單相異步電動機的構(gòu)造與工作原理

單相異步電動機中，專用電機占有很大比例，它們的結(jié)構(gòu)各有特點，形式繁多。但就其共性而言，電動機的結(jié)構(gòu)都由固定部分---定子、轉(zhuǎn)動部分----轉(zhuǎn)子、支撐部分---端蓋和軸承等三大部分組成。

構(gòu)造

交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成。籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機的轉(zhuǎn)子和普通三相籠式電機相同。杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機的結(jié)構(gòu)由外定子，杯形轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子三部分組成。它的外定子和籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機相同，轉(zhuǎn)子則由非磁性導(dǎo)電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉(zhuǎn)軸7上。空心杯的壁很?。ㄐ∮?.5mm），因此轉(zhuǎn)動慣量很小。內(nèi)定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個端蓋上，內(nèi)定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機工作時，內(nèi)﹑外定子都不動，只有杯形轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子之間的氣隙中轉(zhuǎn)動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放在內(nèi)、外定子鐵心的槽內(nèi)。

電機主要部件包括：1、機座；2、鐵心；3、繞組；4、端蓋；5、軸承；6、離心開關(guān)或起動繼電器和PTC起動器；7、銘牌。

1 機座

機座結(jié)構(gòu)隨電動機冷卻方式、防護型式、安裝方式和用途而異。按其材料分類，有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結(jié)構(gòu)等幾種。鑄鐵機座，帶有散熱筋。機座與端蓋聯(lián)接，用螺栓緊固。鑄鋁機座一般不帶有散熱筋。鋼板結(jié)構(gòu)機座，是由厚為1.5-2.5毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，再焊上鋼板沖壓件的底腳。有的專用電動機的機座相當(dāng)特殊，如電冰箱的電動機，它通常與壓縮機一起裝在一個密封的罐子里。而洗衣機的電動機，包括甩干機的電動機，均無機座，端蓋直接固定在定子鐵心上。

2 鐵心

鐵心包括定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，作用與三相異步電動機一樣，是用來構(gòu)成電動機的磁路。

3 繞組

單相異步電動機定子繞組常做成兩相：主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動繞組）。兩種繞組的中軸線錯開一定的電角度。目的是為了改善啟動性能和運行性能。定子繞組多采用高強度聚脂漆包線繞制。

轉(zhuǎn)子繞組一般采用籠型繞組。常用鋁壓鑄而成。

4 端蓋

相應(yīng)于不同的機座材料、端蓋也有鑄鐵件、鑄鋁件和鋼板沖壓件。

5 軸承

軸承有滾珠軸承和含油軸承。

6 離心開關(guān)或起動繼電器和PTC起動器

（1）離心開關(guān)

在單相異步電動機中，除了電容運轉(zhuǎn)電動機外，在起動過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的70%左右時，常借助于離心開關(guān)，切除單相電阻起動異步電動機和電容起動異步電動機的起動繞組，或切除電容起動及運轉(zhuǎn)異步電動機的起動電容器。離心開關(guān)一般安裝在軸伸端蓋的內(nèi)側(cè)。

（2）起動繼電器

有些電動機，如電冰箱電動機，由于它與壓縮機組裝在一起，并放在密封的罐子里，不便于安裝離心開關(guān)，就用起動繼電器代替。繼電器的吸鐵線圈串聯(lián)在主繞組回路中，起動時，主繞組電流很大，銜鐵動作，使串聯(lián)在副繞組回路中的動合觸點閉合。于是副繞組接通，電動機處于兩相繞組運行狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，主繞組電流不斷下降，吸引線圈的吸力下降。當(dāng)?shù)竭_一定的轉(zhuǎn)速，電磁鐵的吸力小于觸點的反作用彈簧的拉力，觸點被打開，副繞組就脫離電源。

（3）PTC起動器

最新式的啟動元件是“PTC”，它是一種能“通”或“斷”的熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體元件，可用作延時型起動開關(guān)。使用時，將PTC元件與電容起動或電阻起動電機的副繞組串聯(lián)。在起動初期，因PTC熱敏電阻尚未發(fā)熱，阻值很低，副繞組處于通路狀態(tài)，電機開始起動。隨著時間的推移，電機的轉(zhuǎn)速不斷增加，PTC元件的溫度因本身的焦耳熱而上升，當(dāng)超過居里點Tc（即電阻急劇增加的溫度點），電阻劇增，副繞組電路相當(dāng)于斷開，但還有一個很小的維持電流，并有2-3瓦的損耗，使PTC元件的溫度維持在居里點Tc值以上。當(dāng)電機停止運行后，PTC元件溫度不斷下降，約2-3分鐘其電阻值降到Tc點以下，這時有可以重新啟動，這一時間正好是電冰箱和空調(diào)機所規(guī)定的兩次開機間的停機時間。

PTC起動器的優(yōu)點：無觸點、運行可靠、無噪無電火花，防火、防爆性能好。且耐振動、耐沖擊、體積小、重量輕、價格低。

7 銘牌

包括：電機名稱、型號、標(biāo)準(zhǔn)編號、制造廠名、出廠編號、額定電壓、額定功率、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、繞組接法、絕緣等級等。

原理

交流伺服電機的工作原理和單相感應(yīng)電動機無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。

當(dāng)電機原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場?？梢园衙}動磁場看成兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。

在一般情況下，電機內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場?。?，但以相同的速度，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。

為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉(zhuǎn)動的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率Sk大于1。在電機運行過程中，如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后產(chǎn)生的力矩一轉(zhuǎn)速特性曲線，以及它們的合成特性曲線。假設(shè)電動機原來在單一正向旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下運行于A點，此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產(chǎn)生了一個與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動方向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。

必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。

審核編輯：黃飛

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