专题二十七单相异步电动机的启动（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题二十七 单相异步电动机的启动 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 某电动机在启动时接入电容，启动完成后电容被离心开关切除，该电机属于哪种类型？请简述判断依据。 请将电风扇、洗衣机、小型水泵分别与合适的单相异步电动机类型（电容运转式、电容启动式等）匹配，并说明理由。 单相罩极式异步电动机的定子铁芯有何特殊结构？其产生旋转磁场的核心部件是什么？ 考纲解读—考试要求 能结合各类电机的启动性能（如启动转矩大小、运行稳定性），匹配日常生活及生产中的典型设备。 理解各类电机通过分相或罩极方式产生旋转磁场的基本逻辑，无需复杂计算，只需定性掌握电容、电阻在分相启动中的作用，以及短路环在罩极启动中的功能。 能根据启动方式和结构特征，区分五种单相异步电动机的类型，重点掌握各类电机中电容、离心开关、短路环等关键部件的作用。 4 考纲解读—易考题型 简述单相异步电动机的类别以及各类的工作原理 简答题 结合当前智能家居、汽车电子等领域，谈谈单相异步电动机的发展趋势及对这些领域的影响 论述题 下列电动机中，属于单相异步电动机的是（ ） 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 1.单相电阻启动异步电动机 单相电阻启动异步电动机接线原理图如图5-12(a)所示,工作绕组U1U2和启动绕组Z1Z2接到同一电源电压上,在工作绕组电路中,感抗比电阻大得多,所以工作绕组内电流的相位滞后于电源电压,且相位角较大;在启动绕组电路中,电阻比感抗大,启动绕组电流的相位角也滞后于电源电压,但相位角较小,这样、之间出现了相位差,如图5-12(b)所示。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 这样两个绕组的电流就分相了,但的相位差是较小的,因而启动转矩也较小。单相电阻启动异步电动机转矩曲线如图5-13所示,可以看出,加了电阻比电感大的启动绕组,启动转矩明显增大,可达到额定转矩的1.1~1.7倍,这时电动机沿曲线2 和曲线3启动。 由于两绕组的阻抗不等,因此电流的大小也不相等。虽然在设计时可以选择适当的和,使两绕组上产生的磁动势幅值相等,即=,但不可能使两个绕组电流之间相位差等于90°,一般可达到30°~40°。因此,不能满足产生圆形旋转磁场的条件,只能产生椭圆形旋转磁场。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 为了使启动准组电路内获得较大的电阻值,一般采取以下措施: (1)启动绕组用较细的导线或电阻率较高的铝线绕制,甚至采用部分反绕匝数以增加电阻。 (2)部分线圈反绕,减小感抗,可得到较高的电阻与感抗的比值。这种用电阻使启动绕组和工作绕组的电流产生相位差的方法,称为电阻分相法。电阻启动异步电动机的启动绕组只允许启动时短时间工作,待电动机转速达到75%~80%额定转速时,由启动(离心)开关S将启动绕组切断,由工作绕组单独运行工作。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 2.单相电容启动异步电动机 这种用电容器使启动绕组和工作绕组内的电流产生相位差的方法,称为电容分相法。 单相电容启动异步电动机的启动绕组和电容器只允许短时间工作,当电动机启动后,待转速达到75%-80%额定转速时,由启动(离心)开关S将启动绕组切断电源,由工作绕组单独运行。 单相电容启动异步电动机的基本系列代号为(CO、CO2)YC。功率等级有120W、180W250W、370 W、550 W、750 W,额定电压为220V,同步转速有1500 r/min、3 000r/min。适用于具有较高启动转矩的小型空气压缩机、电冰箱、粉机、水泵及满载启动的机械。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 3.单相电容运行异步电动机 如果电容启动的单相异步电动机的启动绕组设计成能长期接在电源上工作,这种电动机就称为单相电容运行电动机或单相电容电动机。这时,电动机实质上是一台二相异步电动机,它的原理线路图如图5-15(a)所示。如果选择适当的电容器及工作、启动绕组匝数,可使运行时具有圆形或近似圆形的旋转磁场。因此,电动机不但解决了启动问题,而且运行性能也有较大的改善。这种电动机的启动转矩为额定转矩的0.35~1.0倍,如图5-15(b)所示。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 4.单相电容启动和运行异步电动机(单相双值电容电动机) 单相电容启动和运行异步电动机接线原理图如图5-16(a)所示。电容启动单相异步电动机在启动绕组中串联一个电容器,用这种方法可提高启动转矩。电容运行单相异步电动机,其电容及启动绕组长期参与运行,运行时具有圆形或近似圆形的磁场，改善了运行性能。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 5.单相罩极式异步电动机 (1)凸极式罩极异步电动机 如图5-17所示,它的定子铁心用硅钢片叠压而成,每个极上绕有集中绕组,称为主绕组。在每个极面的一边开有一个小槽,槽中嵌入短路铜环,罩住磁极面1/3左右。铜环的作用是通过电磁感应改变极面磁场的分布,铜环把极面罩住一部分,故称罩极电动机;又因为主磁极是凸出来的,全称凸极式罩极异步电动机。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 当定子绕组上通入单相交流电时,它所产生的脉动磁场在短路环的作用下,磁极之间形成一个连续移动的磁场,这是一个旋转磁场,使转子旋转。罩极电动机旋转磁场的形成如图5-18所示。在主绕组中,在电流的正半波内,磁极内磁通分布情况如图5-18(a)所示。设电流从零增大到a点这一段时间内,穿过短路环那一部分的磁通是增大的。根据楞次定律,铜环内就要产生感应电流,感应电流的磁通要阻碍原磁通的变化。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 因此,感应电流的磁通与原磁通方向相反,即左强右弱。当工作绕组中的电流从a点变到b点这段时间内,电流大小变化慢,经过极大值时则大小不变。此时铜环中感应电流非常小,对原磁场几乎无影响,整个磁场的中心线与几何中心线重合,如图 5-18(b)所示。当工作绕组中的电流从b点减小到零这段时间内,电流减小,穿过铜环内的磁通也在减少，铜环内感应电流的磁通与原磁通方向相同,合成磁通比原来增强。于是整个磁极的磁场中心线就偏向铜环移向右边,即左弱右强,如图5-18(c)所示。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 (2)隐极式罩极异步电动机隐极式罩极异步电动机的定子铁心与三相异步电动机定子铁心基本相同,由硅钢片叠压而成,内圆分布若干槽,工作绕组和罩极绕组分布在这些槽内。工作绕组轴线和罩极绕组轴线相距 30°~60°电角度(常取45°),如图5-20所示。 一、单相异步电动机的启动 知识点梳理和重点概念复习 工作绕组匝数多,线较细;罩极绕组(启动)匝数少(2~8匝),线较粗,一般为工作绕组导线直径的3~5倍。罩极绕组自成闭合回路,其作用与凸极式铜环一样。这种电动机在定子铁心槽上,不易看出磁极,故称隐极式罩极。隐极式异步电动机磁场旋转方向是从工作绕组向启动绕组方向移动,转子沿旋转磁场方向单向旋转。 凸极式或隐极式单相罩极异步电动机,启动转矩均较小,启动转矩为额定转矩的50%。功率因数和效率也低,启动性能和运行性能较差。但结构简单,成本低,运行时噪声小,经久耐用维修容易。功率范围 15~90 W,额定电压为220V,同步转速有1500 r/min 和3000 r/min 两种适用于小型箢鑠载电风扇、电动模型、电唱机及各种轻载启动的小功率电动设备。 一、单相异步电动机的启动 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：电源电压过低时，绕组电流减小，产生的旋转磁场减弱，导致启动转矩不足，电机启动困难。 1.单相电容启动异步电动机的电源电压过低，会导致（ ） A. 启动转矩增大 B. 启动困难 C. 转速升高 D. 效率提高 18 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：启动后转速达到额定值的70%-80%时，离心开关断开，启动电容被切断，仅运转电容与启动绕组工作。 2.单相电容启动和运转异步电动机在正常运行时，启动电容处于（ ）状态 A. 通电工作 B. 被离心开关切断不工作 C. 与运转电容串联 D. 短路 19 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：主绕组与启动绕组在定子铁芯上按空间相差90°电角度布置，才能在电流相位差作用下产生旋转磁场。 3.单相电阻启动异步电动机的启动绕组与主绕组在空间上的夹角通常为（ ） A. 0° B. 45° C. 90° D. 180° 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：通过交换主绕组或启动绕组与电源的连接方式，改变绕组电流的相位关系，即可改变旋转磁场方向，实现电机反转。 4.单相电容运转异步电动机若要反转，可采取的方法是（ ） A. 更换电容型号 B. 交换主绕组或启动绕组的接线端 C. 增大电源电压 D. 减小负载 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：电阻启动式电动机启动后仅主绕组工作，磁场利用率低，运行效率低于电容运转式等电机，故该说法错误。 5.下列关于单相异步电动机启动方式的对比，错误的是（ ） A. 罩极式结构最简单但启动转矩最小 B. 电容启动式启动转矩大但需离心开关 C. 电阻启动式成本低且运行效率高 D. 电容启动运转式兼顾启动与运行性能但成本较高 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：启动电容漏电会导致实际容量下降，相位差减小，启动转矩不足，同时漏电电流会使电容发热损坏。 6.若单相电容启动异步电动机的启动电容漏电，会导致（ ） A. 启动转矩增大 B. 启动电流减小 C. 启动困难且电容发热 D. 运行正常 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：小型台扇负载轻，对启动转矩要求低，且需结构简单、成本低，罩极式电动机可满足需求；洗衣机、压缩机需较大启动转矩，不适用。 7.下列设备中，通常采用单相罩极式异步电动机的是（ ） A. 家用洗衣机 B. 小型台扇 C. 电冰箱压缩机 D. 电动缝纫机 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：罩极式电动机无启动绕组，仅一个主绕组直接接入单相电源，通过短路铜环实现启动。 相罩极式异步电动机的定子绕组通常采用（ ）连接方式 A. 串联 B. 并联 C. 单相绕组直接接入电源 D. 星型连接 25 常考习题练习与讲解—填空题 答案：短路铜环 解析：短路铜环内的感应电流会滞后于主磁场，形成旋转磁场分量，驱动转子启动。 1.单相罩极式异步电动机的启动依赖于______产生的感应电流，使磁场发生移相。 26 常考习题练习与讲解—填空题 答案：小 解析：其旋转磁场较弱，产生的启动转矩有限，无法带动重载设备。 2.单相罩极式异步电动机的启动转矩______，仅适用于轻载启动场合。 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：90° 解析：该布置方式可使两绕组产生的磁场形成旋转磁场，保证电机正常启动。 3.单相异步电动机的主绕组与启动绕组在空间上通常相差______电角度。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：运转不稳（或振动） 解析：电容损坏后启动绕组失效，仅主绕组产生脉动磁场，导致电机运行不稳定。 4.若单相电容运转异步电动机的电容损坏，电机运行时会出现______、噪声增大的现象。 29 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：启动绕组长期工作使磁场利用更充分，功率因数和效率均高于仅主绕组工作的电阻启动电机。 1.单相电容运转异步电动机的效率通常高于电阻启动异步电动机。（ ） 30 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：无需启动绕组、电容和离心开关，仅通过短路铜环实现启动，结构和成本均优于其他类型。 2.单相罩极式异步电动机的结构最简单、成本最低。（ ） 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：离心开关失效后启动绕组无法断开，长期通电会因过载过热烧毁。 3.若单相电阻启动异步电动机的离心开关失效，会导致启动绕组烧毁。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：参数相同则两绕组电流相位差为零，无法产生旋转磁场，电机无法启动。 4.单相异步电动机的主绕组和启动绕组参数完全相同时，电机仍能正常启动。（ ） 33 常考习题练习与讲解—简答题 答案：主要优势是启动转矩更大。因为电容可使启动绕组电流与主绕组电流的相位差接近90°，产生的旋转磁场更强，能带动更大负载启动；而电阻启动仅能产生较小的相位差，启动转矩较弱。 1.单相电容启动异步电动机与电阻启动异步电动机相比，有哪些优势？ 34 常考习题练习与讲解—简答题 答案：单相电容运转异步电动机无离心开关，启动绕组与电容串联后长期接入电路。运行时主绕组和启动绕组同时工作，共同产生更稳定的旋转磁场，减少了磁场脉动，因此运行时振动小、噪声低，平稳性较好。 2.为什么单相电容运转异步电动机的运行平稳性较好？ 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：设置两个电容是为了兼顾启动性能和运行性能。启动电容容量较大，用于启动时增大两绕组电流相位差，产生大启动转矩；运转电容容量较小，用于运行时维持稳定的旋转磁场，保证电机高效、平稳运行。启动后，启动电容由离心开关切断，仅运转电容工作。 3.单相电容启动和运转异步电动机为什么要设置两个电容？ 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：单相罩极式异步电动机定子为凸极式，每个磁极部分区域装有短路铜环。当绕组通电产生交变磁场时，短路铜环内会产生感应电流，该电流产生的磁场滞后于未罩极部分的磁场，使磁极上的磁场从“未罩极区”向“罩极区”移动，形成旋转磁场分量，从而驱动转子启动。 4.简述单相罩极式异步电动机的启动原理。 37 重点复习知识点： 1. 电阻/电容启动式：二者均通过副绕组串电阻或电容实现分相启动，使主、副绕组电流产生相位差以形成旋转磁场。启动后，离心开关切除副绕组，仅主绕组工作，适用于洗衣机、水泵等需较大启动转矩的设备。 2. 电容运转/启动运转式：电容运转式电机的副绕组与电容始终接入电路，运行更稳定，多用于电风扇、吹风机；启动运转式则有两个电容，启动电容启动后切除，运转电容持续工作，兼顾启动转矩与运行性能。 3. 罩极式：定子铁芯部分磁极套有短路环，电流通过时环内感应电流产生相位差，形成旋转磁场。结构最简单、成本低，但启动转矩小，常用于小型风扇、仪器仪表等轻载设备。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 38 $