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由定子铁芯、定子绕组和机座(壳)组成。
定子铁芯是电机磁路的一部分,一般由0.5mm硅钢片叠压而成,片于片之间相互绝缘,以减少涡流损耗。
定子绕组是由带有绝缘的高强度漆包线绕制而成,绕组型式一般为单层。
2.转动部分—转子;
由转子铁芯、转子绕组(纯铝)、转轴(45#碳结钢)组成。
磁场是由电流产生的,磁场的强弱及方向由磁感应强度B表示。
形象地描绘磁场用磁力线,磁力线是闭合曲线,磁力线的方向与产生磁场的电流方向之间符合右螺旋法则。
穿过单位面积的磁力线数就是磁感应强度B。
在均匀磁场中,穿过面积S的磁力线定义为磁通Φ
Φ=B·
S
Φ的单位(WB),磁感应强度单位(T),S的单位(m2)
B磁感应强度也称为磁通密度。
2.电磁力定律
本定律阐述处于磁场中的载流导体受有电磁力作用。
当磁场与载流导体互相垂直时,作用在导体尚的电磁力为f=BiL
式中f——电磁力(N)
B——磁感应强度(T)
——导体中的电流(A)
L——导体的有效长度(m)
电磁力f的方向由左手定则判定:
磁通指向手心,伸直四指指电流方向,垂直的拇指指电磁力方向。
(2)切割电势,导线在磁场中运动并切割磁力线时,导体中产生感应电动势:
式中B——磁感应强度(T)
L——导线有效长度
V——导线垂直于磁场的运动速度
上式感应电势方向由右手定则确定,手心迎着磁通、垂直的拇指指向导体运动方向,平行四指指向感应电势方向。
4.能量守恒原理
在质量不变的物理系统中,能量总是守恒的,能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,而仅能变换形式。
在电动机中能量的平衡关系为:
电源输入的电能=磁场储能的增加+转换为热能的能量损耗+机械能的输出
式中:
转换为热能的能量损耗主要包括三部分
(1)定、转子绕组铜耗;
(2)交变磁通在铁芯中的铁耗
(3)通风、摩擦产生的机械损耗
三、单相异步电动机工作原理
在三相电机中,当定子三相绕组接到对称三相交流电源时,对称三相交流电流在对称三相绕组中流通,产生圆形旋转磁势和磁场,从下图表示:
电流随时间变化,产生磁势和磁场在空间旋转,旋转速度由电源频率f和电机极数P决定。
式中n——旋转磁转速(r/min)
P——电机极数
——电源频率(Hz)
在单相电机中,由于单相绕组产生的是脉振磁场,电机没有起动转矩,不能起动,如下图表示:
i=Icosωt
因此在单相电机定子铁芯中嵌放两相绕组且其轴线在空间相隔90°
电角度,两相绕组的线径、匝数分布规律各不相同,其中一相绕组称为主绕组(用M表示)。
另一相称为副绕组或起动绕组(用A表示)。
副绕组铁移相元件接入电源。
结构原理如下图:
在单相电机中,若定子上的主、副两相绕组完全对称,两相绕组接到两相对称电源,则与三相电机一样也产生在空间旋转的圆形旋转磁势和磁场,如下图:
im=ImCOSωt
ia=IaCOS(ωt+90°
)
可见对称两相绕组通入对称两相电流产生的旋转磁势与三相电机产生旋转磁势一样。
其旋转速度与电源频率和电机极数有关:
在单相电机的转子中铸有许多彼此相连通的鼠笼形铝导条,如图示:
当电机中磁场以n速度旋转时,处于旋转磁场中的转子导条就会切割磁力线而产生感应电势和感应电流,感应电流在磁场的作用下产生电磁力和电磁力矩,行成一定的转速n’。
一般情况下电机转速n’不等于旋转磁场转速n。
因为n’=n时,转子导条相对旋转磁场是静止的,导条中就不会产生感应电势和感应电流,电机就不会产生电磁力矩,电机转速就会自然下降。
因转子速度始终低于旋转磁场速度,故称此种电机为“单相异步电动机”。
四、电容运转单相异步电动机
前面讲到,单相绕组产生的是一个脉振磁势,因此单相电机的启动转矩为零,即电机不能自行启动,要使单相电机能够自行启动,就必须如同三相异步电机一样,在电机内部产生一个旋转磁场。
产生旋转磁场最简单的方法是在两相绕组中通入相位不同的两相电流。
因此在单相异步电机中必须有两套绕组,一套为工作绕组,另一套为副绕组或启动绕组,工作绕组或主绕组M与副绕组A的轴线在空间相隔90°
电角度,副绕组串联一个适当的电容C(电容选配不当会使电机系统变差,如片面增大或减小电容量,负序磁场可能加强,使输出功率减小性能变坏,磁场可能会由圆形或近似圆形变为椭圆形)再与工作绕组并接于电源。
由于副绕组串联了电容所以副绕组中的电流在相位上超前于主绕组电流,这样由单相电流分解成具有时间相位差的两相电流M和A(也就是事实上的两相电流),因而电机的两相绕组就能产生圆形或椭圆形的旋转磁场。
由于大多数情况下两相绕组总是不对称的,谐波分量较多,因此单相异步电机的性能总要比三相异步电机差得多。
谐波对电机的影响主要有以下三个方面:
1、使电机的附加损耗增加;
2、引起电机振动;
3、生附加转矩,使电机的启动发生困难(某些位置较大、某些位置又较小、某些位置干脆就不能启动,削弱办法之一,就是采用斜槽转子。
这就是我们看到的转子槽是斜的原因之一),;
五、电机的调速方法及原理
作为单相异步电动机其调速方法有三种:
(1)变极调速;
(2)降压调速;
(3)抽头调速。
1.变极调速
在单相电机中,有倍极调速和非倍极调速之分。
倍极调速电机一般定子上只有一套绕组,用改变绕组端部联接方法获得不同的极对数以达到调整旋转磁场的转速。
在极数比较大的变极调速中,定子槽中安放两套不同极数的独立绕组,实际上相当于两台不同极数的单速电机的组合,其原理和性能与一般单相异步电机一样。
2.降压调速
降压调速方法很多,如串联电抗器(吊扇)、串联电容、自耦变压器和串联可控硅调压调速。
空调中最常用的调压调速是可控硅(塑封)调压调速。
可控硅调速是改变可控硅导通角的方法,改变电动机端电压的波形,从而改变了电动机的端电压的有效值。
可控硅导通角α1=180°
时,电机端电压为额定值,α1<180°
时电压波形如下图实线部分,电机端电压有效值小于额定值,α1越小,电压越低。
塑封PG电机就是可控硅降压调速。
对于塑封PG电机,其绕组工作原理与抽头电机一致,但不同之处在于塑封PG电机的输入电压不是直接接到电源上的,而是通过电控的输出端施加电压于电机上的,其电控的输出电压是可调节的。
其电气原理图见图3,调速是利用电机输出转矩与电机输入电压成近似一次关系,通过改变电机输入电压来改变电机的输出转矩,起到调节电机转速的作用,其原理如下:
在电机的轴上装有一个磁环,它一般有6极磁环及2极磁环2种。
当电机转子旋转一圈时,磁环也旋转一圈,磁环与PG板中的霍尔元件相感应,6极磁环会在PG板的OUTPUT(白)脚中输出3个脉冲,2极磁环会输出1个脉冲,这样根据输出脉冲的数量就可以知道电机的转速。
在电控中设定有厂家预定的转速值,将它与从PG块中采样取得的转速值相比较,当转速偏低时,则提高电控的输出电压(可控硅导通角变大),当转速偏高时,则降低电控的输出电压(可控硅导通角变小),这样通过PG信号的反馈调节电控输出电压就实现了对电机的平滑调速。
由于电控的输出电压不会高于其输入电压,因此在电机设计时要保证电机达到高风档的转速时其电控的电压不高于工作的额定电压。
如我国额定电压为220VAC,则设计时的电控电压一般设计为180VAC~200VAC左右。
此参数值设定太低则造成电机材料浪费,且电控若损坏击穿后电机直通市网电压,其电机温升会较高;
若此参数值设定过高则会造成市网电压降低时,有可能达不到设定的额定转速,影响空调的能力。
3.抽头调速
电容运转电动机在调速范围不大时,普遍采用定子绕组抽头调速。
此时定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组。
通过改变调速绕组与主、副绕组的联接方式,调整气隙磁场大小及椭圆度来实现调速的目的。
一般电容运转单相电机,其电机绕组由主绕组及副绕组构成,主绕组与副绕组嵌在不同的槽中,绕组与铁芯间由聚酯纤维无纺布(DMDM或DMD)隔开,其在空间一般相差90度电角度,且副绕组通过串联一个工作电容器后与主绕组并接于电源。
当电机通电后,主绕组与副绕组在气隙中共同形成一个有方向有幅值强度的旋转磁场。
其方向与主、副绕组所处的空间位置等有关,它决定了电机的转向;
其幅值强度则与主副绕组的参数设计有关,它决定了电机输出力矩的大小。
该旋转磁场与转子鼠笼转子相互作用,使电动机按一定的方向旋转。
若调换主副绕组的空间位置,则旋转磁场的旋转方向会相反,该反方向的旋转磁场与转子相互作用,使电动机的转向也会相反。
该电动机的调速是通过改变副绕组的抽头来实现的,其工作原理如图2所示,当电机处于低速档运行时,相当于将副绕组的一部分串联进了主绕组,
而副绕组本身的匝数减少,这样的结果使得在气隙中形成的旋转磁势的幅值降低,引起电机的输出力矩下降,因此驱动风扇负载时的转速将会下降。
这种调速方法的特点是结构简单可靠,缺点是电机转速受电压波动影响太大。
抽头调速可分为T型抽头调速和L型抽头调速。
L型抽头调速又可分为主绕组抽头L-1型和副绕组抽头L-2型。
目前最常用的是T型抽头调速和副绕组抽头L-2型调速。
原理线路图见下。
T型抽头调速优点:
中、低档运行绕组温升低;
缺点:
电机高档效力低,主绕组易行成匝间(见企业技术标准13设计案例的DC03.043-001“YDK29-8E电机匝间短路案例分析”)。
L型抽头调速优点:
电机高档效力高,绕组不易行成匝间;
中、低档运行绕组温升低。
不论哪种调速,都各有优缺点,选用哪种除要考虑设计时要达到哪个结果,还要考虑电机的经济性,一般L型较经济)。
六、电动机主要参数介绍
1.空载输入电流:
是指电机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容下、空载运行(轴上输出功率为零)情况下,流入电动机的电流称为空载电流。
单位:
A或mA。
2.空载输入功率:
是指电机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容下、空载运行(轴上输出功率为零)情况下,输入电动机的功率。
这部分功率消耗主要表现在磁场储能,定、转子绕组铜耗和铝耗,交变磁通在铁芯损耗,通风、轴承磨擦产生机械损耗。
W(瓦)
3.负载输入电流:
是指电动机在额定工作电压、额定电源频率、额定电容、带额定负载运行在额定转速下,所输入电机的电流。
4.额定负载输出功率:
是指电动机在额定电压、额定电源频率、额定电容、带额定负载运行在额定转速下,轴伸所输出的有功功率。
5.温升:
指电动机在额定测试条件下运行,内部绕组与铁芯部分的温度相对于测试环境温度的升高值。
目前较常用的测试温升方法为绕组电阻法。
6.噪音:
电机噪音可分为机械噪音和电磁噪音。
机械噪音通常由电机装配不良定、转子摩擦及轴承声等形成。
电磁噪音通常由定、转子气隙不均匀或磁场过于饱和造成,定、转子气隙不均匀受装配零部件同轴度的影响较大,磁场过于饱受所设计功率较大电机的材料限制造成。
噪音用分贝dB表示。
七、空调电动机常见的技术问题及解决方法:
1.整机噪音:
电机噪音值在某一频段存在峰值,此噪音峰值频段与整机固有频率相接近或重合,形成共鸣、共振和整机噪音。
整机预防及解决措施:
在电机确认阶段将电机噪音峰值频段与整机固有频率错开,空调钣金件上加阻尼胶,调整风叶形状、增加电机支架刚性、电机安装脚上加胶垫,调整空调板金件的形状、厚度,调整电机极数、定转子的槽配合、定转子
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- 08 电机 培训教材
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