洗衣機電容運行洗滌XD-250電機及其控制目 錄 摘要 IabstractII前言III第1章緒論11.1 洗衣機的發展歷史11.2 洗衣機的種類21.2.1、按洗衣機自動化程度分類31.2.2 按洗衣機的結構和工作方式來分類31.3 洗衣機發展趨勢41.4 我國洗衣機現狀、質量分析及對策51.4.1 我國洗衣機現狀51.4.2 我國洗衣機質量分析51.4.3 提高我國洗衣機產品質量的對策6第2章 單相異步電動機簡介82.1 概述82.2 單相異步電動機的種類82.2.1單相電阻起動異步電動機82.2.2 單相電容分相起動異步電動機92.2.3 單相電容運轉異步電動機102.2.4 單相電容起動與運轉異步電動機102.3 單相異步電動機的工作原理102.4 單相異步電動機的特點14第3章 單相電容起動與運行電動機設計163.1 概 述163.2 單相電容起動與運轉異步電動機的原理、特點及故障分析173.2.1單相電容運轉異步電動機的原理173.2.2 單相電容運轉異步電動機的特點183.2.3單相電容啟動異步電動機常見故障及原因分析18513.3單相電容啟動式異步電動機保護電路19第4章 單相電容起動與運轉電動機電磁方案設計214.1 額定數據與技術要求214.2 主要尺寸及沖片214.3 主繞組設計234.4 主相參數的計算254.5 磁路計算314.6 鐵耗和機械風摩耗的計算354.7 副繞組設計364.8 起動性能計算374.9 運行性能計算394.10 有效材料用量44第5章 滾筒洗衣機控制系統465.1 滾筒洗衣機的工作原理465.2 滾筒洗衣機的電路分析465.2.1 供電電路465.2.2 進水電路475.2.3 加熱電路475.2.4 洗滌電路485.2.5 脫水電路485.2.6 電機的調速48參考文獻49結束語50致謝51湖南工程學院畢業論文洗衣機電容運行洗滌XD-250電機及其控制摘要 ：我國家用洗衣機已經發展進入成熟期。作者針對單相電容起動與運轉電動機廣泛應用洗衣機行業，分析該電機控制電路和結構特點，提出了改善結構性能的方法，指明了主繞組如何并聯適當的電容器的方法,減少或省去電源對電動機提供無功電流,以減少線路損耗,提高電源功率因數,提高電源設備容量的利用率。由于電容運轉電機廣泛被作為滾筒洗衣機洗滌電動機，作者這里對該電機的研究與探索具有一定的實用價值。關鍵詞：洗衣機;電容起動；電機控制；電容運轉 Washing machine capacitor run XD-250 motor and the controlAbstract: The washing machine already develops our country family expenses entering a maturation period. The author starts specifically for single phase capacitance and the turn over electric motor applies washing machine industry broadly, have analysed that electric motor control circuit and the structure characteristic , have brought forward the method improving structure function, the method how the parallel appropriate host winding capacitor to have shown clearly , the utilization ratio falling off or omitting a power source providing idle work electric current to the electric motor, to cut down the circuit spoilage , to improve the power source power factor , to improve power facility capacities. The washing machine washes an electric motor since the capacitance turn over electric motor is a cylinder broadly , the author has certain practical value to the go into and exploration being an electric motors turn here.Keywords: washing machine; Capacitance starts; reactive power洗衣機電容運行洗滌XD-250電機及其控制前言社會的發展增強了人們的消費欲望，用于減輕人們家務勞動的洗衣機逐漸成為一種普遍的消費品。隨著科學技術的日益發展， 洗衣機的性能將會不斷完善。滾筒洗衣機由于具有對衣物的磨損小、洗滌量大、節水等特點，越來越得到廣大家庭的青睞。人們對滾筒洗衣機的功能多樣化、操作簡單化也提出了更高的要求。為適應這種變化，滾筒洗衣機的控制器已由機械式、混合式逐步過渡到全電子控制。為了解決一般串激電機的換向困難，噪聲大,功率小,價格較高的缺點，新型洗衣機大多采用單相電容運轉雙速電機，本次畢業設計就是采用這種電機。電動機是滾筒洗衣機的動力源。在洗滌時,電動機低速作正反向交替旋轉;脫水時,電動機作高速單向旋轉。為提高系統的傳動效率，國內一些廠家的滾筒洗衣機采用無級調速，即變頻調速。變頻調速一般為感應電動機加一變頻器，也有用自流變頻調速的，系統的效率較高，脫水效果好，但是在現階段其系統較為復雜，成本較高，噪聲較大。故本次課題選用電腦版調速，這是一種性價比較高的調速方式。本課題通過對洗衣機洗滌電機以及控制的設計，學習和掌握單相電容運轉異步電動機的基本結構與工作原理。在電機設計的整個過程和流程，本著不斷學習和鞏固電機設計所必須了解的基本知識，培養自己的動手能力和自學能力，掌握如何查閱文獻資料以及相關標準的能力。通過對洗衣機洗滌電動機控制系統的設計從而了解和熟悉整個電機設計的過程，為我今后更好的適應工作做好鋪墊。 第1章 緒論1.1 洗衣機的發展歷史 在洗衣機出現以前，洗衣服都是一項難于逃避的家務勞動，不斷重復的簡單的體力勞動，常常使人身心疲憊，洗衣機的出現把人們從繁瑣枯燥的勞動解脫出來。 1858年，一個叫漢密爾頓史密斯的美國人在匹茨堡制成了世界上第一臺洗衣機。該洗衣機的主件是一只圓桶，桶內裝有一根帶有槳狀葉子的直軸。軸是通過搖動和它相連的曲柄轉動的。同年史密斯取得了這臺洗衣機的專利權。但這臺洗衣機使用費力，且損傷衣服，因而沒被廣泛使用，但這卻標志了用機器洗衣的開端。次年在德國出現了一種用搗衣杵作為攪拌器的洗衣機，當搗衣杵上下運動時，裝有彈簧的木釘便連續作用于衣服。19世紀末期的洗衣機已發展到一只用手柄轉動的八角形洗衣缸，洗衣時缸內放入熱肥皂水，衣服洗凈后，由軋液裝置把衣服擠干。1874年,“手洗時代”受到了前所未有的挑戰，美國人比爾布萊克斯發明了木制手搖洗衣機。布萊克斯的洗衣機構造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內翻轉，從而達到“凈衣”的目的。這套裝置的問世，讓那些為提高生活效率而冥思苦想的人士大受啟發，洗衣機的改進過程開始大大加快.1880年，美國又出現了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。經歷了上百年的發展改進，現代蒸汽洗衣機較早期有了無與倫與的提高，但原理是相同的。現代蒸汽洗衣機的功能包括蒸汽洗滌和蒸汽烘干，采用了智能水循環系統，可將高濃度洗滌液與高溫蒸氣同時對衣物進行雙重噴淋，貫穿全部洗滌過程，實現了全球獨創性的“蒸汽洗”全新洗滌方式。與普通滾筒洗衣機在洗滌時需要加熱整個滾筒的水不同，蒸汽洗滌是以深層清潔衣物為目的，當少量的水進入蒸汽發生盒并轉化為蒸汽后，通過高溫噴射分解衣物污漬。蒸汽洗滌快速、徹底，只需要少量的水，同時可節約時間。對于放在衣柜很長時間產生褶皺、異味的冬季衣物，能讓其自然舒展，撫平褶皺。“蒸汽烘干”的工作原理則是把恒定的蒸汽噴灑在衣物上，將衣物舒展開之后，再進行恒溫冷凝式烘干。通過這種方式，厚重衣物不僅干得更快，并且具有舒展和熨燙的效果。蒸汽洗衣機之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。水力洗衣機包括洗衣筒、動力源和與船相連接的連接件，洗衣機上設有進、出水孔，洗衣機外殼上設有動力源，洗衣筒上設有衣物進口孔，其進口上設有密封蓋，洗衣機通過連接件與船相連。它無需任何電力，只需自然的河流水力就能洗滌衣物，解脫了船民在船上洗滌衣物的煩惱，節約時間，減輕家務勞動強度。1910年，美國的費希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。 1922年，美國瑪塔依格公司改造了洗衣機的洗滌結構，把拖動式改為攪拌式，使洗衣機的結構固定下來，這也就是第一臺攪拌式洗衣機的誕生。這種洗衣機是在筒中心裝上一個立軸，在立軸下端裝有攪拌翼，電動機帶動立軸，進行周期性的正反擺動，使衣物和水流不斷翻滾，相互摩擦，以此滌蕩污垢。攪拌式洗衣機結構科學合理，受到人們的普遍歡迎。1932年，美國本德克斯航空公司宣布，他們研制成功第一臺前裝式滾筒洗衣機，洗滌、漂洗、脫水在同一個滾筒內完成。這意味著電動洗衣機的型式躍上一個新臺階，朝自動化又前進了一大步！第一臺自動洗衣機于1937年問世。這是一種前置式自動洗衣機。靠一根水平的軸帶動的缸可容納4000克衣服。衣服在注滿水的缸內不停地上下翻滾，使之去污除垢。到了40年代便出現了現代的上置式自動洗衣機。隨著工業化的加速，世界各國也加快了洗衣機研制的步伐。首先由英國研制并推出了一種噴流式洗衣機，它是靠筒體一側的運轉波輪產生的強烈渦流，使衣物和洗滌液一起在筒內不斷翻滾，洗凈衣物。1955年，在引進英國噴流式洗衣機的基礎之上，日本研制出獨具風格、并流行至今的波輪式洗衣機。至此，波輪式、滾筒式、攪拌式在洗衣機生產領域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出現了帶干桶的雙桶洗衣機，人們稱之為“半自動型洗衣機”。70年代，生產出波輪式套桶全自動洗衣機。70年代后期，以電腦（實際上微處理器）控制的全自動洗衣機在日本問世，開創了洗衣機發展史的新階段。80年代，“模糊控制”的應用使得洗衣機操作更簡便，功能更完備，洗衣程序更隨人意，外觀造型更為時尚90年代，由于電機調速技術的提高，洗衣機實現了寬范圍的轉速變換與調節，誕生了許多新水流洗衣機。此后，隨著電機驅動技術的發展與提高，日本生產出了電機直接驅動式洗衣機，省去了齒輪傳動和變速機構，引發了洗衣機驅動方式的巨大革命。 之后，隨著科技的進一步發展，滾筒洗衣機已經成了大家耳濡目染的產品。伴隨著科技的進一步發展，相信新型更適合人們使用的洗衣機會給我們的生活帶來新的方式。1.2 洗衣機的種類洗衣機一般可按自動化程度和結構原理兩種方法進行分類。1.2.1、按洗衣機自動化程度分類 1、普通型洗衣機; 洗滌、漂洗、脫水各功能的操作都需用手工轉換。這種洗衣機結構簡單，價格便宜，占地少，容易搬動。它裝有定時器，可根據衣物的臟污程度選定洗滌和漂洗時間，到達預定時間，即可自動停機。普通型洗衣機有單桶和雙桶兩種。不帶脫水裝置的洗衣機，衣物洗凈后需人工擰干再去晾曬。 2、半自動型洗衣機; 在洗滌、漂洗、脫水功能中，其中任意兩個功能的轉換不用手工操作而能自動進行。一般由洗衣系統和脫水系統兩部分組成，常見的為雙桶半自動型洗衣機。在洗衣桶中可以按預定時間完成洗滌和漂洗程序，但不能自動脫水，需要人工把衣物從洗衣桶中取出，放入脫水機中甩干。 3、全自動型洗衣機; 洗滌、漂洗、脫水各功能間的轉換全部不用手工操作，包括進水、排水在內的各工序都可以用程序控制器自動控制。衣物放入洗衣機后能自動洗滌、漂洗、脫水，全部程序自動完成。當衣物甩干后，蜂鳴器會發出聲響。全自動型洗衣機多為套桶洗衣機，即洗衣桶和脫水桶套裝一起。有一種帶有傳感器的高級微電腦全自動洗衣機，具有人工智能，它能根據洗滌物的數量、種類、臟污程度，自動選定對洗滌物的最佳程序，自動進行洗滌。1.2.2 按洗衣機的結構和工作方式來分類1、波輪式洗衣機洗衣特點：微電腦控制洗衣及甩干功能、省時省力。缺點：耗電、耗水、衣物易纏繞、清潔性不佳，適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。波輪式洗衣機流行于日本、中國、東南亞等地2、滾筒式洗衣機洗衣特點：微電腦控制所有功能,衣物無纏繞。最不會損耗衣物的方式缺點：耗時，時間是普通的幾倍，而且一旦關上門，洗衣過程中無法打開，潔凈力不強。適合洗滌衣物：羊毛、羊絨以及絲綢、純毛類織物。流行于歐洲、南美等主要穿毛、綿為主的地區，幾乎100的家庭使用的都是滾筒洗衣機。3、攪拌式洗衣機洗衣特點：衣物潔凈力最強，省洗衣粉缺點：喜歡纏繞相比前兩種方式損壞性加大，噪音最大適合洗滌衣物：除需要特別洗滌之外的所有衣物。4、其他型式的洗衣機比如說波輪與攪拌式洗衣機、噴淋漂洗洗衣機、振動式洗衣機、超聲波洗衣機都各有所長，但由于技術和價格的原因應用不廣，但前景廣闊。1.3 洗衣機發展趨勢 現在的洗衣機真的是多種多樣，滾筒洗衣機和波輪洗衣機將成為市場的主流，使用洗衣機就是圖個方便省力，現在的全自動洗衣機都符合人們的要求。那么洗衣機還會怎樣進步或發展呢？歸納起來，有如下幾個趨勢。高度自動化：現在洗衣機越來越高度自動化，只要衣服放入洗衣機，簡單的按兩個鍵，就會自動注水，一些先進的電腦控制洗衣機，還能自動的感覺衣物的重量，自動的添加適合的水量和洗滌劑，自動的設置洗滌的時間和洗滌的力度，洗滌完以后自動的漂洗甩干，更有些滾筒洗衣機還會將衣物烘干，整個洗衣的過程完成以后還會用動聽的音樂聲提醒用戶，用戶可以在洗衣的過程做其它的事，節省了不少的時間。總之，每一項技術的進步部極大地推動了洗衣過程自動化程度的提高。 健康化：現代人對健康格外的重視，對洗衣機也提出了更高的要求，有的洗衣機廠家采用納米內桶，減少污垢附著，有的洗衣機設置有改進型漂洗程序，徹底漂凈衣物上殘留的洗滌劑，防止對人體的侵害。還有一些洗衣機采用臭氧進行殺菌，達到徹底滅菌的目的。節能：節能也是用戶選擇洗衣機時考慮的問題，有些洗衣機具有洗滌劑循環利用系統，可以將在外桶到排水泵之間濃度較高的洗滌劑通過循環水流帶回外桶內，循環使用可以節約20%的洗滌劑。有的洗衣機采用專利的無孔內桶省水，普通的波輪洗衣機在注水的時候，內桶與外桶之間也有大量的水，洗滌的時候內桶外的水就浪費了，而無孔內桶只有內桶有水，這樣可以充分的利用洗衣機內的水，注水的時候比其它洗衣機少使用40%的水量，同時也可以節省洗滌劑和省電。大容量和微型化：現代人居家總希望有寬敞的空間，因此各廠家都推出了超小型或超薄型的 洗衣機，比較有代表性的有小鴨的迷你滾筒洗衣機，海爾的小小神童波輪洗衣機，惠爾浦的維納斯系列上開門立式滾筒洗衣機，西門子的40厘米超薄滾筒洗衣機滿足了人們對占地空間的要求。品種多樣化： 從洗滌形式上分波輪式、滾筒式洗衣機，從洗滌容量上自2公斤到7公斤有很多等級，高中低檔洗衣機在功能上，還有很多不同，品種多樣化的洗衣機滿足了不同偏好的消費者的需求。1.4 我國洗衣機現狀、質量分析及對策1.4.1 我國洗衣機現狀中國洗衣機出口從 2003 年開始進入快速增長時期，洗衣機出口量平均速度達26%，出口額平均增速更超過 40%。但是進入 2009 年，受到全球金融危機的影響，中國洗衣機出口形勢發生了巨大變化。2009 年 1 9月，中國洗衣機出口量和出口額雙雙以負增長報收，出口量為 967.84萬臺, 同比下降 14.87%；出口額為 12.04億美元，同比下降 17.55%，占中國家電產品同期出口總額的 5.2%（詳見下表）。中國洗衣機出口總額的80%以上來自波輪洗衣機和滾筒洗衣機，換句話說，這兩種全自動洗衣機已經成為中國洗衣機出口的最主要機型，特別是滾筒洗衣機出口額始終保持強勢，尤其在后幾個月的出口增長趨勢更是逐月增強。2009 年 1 9月中國共向171個國家和地區出口洗衣機，出口額超過1億美元的國家只有日本，出口額超過 1000 萬美元的國家多達25個，其中對美國、伊朗、俄羅斯和英國的出口額超過了5000萬美元。值得一提的是， 2009 年 1 9月，在對歐盟乃至全球的洗衣機出口市場都出現下挫之時，對日本、英國、德國、摩洛哥、意大利等國的洗衣機出口卻逆勢增長。1.4.2 我國洗衣機質量分析我國家用洗衣機經過近三十年的發展,已從初期、 成長期進入到成熟期,隨著城市居民生活水平的進一步提高及鄉村城市化水平進程的加快,其需求量將進一步增加。然而隨著近幾年競爭壓力的增加,一些較大的生產企業為降低成本,將技術含量較低的波輪式家用電動洗衣機轉向中小企業定牌生產,而有些中小企業為降低成本,則采取了偷工減料、使用劣質零部件制造家用電動洗衣機,由此而侵害了消費者的合法權益,甚至發生人身傷害的嚴重事故,因此提高洗衣機產品的質量是目前需要迫切關注的問題 我國洗衣機產品質量問題分析近一段時期以來,國家家用電器質量監督檢驗中心受理的消費者投訴也逐漸增多,這也表明了這些企業生產的產品總體質量呈下降趨勢,隨著其產銷量的增加也使得我國家用電動洗衣機的總體質量開始下滑。從國家監督抽查結果也明顯反映出這一態勢,其中問題主要體現在一下幾個方面。(1) 工藝和技術不匹配節能降耗和高效一直是洗衣機產品研發工作的出發點,也是家電產業永恒的課題。 恰當解決產品的工藝設計以及零部件間的匹配問題不僅僅是某一家企業、 某一個品牌的重要任務,更是家電行業發展的關鍵。比如消費者總是喜歡容量大、 價格低的產品。企業就是利用了這個消費心理,在價格和機型不變的情況下標大容量,但是市場上許多5.8kg、 6.8kg、 7.8kg、 8.8kg 的系列機,主體機型卻只是一種,有些也只是換了一下電機,就派生出了一個系列,這使得洗衣機的電機或者其他各工作部分與其大容量十分不匹配,洗滌性因此降低許多。(2) 電動機及其他零部件質量低下不合格電動機是洗衣機的心臟部件,也是成本中所占比重較大的一塊,許多小型企業多采用質量低劣的低成本電動機,其效率低、 使用時溫度高,直接影響洗滌效果,間接影響電機本身及周圍部件的絕緣性能近年來原材料的價格上漲使得家用洗衣機的生產成本大幅提高,為了降低生產成本,生產者使用廉價的低質零部件、 在注塑件中加大回收料的用量,使用了這些零部件以后,整機的使用性能必然下降。 整機的損壞首先表現在零部件的損壞上,從而使得整機壽命降低。(3) 產品安全項目不合格 許多小型企業為了降低成本,多在外殼用料上做文章,例如降低外殼厚度、 加大散熱孔面積,加上企業技術人員對標準理解不到位,其厚度降的過低、 開孔過大造成了產品外殼的防觸電保護不符合標準要求。還有一些產品出現了發熱、 非正常工作、功率不合格,主要是電機發熱檢驗時發生了堵轉,出現了冒煙現象;非正常工作檢驗時因洗滌電機發熱過高導致絕緣失效;功率檢驗時實測值超過了明示額定功率規定的要求等等現象。1.4.3 提高我國洗衣機產品質量的對策(1) 加強洗衣機的科技研究工作,開創自主品牌應該看到很多質量問題,比如,外殼厚度、 散熱孔面積不夠,電機長時間工作引起溫度過高而絕緣實效等等文的其根源是由于洗衣機設計不合理造成的。 目前我國洗衣機產品的研究發展本身的發展卻大多集中在表面功能,快捷甚至外型設計上,而洗衣機使用的安全性、 持久性的改進卻十分緩慢。 研發是一個企業長期持續發展的動力,國內洗衣機最大制造商海爾集團就十分注重產品的研發,為了進一步引進新的技術,海爾集團海爾洗衣機更是將聯合世界500強企業GE進行技術合作,開發具有環保、 節能、 低噪音等特點的高品質的洗衣機產品。(2) 加強原材料以及出廠產品自身的質量檢查國內大多數洗衣機制造企業的質量意識和檢測裝備都有很大的缺陷,這就造成了產品質量上的差距。 做出優質產品,企業需要自覺地采用嚴于國家標準的企業標準,自覺地做到自我把關,嚴格的按照國家、 行業的相關標準對即將出廠的產品進行細致的檢查和性能測定,杜絕有質量缺陷的產品流入市場。 另外,一味的為了壓低成本而使用質量低劣的原材料,不僅是對消費者和社會的不負責任,對企業的長期發展也是極端有害的。 為此,企業還應當培養和保留自己的優秀業務人員,也是提高企業的產品質量,保證企業長期持續發展的根本保證。(3) 政府要加大對定牌產品的管理力度在我國除海爾等少數廠家和某些國外品牌產品制造商以外,許多企業為了擴大自有品牌產品的市場銷售份額,降低生產成本,尋找大批名不見經傳的企業,組裝其品牌產品,這一現象十分普遍。 事實上已經造成了國內眾多品牌的產品中,相當一部分產品是由江浙一帶的民營企業生產的。在對這些定牌產品進行質量監督抽查檢驗中,可能會遇到產品認定等方面的實際問題,但這些產品往往又是市場上銷量最大的產品。 如果放松對這些定牌產品的質量監督,勢必造成在產品質量監督領域內出現真空地帶,因此政府質量監督管理部門加大對定牌產品的監管力度是非常必要的。(4) 搞好普法和標準的宣貫工作提高消費者質量意識在質量監督的過程中消費者的作用不容忽視,只有消費者的質量意識提高,才是我國產品質量提高的根本。 因此,要加強對洗衣機行業產品的安全標準和性能標準的宣貫力度。 大力宣傳 中華人民共和國產質量法 、 消費者權益保護法 等相關規,生產者、 消費者提高法律意識,自覺制假冒偽劣產品,提高自我保護意識,使國家電的總體水平有所提高。第2章 單相異步電動機簡介2.1 概述單相異步電動機又稱為單相感應電動機由于單相電動機只需單相交流電源供電，因而被廣泛地應用于小型機床、輕工設備、商業機械、食品加工機械、醫療衛生器械、家用電路、日用機電用具、輕小型農副機具等. 單相異步電動機之所以能廣泛應用，因為它具有結構簡單、價格低廉、運行可靠、噪聲低、振動小、維護使用方便等一系列優點。它與同容量三相異步電動機相比較體積稍大，性能差，因而多制成微型和小型近年來單相異步電動機應用范圍越來越廣，不僅產量增加，品種增多，而且已向高力能指標，整馬力系列電機發展。單相異步電動機的定于繞組并非只是一相繞組，因為這樣的電動機并不能產生起動轉矩。為了產生起動轉矩，單相異步電動機定子上必須安放兩個繞組，一個為主繞組，另一個為副繞組。轉于繞組和一般的籠型轉子完全一樣。當定于繞組接到單相交流電源以后，在氣隙中便產生旋轉磁場，依靠電磁感應作用，使轉子繞組感生電勢和電流，從而產生電磁轉矩，以實現電能和機械能的轉換。2.2 單相異步電動機的種類單相異步電動機類型：(1)單相電阻分相起動異步電動機；(2)單相電容分相起動異步電動機；(3)單相電容運轉異步電動機；(4)單相電容起動與運轉異步電動機；(5)單相罩極式異步電動機。2.2.1單相電阻起動異步電動機 將m繞組和a繞組設計成不一樣。m相匝數多、導線粗；a相匝數少而導線細。m相電抗大而電阻小；a相電抗小而電阻大。 圖2.1 電阻分相啟動異步電動機 起動時S合上，m和a通入被“分相”的電流，電動機起動，當轉速達到75-80%同步轉速時，S自動斷開。電動機在m繞組單獨驅動下運行。 圖2.2 電阻分相啟動電流關系及機械特性 曲線1為兩繞組都通電的機械特性，曲線2為只有m繞組工作時的機械特性。 這種單相異步電動機兩相電流相位相差不大，起動轉矩較小Tst=(1.1-1.8)TN。 改變轉向的方法：單獨改變m或者a繞組的通電極性。 2.2.2 單相電容分相起動異步電動機 給a繞組中串接一個起動電容C，使得2繞組的阻抗不同，達到分相的目的。 圖2.3 電容分相啟動異步電動機接線圖圖2.4 電容分相啟動電流關系及機械特性 優點：(1)配備合適的電容器可以使得m相和a相繞組的電流相位差接近90度。(2)這種電機的a繞組匝數不受限制，可以做成與m繞組一樣，從而在起動時得到較為接近圓形的旋轉磁勢，提高起動轉矩。(3)合成電流較小，即起動電流較小，而起動轉矩較大，適合于對起動轉矩要求較高的負載。 2.2.3 單相電容運轉異步電動機 沒有開關，a繞組不僅參與起動，而且參與運行。 圖2.5 電容運轉單相異步電動機接線圖 實際上是兩相運行電機。運行時氣隙磁勢接近圓形。電機的運行性能較好，功率因數、效率、過載能力都比電阻分相或者電容分相起動的單相電動機好。 副繞組要按照長期運行的設計標準設計。另外，由于阻抗隨著轉速變化，圓形起動和圓形運行難以兼顧，所以該類電動機起動性能不如電容分相起動單相異步電動機。 2.2.4 單相電容起動與運轉異步電動機 為了克服電容運轉電動機不能兼顧圓形起動和圓形運轉的缺憾，在a繞組中采用兩個并聯的電容器。C為長期運行電容器，Cs為起動電容器。 圖2.6 電容啟動和運轉單相異步電動機接線圖起動時，串聯在a繞組的總電容為C+Cs，較大，可以產生較圓形的旋轉磁勢；轉速達到一定值后，Cs被開關甩開，運行時的磁勢也接近圓形。 該類單相電動機中最理想的一類，起動轉矩、最大轉矩、功率因數、效率都提高了；電機噪聲較小。2.3 單相異步電動機的工作原理單相異步電動機的定子上有兩套繞組。一個稱為主繞組(又叫工作繞組)，另一個稱為副繞組(又叫起動繞組或輔助繞組)，二者共同產生旋轉磁場，在轉子上產生轉矩，用以起動電動機。 我們先來看一種最簡單的二相定子繞組。如下圖2.7所示，圖中導體m和導體m組成一個線圈，導體a和導體a組成另一個線圈，二個線圈在空間互相相隔90，每個線圈為一相，通以二相交流電流。假定二相電流的正方向是從繞組的始端到末端，既電流為正時，電流從導體m，a流入紙面，從導體m，a流出紙面。電流為負時則方向相反。在繞組中通過的二相對稱電流的變化規律為 im=Imcoswt ig=Imcos(wt+90)二相電流隨時間變化的曲線如圖2.8所示。我們知道，當電流通過線圈時，就產生磁場。因此是交變電流，故線圈產生的磁場也是交變的。下面具體觀察在幾個不同瞬時定子二相繞組產生的合成磁場。 圖2.7 最簡單的二相繞組 圖2.8 二相對稱電流圖2.9 兩極旋轉磁場的產生當wt=0時，由圖2.8可以看出，im為正值，電流從導體m流入紙面，從導體m流出紙面；ig0。應用右手螺旋定則，可以確定合成磁場的方向。圖2.9(2)表示這一瞬時三相繞組電流分布情況以及所產生的合成磁場方向。 當wt=45時，由圖2.8可知im為正值，ig為負值。此時二相繞組電流分布情況及所產生的合成磁場如圖2.9(b)所示。合成磁場的軸線比wt=0時的軸線沿逆時針方向在空間超前45。 用同樣的方法，當wt=90，wt135，wt=180 ，wt=270時，由圖2.8可以畫出相應的二相繞組電流分布情況及所產生的合成磁場，分別表示在圖2.9(c)，(d)，(e)，(f)中。當wt360時，又回到了圖2.9(a)的情況。 由上述分析可以得出以下結論 （1）一組空間分布相差90電角度的二相繞組在通以二相對稱交流電時，產生一旋轉磁場。 （2）旋轉磁場的轉向與兩相繞組在空間的位置和繞組中的電流相序有關。 （3）旋轉磁場的轉速與電流的頻率有一定的關系。 由圖29(a)到(b)，電流變化了45，旋轉磁場逆時針在空間轉過了45；由(b)到(c)，電流又變化了45，旋轉磁場逆時針在空間繼續轉過了45可以推理當電流變化一個周期(即360)，旋轉磁場逆時針在空間也轉過了一轉(即360)，若交流電流的頻率f1為50Hz(即每秒變50周)，則旋轉磁場在空間每秒也轉了50轉。所以兩極旋轉磁場每秒鐘的轉速為n1f1(rs)，每分鐘的轉速為n160f13000(rs)。既然一套mm。aa線圈通以二相交流電流產生一兩極旋轉磁場，那么沿定子圓周布置兩套m1m1，a1a1和m2m2，a2a2線圈通以二相交流電流之后既能產生一個4極旋轉磁場。由2.10就是這個二套線圈的布置圖。用上述方法同樣可以畫出幾個特定瞬時的二相繞組電流分布情況及所產生的合成磁場。這時，當電流變化一個周期（wt360）時，旋轉磁場只轉過半轉。因此4極旋轉磁場每秒的轉數僅為交流電流頻率數值的一半，即n1=f1(r/s)/2，每分鐘的轉速為n1=60f1/2=1500（r/min）。 推廣到任意極數P的定子繞組旋轉磁場轉速為n1=f1(r/s)/(p/2)或n1=f1*50/(p/2)=120f1/p(r/min）由于旋轉磁場轉速n1于交流電流頻率f1有上述固定關系，因此常把n1叫做做同步轉速。如果定子兩相繞組產生個2極逆時針旋轉磁場。這時，轉子繞組的導體與旋轉磁場之間便有了相對運動，轉子導體在磁場中切割磁力線時便產生感應電勢，因而可以用右手定則來確定轉子繞組導體中感應電勢的方向，如圖2.11所示。由于轉子繞組是閉合的，所以在感應電勢作用下，轉子繞組導體中便有電流通過。我們知道，通電的導體在磁場中要受到電磁力的作用，其方向可由左手定則確定圖2.11中，箭頭表示電磁力F的方向，電磁力作用于圓柱形轉子表面，從而產生電磁轉矩，電磁轉矩作用的方向與旋轉磁場的方向一致當電磁轉矩克服轉子的靜摩擦時，轉子就會沿逆時針方向轉動起來。 圖2.10 4極繞組分布 圖2.11 單相異步電動機工作原理如果定子上只有一相繞組，如圖2.12所示在一相繞組中通入交流電流后，盡管電流隨時間變化，且電機內產生的磁場也隨時間變比，但卻不能產生一個旋轉磁場。在轉子靜止時轉子繞組的導體中雖然也會感應電勢從而產生感應電流，并且這些電流與一相繞組在電機內產生的磁場作用也會產生電磁力，但是因為這些電磁力產生購轉處相互抵消，轉子上沒有受轉矩作用，所以轉子轉不起來，仍處于靜止狀態。 因此，一般來說，只有在定子上存在二相繞組并通入二相交流電流時，才能在電機的氣隙中產生旋轉的磁場，轉子才能轉動起來。但轉子轉動起來以后，即使定子上只有一相繞組通電，轉子卻仍能產生驅動轉矩，會使電機在一相繞組下繼續以一定轉速旋轉。圖2.12 一相繞組下的情況2.4 單相異步電動機的特點單相異步電機與三相異步電機相比較，其最大的不同，最主要的就是不對稱，三相異步電機是具有三相對稱繞組的電機，在外加三相電源對稱條件下，實現平行運轉，而單相異步電機則不然，供給它的是單相電源，為了使單相異步電機能夠具有或接近三相異步電機的運行性能，采取了種種措施，如電的，磁路的，空間位置上的不對稱。用這些不對稱來應付電源上的不對稱，這就是單相異步電機最本質的特點，分別介紹之。（1）電的不對稱：電的不對稱，就是在電路上的一些不對稱，對于僅有單相繞組工作的電機，即分相電機，是沒有辦法使它工作在平衡條件下的，性能上總是有所失的。對于具有兩相或三相繞組的電容電機，在單相電源條件下要它能實現平衡運行，就得要求各相電流在時間上要有相位差，這就需要各相回路參數不等，即電路不對稱才行，假如各繞組是對稱的，就應該通過外接移相電容元件（多是電容），來造成各回路的不對稱，通常都是將電容電機設計成不對稱的多相繞組，即各相繞組在槽形，槽數，匝數，線徑上不相同，再配以移相元件，使電機能在平衡的條件下運行。（2）空間位置的不對稱：單相異步電機的各相繞組在空間位置上并不像三相對稱電機那樣要求對稱分布，只要求在空間最佳位置放置繞組，以求得最佳的工作狀態。（3）磁路的不對稱： 對于那些功率甚小的單相異步電機，性能要求不高，但求結構工藝簡單，就宜采用多極的定子，集中的繞組，這樣繞線、下線方便，可以簡化制造工藝，又可利用它在氣隙中上的不等和磁路上的不稱來改善電機的運行性能。第3章 單相電容起動與運行電動機設計3.1 概 述單相電容異步電動機的副相繞組分相元件是電容器，如果此分相電容器在電機起動和運行時始終參與工作，則稱為工作電容，這種電機就稱為單相電容運轉異步電動機。如果分相電容除了工作電容器外，還并聯一個起動電容器，電機起動時，起動電容器和工作電容器同時參與工作，而當轉子起動到75-80同步轉速時，起動電容器由起動開關切離電源，僅留下工作電容器參與電機運行時的工作，則構成單相雙值電容異步電動機，又稱單相電容起動和運轉異步電動機。可見，在電機正常運行時，這兩種電機都只有一個工作電容器工作，其工作特性是完全相同的。只是在起動時，單相電容起動和運轉異步電動機因為還有起動電容器同時參與工作，而且其值一般比工作電容器大得多，所以，只要電容選擇得當，就可以獲得良好的起動性能。當然，經過合理選擇工作電容器，也可以得到與單相電容運轉異步電動機同樣良好的運行性能。通常，這兩種電機的主相繞組和副相繞組分別占有相同的定子槽數。但是，在一般情況下，主、副相繞組的匝數各不相等，是不對稱的兩相繞組，再加上副繞組回路又串接電容，主、副相繞組回路的阻抗不等，其中的電流也不相等是不對稱的兩相電流，所以，氣隙中的合成旋轉磁勢一般都是橢圓形的。單相異步電動機設計中應注意的有關問題：（1）主、副繞組用銅比例關系 在多數場合，電動機輸入功率的大部分分配在主相繞組中，此時如把過半數的槽分配給主繞組，往往可獲得較好的運轉性能。一般隨著電動機額定功率的下降，副繞組用銅量比例上升。在小容量電動機中，有時甚至需要讓副繞組用銅量超過主繞組。對電容起動與運行式單相異步電動機而言，副繞組用銅量比例比電容運轉電動機略小一些。（2）副繞組對主繞組的有效匝比a 電容運轉電動機的有效匝比a的去職范圍頗大：a=1-2。a值的選取原則有時是為了使電動機在正常運行點的氣隙磁場接近圓形磁場，有時則是為了使電容器的端電壓Uc接近電動機的運行電壓。有時，調整a值的目的純粹是為了使Uc接近于市售的電容器的標準規格所規定的電壓。因過高的a值會使起動轉矩下降，故電容起動與運行式單相異步電動機的a值上限，取決于啟動條件。（3）電容器端電壓Uc的計算 設主繞組電壓為U，副繞組的電壓為aU，且兩者時間上的相位差為90，則電容器端電壓為Uc=U式中 Uc電容器端電壓，單位V由于電容器已經標準化生產，設計電動計時，C的計算值與市售標準值不一定相等。如果所選用的標準電容值小于設計計算值，則實際的Uc值會比上式計算值略高。由上式可見，a的上限值也受Uc的限制。3.2 單相電容起動與運轉異步電動機的原理、特點及故障分析3.2.1單相電容運轉異步電動機的原理單相電容運轉異步電動機的接線圖如圖3-1所示。圖3.1單相電容運行電動機接線圖單相電容運轉異步電動機的定子具有主繞組和副繞組，它們的軸線的空間相位上相差90電角度，副繞組串聯一個工作電容器C（容量比電容器小得多）后，與主繞組并接于電源。它是在副相接以電容器與主相繞組并聯于電網上的一種電動機，由于它的副繞組始終要通電。所以，它不需要起動繼電器切除副回路。由于副繞組需長期運行，故副繞組與主繞組電密差不多，它的副繞組與電容器的選配，多是以工作時能有較好的性能指標為準則。副繞組串入電容器，考慮到長期工作的要求，應選用耐壓較高的聚丙烯金屬膜紙介電容器，容量較小，電容運轉單相異步電動機的起動性能，如電容起動的單相電動機，它的起動轉矩較低，起動電流也較大，電容電動機工作時，內部接迫害圓形磁場，因而效率與功率因數單繞組的異步電動機要高，且振動和噪音都比較低，因而房間空氣調節器的電動機多數是用單相電容運轉異步電動機，這種電動機不僅在起動時，而且在運行時也是一個兩相電機，所以運行時在氣隙中可以產生較強的旋轉磁場，提高了它的運行性能，因而它的功率因數、效率、過載能力都比電阻起動和電容起動單相電機要好得多。3.2.2 單相電容運轉異步電動機的特點單相電容電動機優點是：結構簡單、成本低廉、噪音小、只需單相交流電源供電。單相電容電機的缺點是：故障率較高，主要表現為電機嚴重發熱、轉動無力、啟動困難、燒保險絲等。3.2.3單相電容啟動異步電動機常見故障及原因分析故障1:電源正常，通電后電機不能啟動。原因是:1電機引線斷路；2主繞組或副繞組開路；3離心開關觸點合不上；4電容器開路；5軸承卡住；&轉子與定子碰擦。故障2:空載能啟動，或借助外力能啟動，但啟動慢且轉向不定。原因是:1副繞組開路；2離心開關觸點接觸不良；3啟動電容開路或損壞。故障3:電機啟動后很快發熱甚至燒毀繞組。原因是:1主繞組匝間短路或接地；主、副繞組之間短路；3啟動后離心開關觸點斷不開；4主、副繞組相互接錯；5定子與轉子摩擦。故障4:電機轉速低，運轉無力。原因是:1主繞組匝間輕微短路；2運轉電容開路或容量降低；3軸承太緊；4電源電壓低。故障5:燒保險絲。原因是:1繞組嚴重短路或接地；2引出線接地或相碰；3電容擊穿短路。故障6:電機運轉時噪音太大。原因是:1繞組漏電；2離心開關損壞；3軸承損壞或間隙太大；4電機內進入異物根據負載性質的不同，電容電動機基本有以下兩類（1）起動轉矩要求不高，單向，連續運行這類負載如：風機、風扇、空調器、磨床等。它們的阻力主要來自風或外加的負載，這類負載的起動阻力矩較小，而起動后，它的阻力矩因風葉的性質隨轉速的二次方增大，負載的斜率，會超過電機的機械特性在非穩定區的斜率，這樣，便能穩定運行在異步電機的各種轉速上，包括非穩定區間，應用于這類負載上的電機，可能把它的工件重點設計在輸出最大功率處，即接近于最大轉矩外，這種電機的