單相電機(jī)一般是指用單相交流電源（AC220V）供電的小功率單相異步電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)通常在定子上有兩相繞組，轉(zhuǎn)子是普通鼠籠型的。本文是一篇工業(yè)設(shè)計(jì)論文范文，主要論述了單相異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)電容的匹配研究。

　　[摘 要]本文介紹了單相異步電容運(yùn)轉(zhuǎn)電容電機(jī)的原理，從電機(jī)啟動(dòng)方面，說明了單相電機(jī)電容的作用，并通過公式推導(dǎo)及應(yīng)用舉例說明啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行電容的一種選型方法。

　　[關(guān)鍵詞]電容匹配,異步電機(jī),交變磁場(chǎng)。

　　1.引言

　　單相電機(jī)一般是單相交流電源供電的小功率異步電動(dòng)機(jī)。通常在定子上有兩相繞組，當(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時(shí)，定子就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，又稱作交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電機(jī)無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)用外力使電機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變小，轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變大，樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來。要使單相電機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來，在定子中加上一個(gè)起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組要串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90度的電流通入兩個(gè)在空間上相差90度的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

　　圖1中主繞組電流Ia總是滯后電壓U1一個(gè)角度θa，副繞組中串接電容后，當(dāng)容抗大于繞組自身的感抗，Ib將超前U1一個(gè)角度θb，電容器選擇適當(dāng)，可以是Ib超前Ia 90°的電角度。

　　2.電容的功用

　　(1)電機(jī)啟動(dòng)的功能

　　在時(shí)間和空間上形成兩個(gè)相同的脈沖磁場(chǎng)，使定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)互相作用產(chǎn)生電磁場(chǎng)轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。

　　(2)在運(yùn)行中電容能提高電機(jī)效率和功率因數(shù)。

　　3.單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電容的匹配

　　單相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，不僅與副相繞組的電容量的選擇有關(guān)系，另外與主副繞組的匝比有很大的關(guān)系。因此單相電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)性能的磁場(chǎng)的圓度主要兩個(gè)因素就是串聯(lián)在副相繞組中電容量的選擇以及主副相繞組匝比的確定。

　　(1)運(yùn)行電容的公式推導(dǎo)

　　由電機(jī)學(xué)的原理可知，單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)的主繞組的額定運(yùn)行電流Im為電機(jī)額定電流In的1/，即

　　Im=1/In

　　副繞組的額定運(yùn)行電流為：Ia=KIm

　　其中K=為主繞組與副繞組的有效匝數(shù)比;Wm、Wa為主繞組、副繞組的匝數(shù);Km、Ka為主繞組、副繞組的繞組系數(shù);對(duì)于一般的電動(dòng)機(jī)可視為兩者相等。

　　從電機(jī)的設(shè)計(jì)與實(shí)際運(yùn)行情況來看，K的取值范圍一般為0.6～0.9，少數(shù)情況下K>1(此時(shí)副繞組的線徑大于主繞組的線徑)。串入副繞組的運(yùn)行電容為

　　C=(uF)

　　式中，f為電源頻率;Uc為電容額定電壓，應(yīng)該滿足Uc>Un(Un為額定電壓)，當(dāng)Un=220V時(shí)，可選Uc=400V;當(dāng)Un=380V時(shí)，可選Uc=630V。

　　(2)運(yùn)行電容的試驗(yàn)確定

　　實(shí)驗(yàn)前，首先按計(jì)算出的電容量，選取0.7～1.5倍容量的電容器若干，試驗(yàn)時(shí)把電流表接入副繞組，再把準(zhǔn)備的電容按容量大小分別串入副繞組，讓電機(jī)實(shí)際負(fù)載運(yùn)行，讀取副繞組中電流，當(dāng)電流接近計(jì)算值Ia時(shí)，其電容量就是所需要的。

　　(3)應(yīng)用舉例

　　電機(jī)額定數(shù)據(jù)為：Pn=750W，Un=220V，In=6.77A，主副繞組的匝數(shù)比Wm/Wa=90/120，原配啟動(dòng)電容C=150uF。為了增大電動(dòng)機(jī)的出力，給副繞組選配一個(gè)運(yùn)行電容。

　　1)計(jì)算電容量

　　Im=In/=6.77/=4.79A

　　K===0.75

　　Ia=KIm=0.754.79=3.59A

　　額定電壓Un=220V，選Uc=400V，則

　　C===28.57uF

　　2)試驗(yàn)確定電容量

　　按照0.7～1.5倍的計(jì)算考慮，選取容量為20～40uF的電容量共8只，分別接入副繞組進(jìn)行負(fù)載試驗(yàn)，各電容與對(duì)應(yīng)的副繞組電流情況如表1所示。

　　從表中可以看出，當(dāng)C=35uF時(shí)，Ia=3.6A與計(jì)算值接近，因此選配35uF/400V的電容作為運(yùn)行電容。實(shí)測(cè)電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大到980W。

　　再舉例一個(gè)繞組有效匝數(shù)比>1的單相電容電機(jī)的改造情況。額定數(shù)據(jù)為Pn=180W，Un=220V，In=2.25A，主副繞組的匝數(shù)為Wm=696，Wa=408，原配啟動(dòng)電容為C=150uF，選配運(yùn)行電容的情況如下，計(jì)算電容量如下：

　　Im=In/=2.25/=1.59A

　　K===1.71

　　Ia=KIm=1.711.59=2.71A

　　選電容器的額定電壓Uc=400V，則

　　C===21.57uF

　　1)試驗(yàn)確定電容量

　　同樣按0.7～1.5倍的計(jì)算電容量考慮，選取了一些電容進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)C=27uF時(shí)，Ia=2.72A，于是可以選配27uF/400V的運(yùn)行電容，并實(shí)測(cè)電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大到240W。

　　再舉例驗(yàn)證下目前用的電機(jī)的電容的合理性;

　　電機(jī)型號(hào)：PG30E，根據(jù)設(shè)計(jì)，匝比為K=0.99(600/605)，額定功率Pn=30W，額定電流In=0.4A，Ia在整機(jī)上配3uF時(shí)實(shí)測(cè)約0.29A;

　　計(jì)算：Ia=KIm=10.4/=0.283A

　　C=2.25uF

　　整機(jī)上通過更換電容，測(cè)試結(jié)果如下：

　　從匹配結(jié)果看，只有選擇3uF時(shí)，副相繞組電流為0.29A是最接近于實(shí)際理論計(jì)算值0.283A，因此選擇3uF可以最好的保證電角度。

　　單相電容電機(jī)中運(yùn)行電容起著電流分相的作用，如果電容選得過小，則會(huì)使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩減小，功率和效率都達(dá)不到正常值;如果電容選得過大，則又會(huì)使副繞組的電流增大，電機(jī)的溫升高，噪音增大，影響電機(jī)的壽命。

　　參考文獻(xiàn)

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