5.3 单相异步电动机的调速及反转（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 5.3 单相异步电动机的调速及反转 《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.能够理解并掌握单相异步电动机的六种调速方法，包括串电抗器调速、自耦变压器调速、串电容器调速、绕组抽头法调速、晶闸管调压调速。 2.能够清晰地理解单相异步电动机反转的原理和实现方法。 能力目标 1.给定电机参数和调速要求，能够选择合适的调速方法，并进行相关的电路参数计算，如电抗器阻值、自耦变压器变比等。 2.能够提高解决实际问题的能力，能够根据具体的工程需求，选择合适的单相异步电动机调速和反转方案。 情感目标 1.通过介绍单相异步电动机在日常生活和工业生产中的广泛应用，感受到电机技术的重要性和实用性，从而激发学习兴趣。 2.在讲解调速方法和反转原理时，强调电路设计和参数选择的重要性，培养工程思维和实际应用能力。 项目5 单相异步电动机 导入情景 01 风扇 洗衣机 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 单相异步电动机的调速原理与三相异步电动机一样，可以用改变电源频率(变频调速)改变电源电压(调压调速) 改变绕组的磁极对数(变极调速等方法。目前，使用最普遍的是改变电源电压调速。 调压调速有两个特点: 一是电源电压只能从额定电压往下调，因此电动机的转速也只能是从额定转速往低调; 二是因为异步电动机的电磁转矩与电源电压的二次方成正比，因此电压降低时，电动机的转矩和转速都下降。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 1.串电抗器调速 将电抗器与电动机定子绕组串联，通电时，在电抗器上产生的电压降施加到电动机定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降低调速的目的。因此，串电抗器调速时，电动机的转速只能由额定转速往低调。 串电抗器调速方法线路简单，操作方便;缺点是电压降低后，电动机的输出转矩和功率明显降低。因此，该方法只适用于转矩及功率都允许随转速降低而降低的场合，目前主要用于吊扇及台扇。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 2.自耦变压器调速 加在单相异步电动机上电压的调节可通过自耦变乐器来实现。 图5-15(a)所不电路在调速时是使整台电动机降压运行，因此在低速挡时起动性能较差。 图 5-15(b)所示电路在调速时仅使工作绕组降压运行，因此低速挡起动性能较好，但接线较复杂。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 3.串电容器调速 将不同容量的电容器串入单相异步电动机电路中，也可调节电动机的转速。由于电容器容抗与电容量成反比故电容量越大，容抗就越小，则电压降也小，电动机转速就高;反之，电容量越小，容抗就越大，电动机转速就低。 图5-16所示为风扇的串电容器调速电路，具有3挡速度电阻器R1及 R2为泄放电阻，在断电时将电容器中的电能泄放掉。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 4.绕组抽头法调速 绕组抽头法调速是在单相异步电动机定子铁芯上再嵌放一个中间绕组(又称调速绕组)。 此时电动机定子铁芯槽中嵌有工作绕组 U1U2、起动绕组Z1Z2和中间绕组 D1D2。通过调速开关改变中间绕组与起动绕组及工作绕组的接线方法，从而改变电动机内部气隙磁场的大小，达到调节电动机转速的目的。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 这种调速方法通常有L形接法和T形接法两种，如图 5-17 所示。其中L形接法调速时，在低速挡中间绕组只与工作绕组串联，起动绕组直接加电源电压，因此低速挡时起动性能较好，目前使用较多。T 形接法低速挡起动性能较差，且流过中间绕组中的电流较大。 与串电抗器调速比较，用绕组内部抽头调速无须电抗器，故材料省，耗电少;缺点是绕组嵌线和接线比较复杂，电动机与调速开关的接线较多。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 5.晶闸管调压调速 前面介绍的各种调压调速电路都是有级调速，目前采用晶闸管调压的无级调速越来越多。图5-18所示为吊扇的晶闸管调压调速电路,整个电路只用了双向晶闸管、双向二极管、带电源开关的电位器、电阻器和电容器5个元件，电路结构简单，调速效果好 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 6.PTC元件调速 在需要有微风挡的电风扇中，常采用 PTC 元件调速电路。所谓微风，是指电扇转速在500r/min 以下送出的风，如果采用一般的调速方法，电扇电动机在这样低的转速下往往难以起动，较为简单的方法就是利用 PTC 元件的特性来解决这一问题。 新知学习 02 一、单相异步电动机的调速 图 5-19 所示为 PTC 元件的工作特性，当温度t较低时，PTC 元件本身的电阻值很小，当高于一定温度后(图5-19 中的A 点以上),即呈高阻状态，这种特性正好满足微风挡的调速要求。图 5-20 所示为风扇微风挡的 PTC元件调速电路，在风扇起动过程中，电流流过 PTC 元件，电流的热效应使 PTC 元件温度逐步升高，当达到A 点温度时，PTC 元件的电阻值迅速增大，使风扇电动机上的电压迅速下降，进入微风挡运行。 新知学习 02 二、单相异步电动机的反转 单相异步电动机的转向与旋转磁场的转向相同，因此要使单相异步电动机反转就必须旋转磁场的转向。 改变旋转磁场的转向的方法 一种是把工作绕组(或起动绕组)的首端和末端与电源的接线对调，使旋转磁场的方向改变，从而使电动机反转； 另一种是把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中(此法只适用于电容运转单相异步电动机)，从而改变旋转磁场和转子的转向。 新知学习 02 二、单相异步电动机的反转 洗衣机电动机是驱动家用洗衣机的动力源。洗衣机主要有滚筒式、搅拌式和波轮式3 种。目前我国的洗衣机大部分是波轮式，洗衣桶立轴，底部波轮高速转动带动衣服和水流在洗涤桶内旋转，由此使桶内的水形成螺旋涡流，并带动衣物转动，上下翻滚，使衣服与水流和桶壁摩擦，在洗涤剂的作用下使衣服污垢脱落。 对洗衣机用电动机的主要要求： 出力大、起动好、耗电少、温升低、噪声小、绝缘性能好、成本低等。 新知学习 02 二、单相异步电动机的反转 图 5-21 所示为洗衣机用电容运转电动机的正反转控制电路当主触点 K 与 a 接触时，流进绕组I的电流超前于绕组的电流某一角度。假如这时电动机按顺时针方向旋转，那么当K 切换到b 点，流进绕组I的电流超前绕组I的电流一个电角度时，电动机便逆时针旋转。 新知学习 02 二、单相异步电动机的反转 洗衣机脱水用电动机也是采用电容运转电动机，它的原理和结构与一般单相电容运转电动机相同。 由于脱水时一般不需要正反转，故脱水用电动机按一般单相电容运转异步电动机接线即主绕组直接接电源，起动绕组和移相电容串联后再接入电源。 由于脱水用电动机只要求单方向运转，所以运行、起动绕组采用不同的线径和匝数绕制。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 单相异步电动机串电容器调速中，电容器的作用是（ ） A. 改变电机的磁极对数 B. 改变电机的电源频率 C. 改变电机的相位差 D. 改变电机的绕组电阻 答案：C 解析：串电容器调速是通过改变电机的相位差来实现调速的。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 绕组抽头法调速适用于（ ） A. 电容运行式单相异步电动机 B. 电阻启动式单相异步电动机 C. 电容启动式单相异步电动机 D. 所有类型的单相异步电动机 答案：A 解析：绕组抽头法调速通常适用于电容运行式单相异步电动机。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 在 PTC 元件调速中，PTC 元件的特性是（ ） A. 电阻值随温度升高而增大 B. 电阻值随温度升高而减小 C. 电阻值不随温度变化 D. 电阻值与温度呈线性关系 答案：A 解析：PTC 元件的电阻值随温度升高而增大，利用这一特性实现调速。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 绕组抽头法调速中，改变抽头位置主要改变了（ ） A. 电机的输入电压 B. 电机的绕组匝数 C. 电机的电容值 D. 电机的电源频率 答案：A 解析：通过改变绕组抽头位置，改变了电机的输入电压，从而实现调速。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 自耦变压器调速时，若变压器变比增大，电机转速（ ） A. 升高 B. 降低 C. 不变 D. 先降低后升高 答案：B 解析：自耦变压器变比增大，输出电压降低，电机转速降低。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 对于电容启动式单相异步电动机，实现反转的正确方法是（ ） A. 交换电源的两根相线 B. 交换启动绕组的两端 C. 交换运行绕组的两端 D. 交换电容器的两端 答案：B 解析：电容启动式单相异步电动机，交换启动绕组的两端可以实现反转。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 单相异步电动机反转后，其（ ） A. 转速不变，转向改变 B. 转速改变，转向不变 C. 转速和转向都不变 D. 转速和转向都改变 答案：A 解析：反转只是改变了电机的转向，转速一般不变。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 单相异步电动机反转时，其输出转矩（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 可能增大也可能减小 答案：C 解析：在正常运行范围内，单相异步电动机反转时，其输出转矩基本不变。 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绕组抽头法调速的原理，并举例说明其应用。 答案： 原理：绕组抽头法调速是通过改变电机绕组的抽头位置，从而改变电机的有效匝数，进而改变电机的端电压，实现调速。 应用：例如在一些家用风扇中，通过切换不同的绕组抽头，实现风扇的不同转速档位。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 如何实现单相异步电动机的反转？并说明其原理。 答案： 实现方法：改变启动绕组或运行绕组的接线顺序。 原理：单相异步电动机的旋转方向是由旋转磁场的方向决定的。通过改变启动绕组或运行绕组的接线顺序，可以改变电流的相位关系，从而改变旋转磁场的方向，实现电机的反转。 1.串电抗器调速：通过改变电机端电压来调速，但调速范围窄且效率低； 2.自耦变压器调速：通过改变抽头位置调节输出电压，适用于小功率电机； 3.串电容器调速：利用改变相位差实现调速；绕组抽头法调速通过改变绕组抽头位置改变电机有效匝数来调速； 4.晶闸管调压调速：精度高、效率较高但电路复杂； 5.PTC 元件调速：依据其电阻值随温度变化的特性。 课堂小结 04 作业布置 05 分别简述串电抗器调速、自耦变压器调速、串电容器调速、绕组抽头法调速、晶闸管调压调速和 PTC 元件调速的工作原理。 比较一下串电抗器调速和自耦变压器调速的优缺点。 感谢观看 $$