《变压器与电动机》单相异步电动机分类及分相式电动机 (举一反三考点练）-讲义

举一反三考点练 《变压器与电动机》单相异步电动机分类及分相式电动机-讲义 1. 掌握单相异步电动机的核心启动原理及分类（分相式、罩极式）。 2. 明确电阻启动、电容启动电动机的结构差异与关键部件功能。 3. 能理解两种分相式电动机的工作过程，初步判断其适用场景，识别系列代号与核心额定参数。 知识点一 单相异步电动机核心启动原理与分类 一、核心原理： 单相异步电动机启动的关键是让定子产生旋转磁场（理想为圆形旋转磁场），没有旋转磁场时，转子无法获得启动转矩，电机无法自行启动。其本质是通过特定结构设计，使定子绕组中的电流产生相位差，进而合成旋转磁场，驱动转子转动 二、分类逻辑： 根据定子产生旋转磁场的方式，单相异步电动机主要分为两大类： 1. 分相式电动机：通过电阻、电容等元件使启动绕组与工作绕组的电流产生相位差（分相作用），从而合成旋转磁场，包括单相电阻启动、电容启动、电容运行、电容启动和运行四种类型。 2. 罩极式电动机：通过短路铜环（罩极绕组）改变磁极磁场分布，将脉动磁场转化为旋转磁场，包括凸极式和隐极式两种结构。 三、关键说明： 1. 旋转磁场的“圆形”或“椭圆形”直接影响电机启动性能：圆形旋转磁场能提供最大启动转矩，椭圆形旋转磁场启动转矩较弱。 2. 分相式电动机的核心是“分相”，即通过不同元件（电阻、电容）调节两绕组电流相位差，罩极式电动机的核心是“罩极作用”，即利用短路环的电磁感应改变磁场分布。 单相异步电动机能够启动的关键是（ ） A. 转子具有惯性 B. 定子产生旋转磁场 C. 定子绕组通入直流电 D. 转子绕组短路 【答案】B 【解析】单相异步电动机启动的核心是定子产生旋转磁场（理想为圆形旋转磁场），无旋转磁场时转子无法获得启动转矩，无法自行启动。 1.单相异步电动机无法自行启动的根本原因是（ ） A. 转子电阻过小 B. 定子未产生旋转磁场 C. 电源电压过低 D. 绕组匝数不足 【答案】B 【解析】单相异步电动机启动的关键是定子产生旋转磁场，无旋转磁场时转子无法获得启动转矩，这是电机无法自行启动的根本原因。 2.分相式电动机实现 “分相” 的核心是使启动绕组与工作绕组的（ ）产生相位差 A. 电压 B. 电阻 C. 电流 D. 电感 【答案】C 【解析】分相式电动机的 “分相” 本质是通过元件调节，使启动绕组与工作绕组的电流产生相位差，进而合成旋转磁场。电压、电阻、电感的差异是实现电流相位差的条件，而非分相的核心目标。 3.下列属于分相式电动机类型的是（ ） A. 凸极式电动机 B. 罩极绕组电动机 C. 隐极式电动机 D. 电容启动电动机 【答案】D 【解析】分相式电动机包括单相电阻启动、电容启动、电容运行、电容启动和运行四种类型。 1.罩极式电动机将脉动磁场转化为旋转磁场的关键部件是（ ） A. 电容 B. 电阻 C. 短路铜环（罩极绕组） D. 启动绕组 【答案】C 【解析】罩极式电动机的核心是 “罩极作用”，通过短路铜环（罩极绕组）的电磁感应改变磁极磁场分布，实现脉动磁场到旋转磁场的转化。 2.能使单相异步电动机获得最大启动转矩的旋转磁场是（ ） A. 椭圆形旋转磁场 B. 圆形旋转磁场 C. 脉动磁场 D. 恒定磁场 【答案】B 【解析】圆形旋转磁场能提供最大启动转矩，椭圆形旋转磁场启动转矩较弱，脉动磁场和恒定磁场无法驱动电机启动。 3.下列关于罩极式电动机结构的说法正确的是（ ） A. 只有凸极式一种结构 B. 只有隐极式一种结构 C. 包括凸极式和隐极式两种结构 D. 包括电阻式和电容式两种结构 【答案】C 【解析】分类逻辑中明确罩极式电动机的结构分为凸极式和隐极式两种。  启动核心：定子产生旋转磁场是单相异步电动机启动的关键，无此磁场电机无法自行启动。  分类依据：按定子产生旋转磁场的方式，分为分相式和罩极式两大类。  性能影响：旋转磁场的“圆形”或“椭圆形”直接决定电机启动转矩大小，圆形磁场启动性能最优。 知识点二 单相电阻启动异步电动机的结构、原理与特性 一、结构组成： 1. 定子绕组：包含工作绕组U1U2和启动绕组Z1Z2，两组绕组并联在同一电源上，单相电阻启动异步电动机接线原理图如图1所示。 （1）工作绕组：导线较粗，匝数较多，感抗远大于电阻，主要承担运行时的电磁转矩。 （2）启动绕组：导线较细（或采用高电阻率铝线），部分线圈反绕，电阻远大于感抗，仅在启动时工作。 2. 离心开关S：安装在电机转子上，用于启动后切断启动绕组电路，核心部件包括重块、滑动机构和触点。 3. 转子：采用笼型转子，与三相异步电动机转子结构类似，通过电磁感应获得转矩。 图1 单相电阻启动异步电动机接线原理图 二、工作原理： 1. 分相过程：接通电源后，工作绕组电流因感抗大，相位滞后电源电压角度大；启动绕组因电阻大，相位滞后电源电压角度小，两绕组电流形成30°~40°的相位差（电阻分相法），合成椭圆形旋转磁场，单相电阻启动异步电动机相量图如图2所示。 图2 单相电阻启动异步电动机接线相量图 2. 启动阶段：旋转磁场切割转子导条，转子产生感应电流和电磁转矩，电机启动，启动转矩为额定转矩的1.1~1.7倍。 3. 运行阶段：当转速达到额定转速的75%~80%时，离心开关的重块因离心力飞开，触点断开，启动绕组被切断，仅工作绕组单独运行。单相电阻启动异步电动机转矩曲线如图3所示 图3 单相电阻启动异步电动机转矩曲线 三、关键特性与参数： 1. 系列代号：基本系列代号为（BO、BO2）YU。 2. 额定参数：功率等级40W、60W、120W、180W、250W、350W；额定电压220V；同步转速1500r/min、3000r/min。 3. 性能特点：启动转矩中等，过载能力适中，结构简单，成本较低；启动绕组不能长期工作，否则会因过热烧毁。 4. 适用场景：小型车床、鼓风机、医疗机械等对启动转矩要求不高的设备。 单相电阻启动异步电动机中，离心开关的作用是（ ） A. 启动时接通启动绕组电路 B. 启动后切断启动绕组电路 C. 调节两绕组的相位差 D. 保护工作绕组避免过载 【答案】B 【解析】离心开关安装在转子上，核心功能是启动后切断启动绕组电路。启动阶段两绕组协同工作，当转速达到额定转速的 75%~80% 时，离心力使开关触点断开，启动绕组停止工作（因其不能长期运行，否则会过热烧毁）。 1.单相电阻启动异步电动机的定子绕组中，承担运行时电磁转矩的是（ ） A. 启动绕组 B. 工作绕组 C. 罩极绕组 D. 离心开关 【答案】B 【解析】结构组成指出，工作绕组主要承担运行时的电磁转矩，启动绕组仅启动时工作，罩极绕组是罩极式电动机的部件，离心开关是控制部件。 2.下列关于单相电阻启动异步电动机启动绕组的说法正确的是（ ） A. 导线粗、匝数多 B. 感抗远大于电阻 C. 电阻远大于感抗 D. 长期与工作绕组并联运行 【答案】C 【解析】启动绕组导线较细（或高电阻率铝线），电阻远大于感抗，仅启动时工作，启动后被切断。 3.离心开关安装在单相电阻启动异步电动机的（ ）上 A. 转子 B. 定子 C. 工作绕组 D. 启动绕组 【答案】A 【解析】离心开关安装在电机转子上，通过转子转速变化产生的离心力控制触点通断。 1.单相电阻启动异步电动机的电阻分相法能使两绕组电流形成的相位差范围是（ ） A. 10°~20° B. 30°~40° C. 50°~60° D. 70°~80° 【答案】B 【解析】电阻分相法使两绕组电流形成 30°~40°的相位差，进而合成椭圆形旋转磁场。 2.单相电阻启动异步电动机的启动转矩与额定转矩的比值范围是（ ） A. 0.5~1.0 倍 B. 1.1~1.7 倍 C. 1.8~2.5 倍 D. 2.6~3.0 倍 【答案】B 【解析】启动转矩为额定转矩的 1.1~1.7 倍，启动转矩中等。 3.当单相电阻启动异步电动机转速达到额定转速的多少时，离心开关断开启动绕组（ ） A. 50%~60% B. 75%~80% C. 85%~90% D. 95%~100% 【答案】B 【解析】转速达到额定转速的 75%~80% 时，离心开关重块飞开，触点断开，切断启动绕组。  定子含工作绕组（粗线多匝）和启动绕组（细线高阻），转子为笼型，配离心开关控制启动绕组通断。  通过电阻分相形成30°~40°电流相位差，合成椭圆形旋转磁场启动，转速达75%~80% 额定转速时切断启动绕组。  启动转矩中等、成本低，启动绕组不可长期工作，适用于低启动转矩需求设备。 知识点三 单相电容启动异步电动机的结构、原理与应用 一、结构差异与核心部件： 1. 定子绕组：同样包含工作绕组U1U2和启动绕组Z1Z2，但启动绕组串联了启动电容器C和离心开关S，再与工作绕组并联。 2. 启动电容器：采用电解电容器，容量较大，仅在启动时接入电路，作用是使启动绕组电流超前工作绕组电流90°。 3. 离心开关：功能与电阻启动电动机一致，转速达到75%~80%额定转速时切断启动绕组和电容器支路。 二、工作原理与分相优势： 1. 电容分相法：通过合理选择电容器容量，使启动绕组电流超前工作绕组电流90°，且两绕组的磁通势幅值相等，合成圆形旋转磁场，这是其启动转矩大的核心原因。 2. 启动与运行过程： （1）启动阶段：圆形旋转磁场提供强劲电磁转矩，启动转矩可达额定转矩的2.5~3.0倍，远超电阻启动电动机，能带动满载设备启动。 （2）运行阶段：离心开关断开后，启动绕组和电容器停止工作，工作绕组单独维持电机运行。离心开关工作原理如图4所示。 图4 离心开关工作原理 三、性能参数与适用场景： 1. 系列代号：基本系列代号为（CO、CO2）YC。 2. 额定参数：功率等级120W、180W、250W、370W、550W、750W；额定电压220V；同步转速1500r/min、3000r/min。 3. 性能特点：启动转矩大，启动性能好，能满载启动；启动电容器和启动绕组仅短时工作，需注意避免电容器过压损坏。 4. 典型应用：小型空气压缩机、电冰箱、磨粉机、水泵等需要高启动转矩的设备。 单相电容启动异步电动机启动转矩大的核心原因是（ ） A. 启动绕组导线更粗 B. 合成了圆形旋转磁场 C. 离心开关动作迅速 D. 额定功率等级更高 【答案】B 【答案】电机通过电容分相法，使启动绕组电流超前工作绕组电流 90° 且磁通势幅值相等，合成圆形旋转磁场。圆形旋转磁场能提供最大启动转矩（可达额定转矩的 2.5~3.0 倍），这是其启动转矩大的核心原因。 1.单相电容启动异步电动机中，启动电容器的类型是（ ） A. 陶瓷电容器 B. 电解电容器 C. 云母电容器 D. 薄膜电容器 【答案】B 【解析】启动电容器采用电解电容器，容量较大，适配启动阶段的移相需求。其他类型电容器容量或特性无法满足该电机启动要求。 2.单相电容启动异步电动机合成的旋转磁场类型是（ ） A. 椭圆形旋转磁场 B. 恒定磁场 C. 脉动磁场 D. 圆形旋转磁场 【答案】D 【解析】电容分相法使两绕组电流相位差 90° 且磁通势幅值相等，合成圆形旋转磁场，这是其启动转矩大的核心原因。 3.单相电容启动异步电动机的启动转矩与额定转矩的比值范围是（ ） A. 1.1~1.7 倍 B. 1.8~2.4 倍 C. 2.5~3.0 倍 D. 3.1~3.5 倍 【答案】C 【解析】启动转矩可达额定转矩的 2.5~3.0 倍，远超电阻启动电动机，能满载启动。 1.离心开关在单相电容启动异步电动机中切断的是（ ） A. 工作绕组支路 B. 启动绕组和电容器支路 C. 整个电机电源 D. 电容器单独支路 【答案】B 【解析】离心开关的功能是切断启动绕组和电容器支路，避免二者长期工作损坏，工作绕组需持续运行。 2.下列属于单相电容启动异步电动机额定功率等级的是 ( ) A. 40W B. 100W C. 370W D. 1000W 【答案】C 【解析】额定参数中功率等级包括 120W、180W、250W、370W、550W、750W。 3.单相电容启动异步电动机中，启动电容器的作用是 ( ) A. 增大启动绕组电阻 B. 使启动绕组电流超前工作绕组电流 90° C. 保护工作绕组避免过载 D. 提高电机额定转速 【答案】B 【解析】启动电容器的核心作用是通过移相使启动绕组电流超前工作绕组电流 90°，为合成圆形旋转磁场创造条件。A 选项增大电阻是电阻启动电动机的设计，C 选项过载保护并非电容功能，D 选项转速由电源频率和极对数决定，与电容无关。  定子含工作绕组与串联启动电容、离心开关的启动绕组，核心部件为电解电容（启动用）和离心开关。  电容分相使两绕组电流相位差90°，合成圆形旋转磁场启动，转速达75%~80% 额定转速时切断启动支路。  启动转矩大（2.5~3.0 倍额定转矩），能满载启动，适用于高启动转矩需求设备，电容需避免过压损坏。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $