5.1 单相异步电动机结构、铭牌工作原理（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目5 单相异步电动机 5.1 单相异步电动机结构、铭牌工作原理 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够准确描述单相异步电动机的结构，包括定子（铁芯、绕组）和转子（笼型结构）的组成及作用。 2.能够解读单相异步电动机的铭牌，理解型号、电压、频率、功率、电流、转速、工作方式等参数的含义及相互关系。 能力目标 1.培养观察能力和分析能力，能够通过观察电机结构和实验现象，分析电机的工作原理和性能特点。 2.提高实践操作能力，能够进行简单的电机实验和测量，获取相关数据并进行分析。 情感目标 1.培养对电机技术的兴趣和好奇心，激发主动探索科学知识的热情。 2.认识到电机技术在日常生活和工业生产中的重要性，增强对工程技术应用的尊重和认可。 项目5 单相异步电动机 导入情景 01 单相异步电动机 洗衣机 风扇 新知学习 02 一、单相异步电动机 在单相交流电源下工作的电动机称为单相电动机。单相电动机按工作原理、结构、转速等的不同可分为三大类，即单相异步电动机、单相同步电动机和单相串励电动机。 单相异步电动机是接单相交流电源运行的异步电动机，其结构简单、成本低廉，只需单相电源，广泛应用于家用电器、电动工具、医疗器械等方面，在工、农业生产及其他领域中的应用也越来越广泛。其外形如图5-1所示。 新知学习 02 一、单相异步电动机的结构 普通单相异步电动机的结构 (1)定子 定子部分有定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部分组成，其主要作用是通入交流电，产生旋转磁场。作用是通入交流电，产生旋转磁场。 (2) 转子(采用笼型结构) 转子部分有转子铁心、转子绕组、转轴等组成，其作用是导体切割旋转磁场，产生电磁转矩，拖动机械负载工作。是通入交流电，产生旋转磁场。 新知学习 02 一、单相异步电动机的结构 (3)其他附件 端盖、轴承、轴承端盖、风扇等 机座一般均用铸铁、铸铝或钢板制成，其作用是固定定子铁心，并借助两端端盖与转子练成一个整体，使转轴上输出机械能。 (4)启动装置 起动装置的类型有很多，主要可分为离心开关和起动继电器两大类。常用的起动继电器有电压型、电流型差动型三种。起动继电器一般装在电动机机壳上面，维修、检查都很方便。 新知学习 02 一、单相异步电动机的结构 电容运行台扇电动机结构、电容运行吊扇电动机结构 新知学习 02 一、单相异步电动机的结构 单相异步电动机的定子 新知学习 02 一、单相异步电动机的结构 单相异步电动机的起动装置 新知学习 02 二、单相异步电动机的铭牌 每台单相异步电动机的机座上都有一个铭牌，它标记电动机的型号、各种额定值等。下面以DO2-6314型单相电容运行异步电动机铭牌参数(见表5-1)为例来说明各数据的含义。 新知学习 02 二、单相异步电动机的铭牌 1.型号 型号指电动机的产品代号、规格代号、使用环境等DO2-6314 型号的含义如下: 新知学习 02 二、单相异步电动机的铭牌 2.电压 电压是指电动机在额定状态下运行时加在定子绕组上的电压，单位为 V。根据国家规定电源电压在5%范用内变动时，电动机应能正常工作。电动机使用的电压一般均为标准电压我国单相异步电动机的标准电压有12V、24V、36V、42V和220V。 3.频率 频率是指加在电动机上的交流电源的频率,单位为 Hz。由单相异步电动机的工作原理可知电动机的转速与交流电源的频率直接有关，频率高，电动机转速高，因此电动机应接在规定频率的交流电源上使用。 新知学习 02 二、单相异步电动机的铭牌 4.功率 功率是指单相异步电动机轴上输出的机械功率，单位为 W。铭牌上标出的功率是指电动机在额定电压、额定频率和额定转速下运行时输出的功率，即额定功率。 5.电流 在额定电压、额定功率和额定转速下运行的电动机，流过定子绕组的电流值，称为额定电流，单位为 A。电动机在长期运行时电流不允许超过该电流值。 新知学习 02 二、单相异步电动机的铭牌 6.转速 转速是指电动机在额定状态下运行时的转速，单位为 r/min。每台电动机在额定运行时的实际转速与铭牌规定的额定转速有一定的偏差。 7.工作方式 工作方式是指电动机的工作是连续式还是间断式。连续运行的电动机可以间断工作，但间断运行的电动机不能连续工作，否则会烧毁电动机。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 1.单相绕组的脉动磁场 单相定子绕组中通入单相交流电后产生磁场的情况 如图5-4(a)所示，假设在单相交流电的正半周时，电流从单相定子绕组的左半侧流入，从右半侧流出，则电流产生的磁场如图 5-4(b)所示，该磁场的大小随电流的大小而变化，方向则保持不变。当电流过零时，磁场也为零。当电流变为负半周时，产生的磁场方向也随之发生变化，如图 5-4(c)所示。由此可见，向单相异步电动机定子绕组通入单相交流电后，产生的磁场大小及方向在不断变化，但磁场的轴线(图5-4 中纵轴)固定不变，把这种磁场称为脉动磁场。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 由于磁场只是脉动而不是旋转，单相异步电动机的转子如果原来静止不动，在脉动磁场作用下，转子导体因与磁场之间没有相对运动，而不产生恒定方向的感应电动势和电流，也就不会产生恒定方向的电磁力的作用，因此转子仍然静止不动。 单相异步电动机(一个定子绕组)没有起动转矩，不能自行起动。这是单相异步电动机的一个主要缺点。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 单相异步电动机的转动原理可用双旋转磁场理论来解释。当仅将单相异步电动机的一相绕组接通单相交流电源，流过交流电流时，电动机中产生的磁动势为脉振磁动势。由于一个脉振磁动势可以分解为两个转向相反、转速相同、幅值相等的旋转磁动势 和，所以单相异步电动机的转子在脉振磁动势作用下产生的电磁转矩 Tem，应该等于正转磁动势和反转磁动势分别作用下产生的电磁转矩之和。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 1.单相绕组的脉动磁场 为了解决起动问题，应该加强正向磁场，抑制反向磁场，使电动机在起动时气隙中形成一个旋转磁场。为达此目的，可在定子上另装一个空间上与工作绕组不同相、阻抗不同的起动绕组。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 如图5-6所示在单相异步电动机定子上放置在空间相差90˚的两相定子绕组U1U2和Z1Z2向这两相定子绕组中通人在时间上相差约90˚的两相交流电和，用前面学习过的三相绕组中通入三相交流电产生旋转磁场的相同方法分析，可知此时产生的也是旋转磁场。 由此可以得出结论:向在空间相差90˚的两相定子绕组中通入在时间上相差一定角度的两相交流电，其合成磁场也是沿定子和转子气隙旋转的旋转磁场。 新知学习 02 三、单相异步电动机的工作原理 单相异步电动机自行起动的条件是电动机起动时的磁动势是椭圆或圆形旋转磁动势，为此，一般应有起动绕组并且要使起动绕组与运行绕组中电流的相位不同。 单相异步电动机起动后，可以将其起动绕组断开，也可以不断开。若需断开，可在起动绕组回路串联一个开关，当转速上升到同步转速的75%~80%时，使开关自动打开，切除起动绕组电路。此开关可用装在电动机轴上的离心开关，当转速升至一定程度靠离心力打开:也可以用电流继电器的触点作为开关，起动开始电流大触点吸合，转速上升至一定程度时电流减小，触点打开。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 某单相异步电动机铭牌上标有 “频率 50Hz”，这表示（ ）。 A. 电源的频率 B. 电机的转速 C. 电机的功率因数 D. 电机的转差率 答案：A 解析：铭牌上的频率 50Hz 指的是电源的频率。电源频率会影响电机的转速等性能。电机的转速、功率因数、转差率都不是由这个频率值直接表示的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 一台单相异步电动机铭牌上标有 “电流 5A”，这里的电流是（ ）。 A. 启动电流 B. 额定电流 C. 最大电流 D. 空载电流 答案：B 解析：铭牌上标注的电流通常是额定电流，即在额定电压、额定负载下电机正常运行时的电流值。启动电流一般比额定电流大，最大电流和空载电流都不是铭牌上标注的常规电流值。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 单相异步电动机铭牌上的 “转速” 是指（ ）。 A. 同步转速 B. 空载转速 C. 额定转速 D. 最大转速 答案：C 解析：铭牌上的转速指的是额定转速，即在额定电压和额定负载下电机的稳定运行转速。同步转速是由电源频率和电机极数决定的理论转速，空载转速高于额定转速，最大转速不是铭牌上的常规标注值。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 两相绕组产生的磁场是（ ）。 A. 旋转磁场 B. 脉动磁场 C. 恒定磁场 D. 交变磁场 答案：A 解析：两相绕组通以不同相位的交流电时，会产生旋转磁场，这是使电机旋转的关键。脉动磁场是单相绕组产生的，恒定磁场由永磁体产生，交变磁场不是两相绕组产生磁场的准确描述。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 单相异步电动机要实现自行启动，通常需要（ ）。 A. 电容分相 B. 电阻分相 C. 电感分相 D. 以上都可以 答案：D 解析：单相异步电动机实现自行启动可以通过电容分相、电阻分相、电感分相等方法，使电机在启动时形成两相电流，产生旋转磁场。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 在单相异步电动机中，电容分相启动的电容一般（ ）。 A. 与定子绕组串联 B. 与定子绕组并联 C. 与转子绕组串联 D. 与转子绕组并联 答案：A 解析：在电容分相启动的单相异步电动机中，电容通常与定子绕组串联，通过改变电流的相位，实现分相启动。电容与转子绕组串联或并联不是常见的电容分相方式。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 单相异步电动机在运行时，如果电源电压降低，电机的（ ）。 A. 转速升高 B. 转速降低 C. 功率增大 D. 电流减小 答案：B 解析：当电源电压降低时，单相异步电动机的转速会降低。因为电机的电磁转矩与电压的平方成正比，电压降低，电磁转矩减小，转速下降。同时，电流会增大，功率也会减小。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 下列关于单相异步电动机的说法，错误的是（ ）。 A. 可以通过改变电源相序来改变旋转方向 B. 通常采用电容或电阻分相启动 C. 定子绕组一般有主绕组和副绕组 D. 广泛应用于家用电器等领域 答案：A 解析：单相异步电动机不能通过改变电源相序来改变旋转方向，因为它只有一相电源。它通常采用电容或电阻分相启动，定子绕组一般有主绕组和副绕组，并且广泛应用于家用电器等领域。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 解释单相异步电动机铭牌上 “频率” 这一参数的意义。 答案：铭牌上的 “频率” 指的是电源的频率。在我国，工业用电的标准频率通常为 50Hz。电源频率会影响电动机的转速，因为电机的同步转速与频率成正比。例如，对于一定极数的电机，频率越高，同步转速越高。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 比较单相异步电动机与三相异步电动机在工作原理上的异同。 答案：相同点：两者都是基于电磁感应原理，通过定子绕组产生磁场，与转子磁场相互作用产生转矩，使电机旋转。不同点：三相异步电动机有三相定子绕组，通入三相交流电后会自然形成旋转磁场；而单相异步电动机只有单相绕组，通以交流电时产生的是脉动磁场，不能自行启动，需要通过分相措施（如电容分相、电阻分相）来产生类似两相的电流，形成旋转磁场才能启动。 1.单相异步电动机：由定子和转子组成。定子包含铁芯和绕组，铁芯提供磁路，绕组产生磁场；转子通常采用笼型结构，具有简单、可靠和成本低的特点。 2.单相异步电动机的铭牌 型号：反映了电机的类型、规格和性能等信息，通过型号可以了解电机的基本特征。 电压：铭牌上的电压指的是电机正常工作时所需的电源电压，通常为相电压。 频率：表示电源的交变频率，我国工业用电的标准频率为 50Hz。电机转速与频率密切相关。 功率：表示电机的输出功率，即电机能够对外做功的能力。它是选择电机的重要参数之一。 电流：是电机在额定电压和负载下运行时所通过的电流值。 转速：是电机在额定状态下的旋转速度，通常分为同步转速和实际转速（额定转速）。 课堂小结 04 作业布置 05 简述单相异步电动机定子的组成部分及其作用。 解释单相异步电动机铭牌上 “频率” 参数的含义及其对电机运行的影响。 感谢观看 $$