电动势的方向用右手定则判定)。由于导子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用(力的方向用左手定则判定)。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为:当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度)，通入三相交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路)，载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。

单相电动机工作原理

单相电动机由定子和鼠笼式转子组成，定子上嵌有主绕组和副绕组，主、副绕组在空间上互成90度电角度。副绕组串联了一个运转电容器后与主绕组并联接人电路。当主、副绕组通入单相交流电时，主绕组产生脉动磁场，副绕组在电容器的作用下，产生与主绕组相位超前约90度电角度的脉动磁场。这两个脉动磁场合成一个旋转磁场，推动转子启动运转。

三相异步电动机与步进电动机有何区别

异步电机(感应电机)的工作原理是通过定子的旋转磁场在转子中产生感应电流，从而产生电磁转矩，转子中并不直接产生磁场。因此，

没有这个差值，即转差率，就没有转子的转速一定是小于同步速的(

转子感应电流)，也因此叫做异步电机。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度;

反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两

相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。