专题二十八 单相异步电动机的反转控制和调速方法（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 专题二十八 单相异步电动机的反转控制和调速方法 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 要实现单相电容运转异步电动机的正反转，核心操作是什么？请简述具体接线调整方法 家用台扇需实现风速调节，通常采用哪种调速方法？该方法的原理是什么？ 下列哪种方法不属于单相异步电动机的常用调速方式？（A. 变极调速 B. 变频调速 C. 变转差率调速 D. 变电阻调速） 考纲解读—考试要求 能结合实际设备（如台扇、洗衣机），判断其采用的反转或调速方式，将理论知识与职业岗位中的实操需求结合。 需熟记变极、变频、变压（或变电容）等常用调速方式，理解各方法的基本原理及适用场景（如变压调速用于风扇）。 需掌握单相异步电动机（尤其是分相式）反转的核心原理，能准确描述“改变主、副绕组相位关系”的具体操作。 4 考纲解读—易考题型 简述单相异步电动机的反转控制以及其调速方法 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 单相异步电动机的反转控制和调速方法是（ ） 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.对分相式单相异步电动机的正反转控制 对于三相异步电动机,如果将输入的三相电源线对调任意两相,电动机就可以反转。若使单相异步电动机反转,必须把工作、启动绕组中任意一个的首端和尾端对调,方能使电动机反转。因为,单相异步电动机的转向是由工作、启动绕组产生的磁场在时间上有近于90°的相位差决定的,把其中的一个绕组反接,等于将这个绕组的磁场相位改变180°。如果原来是超前90°,则改接后变成了滞后90°。旋转磁场的方向改变了,转子的转向也就改变了。 单相异步电动机的正反转控制,多用于电容电动机。电容式电动机的工作、绕组可以交换使用,把启动绕组当成工作绕组使用时,它的旋转磁场改变了旋转方向,电动机也就改变了转向。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 单相电容电动机正反转控制电路如图5-21所示。如果开关S接触点1为正转，那么开关S接触点2电动机就反转。这样连接,相当于每变化一次工作绕组(或启动绕组)就反接一次。实际应用中,正在推广一种类似三相异步电动机作单相运行的电动机。例如,在洗衣机控制电路中,将电容器串联一个合适的电阻,就可以大大改善电动机的运行性能,如图5-22 所示。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 2.对罩极式单相异步电动机的正反转控制 (1)普通罩极异步电动机 罩极式单相异步电动机的旋转方向总是朝着被罩那一部分磁极方向转动的,一般情况下,不能用改变外部接线的方法改变电动机的转向。尤其是凸极式,罩极部分已固定。如果一定要改变转向,在允许和可能的情况下将定子铁心从机座中抽出来,调转180°再装进去,这样就可以使凸极式罩极异步电动机反转了。对于隐极式罩极异步电动机,可以将定子调转180。改变转向,另外还可以改变启动绕组在定子槽内的位置，改变转向,但不能随时改变转向。这样的电动机一般都安装在不需要改变转向的机械中,如电风扇、鼓风机等。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 (2)可逆转罩极异步电动机 罩极电机经特殊设计,可以在两个方向上旋转。对于凸极式罩极电动机,它的定子铁心叠片的两个极掌尖上,都开有放罩极绕组的槽口,如图5-23所示。根据需要闭合一个罩极绕组,电机就朝那个方向旋转。所要注意的是罩极绕组的闭合,由电机外面的转向双掷开关控制。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 图5-24所示为一个4极12槽可逆转罩极电动机绕组的实际接线图。一套主线组与两套罩极绕组分别各自串联,每组的极性与左右相邻的极性相反。电极向某一方向旋转时,一组罩极绕组的电路闭合,同时另一罩极绕组断电。改变转向只要通过开关S与A或B接通即可。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 对于隐极式罩极电动机,它的定子冲片也要重新设计,以适应绕组的嵌放,但形状为原来的形状即可。这种可逆电动机主要是绕组的变化。一种情况是定子槽中必须具备一套工作绕组和两套罩极绕组,如图5-25所示,其极数相同。当一套罩极绕组闭合时,电动机就朝这套绕组方向旋转,另一套绕组闭合时,电机反转。在运行中只有一套绕组起作。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 另一种情况是用两套工作绕组和一套罩极绕组。如图5-26所示,罩极绕组可以是绕线的也可以是铜圈。沿着顺时针方向旋转时,则给相应的工作绕组A(沿顺时针方向旋转时工作绕组)通电,绕组B(沿逆时针方向旋转时工作绕组)断电;沿逆时针方向旋转时,则让工作绕组B通电,工作绕组A断电。图5-27所示为双主极12槽4极可逆转罩极电动机绕组排列方式。 一、单相异步电动机的正反转控制 知识点梳理和重点概念复习 单相异步电动机同三相异步电动机一样,都是靠旋转磁场工作的,它们的平滑调速都比较困难。如采用变频无级调速,设备复杂成本太高,一般情况下均不采用。 1.变极调速 要求速比成倍变化时,可以采用变极调速。 单相异步电动机的转速与磁极对数成反比,改变定子铁心中绕组元件的连接方法,产生不同的磁极对数,电动机的转速就跟着改变。 二、单相异步电动机的调速 知识点梳理和重点概念复习 (1)电阻或电容启动双速异步电动机 电阻或电容启动电动机,工作时仅由工作绕组单独承担。这样要具有两种转速,仅把工作绕组设计成具有不同极数的两套即可,而启动绕组可以设计成一个,通常是是设计成高速启动。启动后,根据需要可转换为低速运行。图5-28所示为双速分相异步电动机接线图。 二、单相异步电动机的调速 知识点梳理和重点概念复习 (2)双绕组变极调速电容电动机根据负载的需要,电机可以设计有两套不同极数的绕组，运行在不同的转速上。图5-29所示为双速电容异步电动机。如图5-29所示,双速电容电机备有低速供洗涤、高速供脱水两套绕组。开关S2为选择开关而开关S1则为正反转用的转换开关,仅用在洗涤期间,串入洗涤回路。两套绕组分别有移相电容。 二、单相异步电动机的调速 知识点梳理和重点概念复习 2.改变绕组主磁通调速法 改变绕组主磁通调速法实质是通过工作、启动绕组连接方式的改变,使电动机主磁通发生改变,从而达到转速改变的目的。因为电动机工作、启动绕组在定子铁心内嵌好之后,是不能任意改变的,若改变只能是事先设计好部分抽头、端子,通过外部抽头、端子连接方式的改变来增减工作绕组、启动绕组的匝数及串并联关系而使主磁通改变。常用的方法有:(1)工作绕组串、并联调速 图5-31所示为工作绕组串并联调速接线图。 二、单相异步电动机的调速 知识点梳理和重点概念复习 (2)L型连线抽头调速 抽头调速是电容电动机各种调速方法中最简单的一种。它是通过改变部分绕组的连线,以改变电机的工作特性,实现调速的方法。这样就不需要任何附加设备可降低成本,也是最经济的一种。实质上是改变绕组上的电压,通过降压来减速。 (3)双抽头调速 在工型连线启动绕组抽头调速的基础上,又衍生出一种。这种连接的优点是启动转矩大,调速效果好,启动绕组用铜线可减少,如果这种低压大电容的价格不增加,电动机的成本还会下降。三菱、东芝、日立电风扇都采用这种连线。 (4)T型抽头调速 外加线圈使工作、启动绕组流过的电流减少,磁通减少，,若负载转矩不变,就要有较大的转差率s,转速降低,产生较大的转子电流才可以产生与负载力矩平衡的电磁转矩 二、单相异步电动机的调速 知识点梳理和重点概念复习 3.改变单相异步电动机端电压调速 调速而设的附加绕组。其实质可以认为是改变产生转矩的绕组上的电压,而使主磁通减少。改变单相异步电动机端电压调速,是从电机外部使常规电源电压降低后加于电动机上,使其主磁通减少,得以调速。电机外部调压调速的常用方法有以下几种:(1)串电抗器降压调速(2)采用自耦变压器调压调速(3)采用双向晶闸管调压调速(4)采用PTC元件调速 二、单相异步电动机的调速 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：接触器互锁通过接触器的辅助触点直接控制线圈回路，只要一个接触器吸合，就会切断另一个接触器的电源，保护可靠；A、C、D并非其核心优点。 1.单相异步电动机正反转控制中，“接触器互锁”的优点是（ ） A. 操作方便 B. 保护可靠 C. 成本低 D. 适用于小功率电机 20 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：调压调速的机械特性较软，负载波动时转速变化明显，导致不稳定；A、C、D均能保证转速稳定。 2.下列哪种情况会导致单相异步电动机调速时转速不稳定？（ ） A. 变频调速时U/f比稳定 B. 调压调速时负载波动大 C. 变极调速时接线正确 D. 串电阻调速时电阻值固定 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：双值电容电机的反转原理与普通电容电机一致，通过调换主绕组或副绕组的接线改变相位关系，实现反转；启动电容、运行电容、离心开关不影响转向。 3.单相电容启动和运转异步电动机（双值电容电机）的反转控制，应调换（ ）的接线 A. 启动电容 B. 运行电容 C. 主绕组或副绕组 D. 离心开关 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：频率过低会导致电机磁路过饱和、转矩不足，通常最低频率限制在5Hz左右，最高一般不超过50Hz（普通电机额定频率），故调节范围多为5~50Hz。 4.单相异步电动机采用变频调速时，电源频率的调节范围通常是（ ） A. 0~50Hz B. 5~50Hz C. 50~100Hz D. 0~100Hz 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：电机转向由定子旋转磁场方向决定，反转的本质即改变该方向；A错误，罩极式电机无法通过接线反转；B错误，反转不改变额定功率；C错误，小功率电机可手动调换接线，无需接触器。 5.下列关于单相异步电动机反转的说法，正确的是（ ） A. 所有单相异步电动机都可通过接线反转 B. 反转时电机额定功率会改变 C. 反转控制必须依赖接触器 D. 反转的本质是改变定子旋转磁场方向 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：变极调速通过改变定子绕组线圈的串联或并联方式，调整磁极对数（如2极串联→4极并联）；A用于三相电机降压启动，C用于反转，D用于直流电机绕组。 6.单相异步电动机变极调速时，定子绕组的接线方式通常采用（ ） A. 星形/三角形变换 B. 串联/并联变换 C. 正接/反接变换 D. 单叠/单波变换 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：变频调速可通过连续调节电源频率实现转速的无极平滑变化；A是有级调速，B、C虽可平滑调节，但调速性能和效率不如变频调速，且通常不称为“无极调速”的首选。 7.单相异步电动机调速时，若要实现无极调速，可采用（ ） A. 变极调速 B. 调压调速 C. 串电阻调速 D. 变频调速 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：正转接触器线圈烧毁后，无法吸合正转主触点，电机不能正转；但反转接触器正常，可实现反转。 8.单相异步电动机正反转控制电路中，若正转接触器线圈烧毁，电机将（ ） A. 只能反转 B. 只能正转 C. 既不能正转也不能反转 D. 可以正反转 27 常考习题练习与讲解—填空题 答案：交流接触器 解析：交流接触器通过触点的通断，可自动切换绕组与电源的连接方式，满足反转控制的接线要求。 1.单相异步电动机反转控制电路中，通常使用_______实现绕组接线的切换。 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：频繁反转 解析：罩极式电机反转需拆卸定子调整罩极位置，操作复杂、耗时，无法满足频繁反转的需求。 2.罩极式电动机因结构限制，一般不用于需要_______的场合。 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：异步电动机；测速发电机 解析：异步电动机提供恒定转速的动力，测速发电机检测输出转速并反馈，与电磁离合器配合形成闭环调速系统。 3.电磁离合器调速系统由_______、电磁离合器和_______组成闭环控制。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：下降 解析：电压降低导致电磁转矩减小，无法维持原有转速，电机转速随电压降低而下降。 4.调压调速时，随着定子电压降低，电动机的转速_______，但转矩也会减小。 31 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：罩极式电机通电时，非罩极部分磁通变化快，罩极部分磁通变化慢，旋转磁场从非罩极部分转向罩极部分。 1.罩极式电动机的旋转方向是从罩极部分转向非罩极部分。（ ） 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：电磁离合器调速中，异步电动机作为原动机，其转速由电源频率和自身磁极对数决定，始终保持恒定。 2.电磁离合器调速时，异步电动机的转速始终保持不变。（ ） 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：单相异步电动机的调速方法分为电气调速（如调压调速）和机械调速（如变极调速、电磁离合器调速）两类。 3.单相异步电动机的调速方法只有电气调速一种。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：电气互锁通过接触器辅助常闭触点实现，机械互锁通过按钮机械结构实现，二者可单独或配合使用，保障电路安全。 4.正反转控制电路中的互锁包括电气互锁和机械互锁。（ ） 35 常考习题练习与讲解—简答题 答案：原理：通过改变加在定子绕组上的交流电压大小，改变电动机的电磁转矩（转矩与电压平方成正比），进而调节转速——电压升高，转矩增大，转速上升；电压降低，转矩减小，转速下降。常用晶闸管调压电路实现。 1.单相异步电动机的调压调速原理是什么？ 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：组成部分包括异步电动机、电磁离合器和测速反馈装置。调速过程：异步电动机以恒定转速带动离合器主动部分旋转；励磁绕组通入电流产生磁场，使主动部分与从动部分通过电磁吸力耦合；电流越大，耦合越紧密，从动部分转速越接近主动部分；电流越小，耦合越松散，从动部分转速越低，从而实现转速调节。 2.电磁离合器调速的组成部分有哪些？简述其调速过程。 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：①变极调速：适用于需要固定转速等级、负载稳定且对效率要求较高的场合，如小型机床、等。因其调速级数少，但运行时电机效率高、转矩稳定。②调压调速：适用于轻载、对转速平滑性要求较高的民用或小型设备，如电风扇、洗衣机、空调器室内风机等。因其可实现无级调速，操作方便，但重载时性能差故。 3.对比变极调速和调压调速的适用场合。 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：输出扭矩是驱动用微特电机带动负载的关键指标，它决定了电机能否克服负载的阻力矩并驱动负载正常运转。若电机输出扭矩小于负载阻力矩，电机将无法带动负载转动，导致设备无法正常工作；只有输出扭矩大于或等于负载阻力矩，电机才能有效驱动负载，因此选型时需重点关注输出扭矩。 4.驱动用微特电机选型时，为何需重点关注输出扭矩参数？ 39 重点复习知识点： 1. 正反转控制原理：单相异步电动机的转向由旋转磁场方向决定。核心方法是改变主绕组与副绕组的相位关系，具体通过调换副绕组（或主绕组）与电源的接线端实现，分相式和罩极式电机均适用此逻辑。 2. 常用调速方式：主要有三种：一是变极调速，通过改变定子绕组极对数调整转速；二是变频调速，通过改变电源频率实现平滑调速；三是变压/变电容调速，通过调节电压或电容容量改变转速，常用于风扇。 3. 实操注意事项：反转控制时需确保接线正确，避免绕组短路；调速时需根据电机类型选择适配方法（如小型风扇多用变压调速），保证调速效果与电机负载特性匹配，提升运行稳定性。 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 40 $