單相電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法及原理解析

　　單相電動(dòng)機(jī)中采用分時(shí)接通的方法提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速檔次，使電動(dòng)機(jī)具有二十檔轉(zhuǎn)速的調(diào)速能力和更好的節(jié)能效果，這種方法無需增加較多的硬件，僅在控制器中采用新的調(diào)速程序，即可達(dá)到提高風(fēng)扇風(fēng)速檔次和節(jié)能的目的。單相電動(dòng)機(jī)的調(diào)速和單相電動(dòng)單片機(jī) 的機(jī)形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，控制方便，它使電風(fēng)扇具備高、中、低三檔轉(zhuǎn)速，提高了電風(fēng)扇的供風(fēng)質(zhì)量，因此，這種單相電動(dòng)機(jī)在家用電風(fēng)扇得到廣泛的應(yīng)用。

　　作為單相異步電動(dòng)機(jī)其調(diào)速方法有三種：（1）變極調(diào)速；（2）降壓調(diào)速；（3）抽頭調(diào)速。

　　變極調(diào)速

　　在單相電機(jī)中，有倍極調(diào)速和非倍極調(diào)速之分。倍極調(diào)速電機(jī)一般定子上只有一套繞組，用改變繞組端部聯(lián)接方法獲得不同的極對(duì)數(shù)以達(dá)到調(diào)整旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。在極數(shù)比較大的變極調(diào)速中，定子槽中安放兩套不同極數(shù)的獨(dú)立繞組，實(shí)際上相當(dāng)于兩臺(tái)不同極數(shù)的單速電機(jī)的組合，其原理和性能與一般單相異步電機(jī)一樣

　　降壓調(diào)速

　　降壓調(diào)速方法很多，如串聯(lián)電抗器（吊扇）、串聯(lián)電容、自耦變壓器和串連可控硅調(diào)壓調(diào)速?？照{(diào)中最常用的調(diào)壓調(diào)速是可控硅（塑封）調(diào)壓調(diào)速。

　　可控硅調(diào)速是改變可控硅導(dǎo)通角的方法，改變電動(dòng)機(jī)端電壓的波形，從而改變了電動(dòng)機(jī)的端電壓的有效值?？煽毓鑼?dǎo)通角α1=180°時(shí)，電機(jī)端電壓為額定值，α1＜180°時(shí)電壓波形如下圖實(shí)線部分，電機(jī)端電壓有效值小于額定值，α1越小，電壓越低，如下圖：

　　塑封PG電機(jī)就是可控硅降壓調(diào)速。對(duì)于塑封PG電機(jī)，其繞組工作原理與抽頭電機(jī)一致，但不同之處在于塑封PG電機(jī)的輸入電壓不是直接接到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機(jī)上的，其電控的輸出電壓是可調(diào)節(jié)的。其電氣原理圖見圖3，調(diào)速是利用電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩與電機(jī)輸入電壓成近似一次關(guān)系，通過改變電機(jī)輸入電壓來改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，起到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的作用，其原理如下圖示：

　　該結(jié)構(gòu)是在電機(jī)的軸上裝有一個(gè)磁環(huán)，它一般有6極磁環(huán)及2極磁環(huán)2種。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，磁環(huán)也旋轉(zhuǎn)一圈，磁環(huán)與PG板中的霍爾元件相感應(yīng)，6極磁環(huán)會(huì)在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個(gè)脈沖，2極磁環(huán)會(huì)輸出1個(gè)脈沖，這樣根據(jù)輸出脈沖的數(shù)量就可以知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在電控中設(shè)定有預(yù)定的轉(zhuǎn)速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉(zhuǎn)速值相比較，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏低時(shí)，則提高電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變大），當(dāng)轉(zhuǎn)速偏高時(shí)，則降低電控的輸出電壓（可控硅導(dǎo)通角變?。@樣通過PG信號(hào)的反饋調(diào)節(jié)電控輸出電壓就實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的平滑調(diào)速。由于電控的輸出電壓不會(huì)高于其輸入電壓，因此在電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要保證電機(jī)達(dá)到高風(fēng)檔的轉(zhuǎn)速時(shí)其電控的電壓不高于工作的額定電壓。如我國(guó)額定電壓為220VAC，則設(shè)計(jì)時(shí)的電控電壓一般設(shè)計(jì)為180VAC~200VAC左右。此參數(shù)值設(shè)定太低則造成電機(jī)材料浪費(fèi)，且電控若損壞擊穿后電機(jī)直通市網(wǎng)電壓，其電機(jī)溫升會(huì)較高；若此參數(shù)值設(shè)定過高則會(huì)造成市網(wǎng)電壓降低時(shí)，有可能達(dá)不到設(shè)定的額定轉(zhuǎn)速，影響空調(diào)的能力

　　抽頭調(diào)速

　　電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)在調(diào)速范圍不大時(shí)，普遍采用定子繞組抽頭調(diào)速。此時(shí)定子槽中放置有主繞組、副繞組及調(diào)速繞組，通過改變調(diào)速繞組與主、副繞組的聯(lián)接方式，調(diào)整氣隙磁場(chǎng)大小及橢圓度來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

　　一般電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相電機(jī)，主繞組與副繞組嵌在不同的槽中，繞組與鐵芯間由聚酯纖維無紡布（DMDM或DMD）隔開，其在空間一般相差90度電角度，且副繞組通過串聯(lián)一個(gè)工作電容器后與主繞組并接于電源。當(dāng)電機(jī)通電后，主繞組與副繞組在氣隙中共同形成一個(gè)有方向有幅值強(qiáng)度的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。其方向與主、副繞組所處的空間位置等有關(guān)，它決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向；其幅值強(qiáng)度則與主副繞組的參數(shù)設(shè)計(jì)有關(guān)，它決定了電機(jī)輸出力矩的大小。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子相互作用，使電動(dòng)機(jī)按一定的方向旋轉(zhuǎn)。若調(diào)換主副繞組的空間位置，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向會(huì)相反，該反方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子相互作用，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向也會(huì)相反。

　　抽頭調(diào)速可分為T型抽頭調(diào)速和L型抽頭調(diào)速。L型抽頭調(diào)速又可分為主繞組抽頭L-1型和副繞組抽頭L-2型。目前最常用的是T型抽頭調(diào)速和副繞組抽頭L-2型調(diào)速。原理線路圖見下

　　T型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升低；缺點(diǎn)：電機(jī)高檔效率低，主繞組易形成匝間短路（見企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)13設(shè)計(jì)案例的DC03.043-001“YDK29-8E電機(jī)匝間短路案例分析”）。

　　L型抽頭調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)高檔效力高，繞組不易形成匝間短路；缺點(diǎn)：中、低檔運(yùn)行繞組溫升高。

　　不論哪種調(diào)速，都各有優(yōu)缺點(diǎn)，選用哪種除要考慮設(shè)計(jì)時(shí)要達(dá)到哪個(gè)結(jié)果，還要考慮電機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，一般L型較經(jīng)濟(jì)）。