單相電機(jī)的基本原理
單相電機(jī)一般是指用單相交流電源(AC220V)供電的小功率單相異步電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)通常在定子上有兩相繞組,轉(zhuǎn)子是普通鼠籠型的。兩相繞組在定子上的分布以及供電情況的不同,可以產(chǎn)生不同的起動(dòng)特性和運(yùn)行特性。
通常根據(jù)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和運(yùn)行方式的特點(diǎn),將單相異步電動(dòng)機(jī)分為單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)、單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)五種。
當(dāng)單相正弦電流通過(guò)定子繞組時(shí),電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng),這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化,但在空間方位上是固定的,所以又稱這個(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí),這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩,使得合成轉(zhuǎn)矩為零,所以電機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(如順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)),這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小;轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大。這樣平衡就打破了,轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零,轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。
要使單相電機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái),我們可在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組,起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90度,起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容,使得與主繞組的電流在相位上近似相差
90度,即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組,將會(huì)在空間上產(chǎn)生(兩相)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),
在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下,轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng),起動(dòng)后,待轉(zhuǎn)速升到一定時(shí),借助于一個(gè)安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開(kāi)關(guān)或其他自動(dòng)控制裝置將起動(dòng)繞組斷開(kāi),正常工作時(shí)只有主繞組工作。因此,起動(dòng)繞組可以做成短時(shí)工作方式。但有很多時(shí)候,起動(dòng)繞組并不斷開(kāi),我們稱這種電機(jī)為單相電機(jī),要改變這種電機(jī)的轉(zhuǎn)向,只要把輔助繞組的接線端頭調(diào)換一下即可。
在單相電動(dòng)機(jī)中,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的另一種方法稱為罩極法,又稱單相罩極式電動(dòng)機(jī)。此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的,有兩極和四極兩種。每個(gè)磁極在1/3--1/4全極面處開(kāi)有小槽,把磁極分成兩個(gè)部分,在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán),好象把這部分磁極罩起來(lái)一樣,所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。單相繞組套裝在整個(gè)磁極上,每個(gè)極的線圈是串聯(lián)的,連接時(shí)必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當(dāng)定子繞組通電后,在磁極中產(chǎn)生主磁通,根據(jù)楞次定律,其中穿過(guò)短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90度的感應(yīng)電流,此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通,它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng),從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
單相電機(jī)操作有兩種,第一種,在起動(dòng)回路中接離心開(kāi)關(guān),這種接法一般用在空氣壓縮機(jī),切割機(jī),木工機(jī)床等負(fù)載大而不穩(wěn)定的地方;第二種,在起動(dòng)回路中不接離心開(kāi)關(guān),起動(dòng)繞組和電容器不僅起動(dòng)時(shí)起作用,運(yùn)行時(shí)也起作用,這樣可以提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率,所以這種電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能優(yōu)于電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)繞組所串電容器的電容量,主要是根據(jù)運(yùn)行性能要求而確定的,比根據(jù)起動(dòng)性能要求而確定的電容量要小,為此,這種電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能不如電容起動(dòng)電動(dòng)機(jī)好。電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)不要起動(dòng)開(kāi)關(guān),所以結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,價(jià)格比較便宜,主要應(yīng)用于電風(fēng)扇,空調(diào)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī),洗衣機(jī)等電機(jī)。