文档介绍：罩极电机设计指引
电机设计指引——罩极电机
1. 概述
罩极电机是微型单相感应电动机中最简单的一种,由于它具有结构简单,制造方便,成本低廉,运行可靠,过载能力强,维修方便等优点而被广泛地用于各种小功率驱动装置中。其缺点是运行性能和起动性能较差,效率和功率因子较低,一般用于空载或轻载起动的小容量场合。如电风扇、加湿机、空清机等。
2. 工作原理
一个没有罩极环仅有主绕组的电机,是没有起动转矩,在实际中是无法使用的,为了获得起动转矩,采用附图副绕组的措施。这个绕组不是靠外接电源供电,而是靠它与主绕组轴线间保持有θ<90°的偏角,见图1。主绕组通电后,其中一部分主磁通φm′会穿过这一短路环,感应电势产生电流,短路环则如变压器的副绕组一样,产生去磁通φk,与φm′合成后在罩极区间将是φs,最后决定了罩极环上的电势Ek,这样在主极与罩极的不同区间使有时间相位不同的φm与φs在脉振,构成了椭圆磁场,产生了起动转矩。在转子是闭路的条件下,转子就会起动。由于φm是超前φs的,磁场是从超前的磁通移向滞后的,所以电机的旋转方向是由主极移向罩极的顺时针方向。
图1 罩极电机的原理及矢量图
3. 技术指标及术语
技术指标
额定功率
额定电压
额定电流
额定转速
术语
效率
电机输出功率与输入功率之比。
功率因子 COSΦ
电机输入有效功率与视在功率之比。
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起动扭力Tst
电机在额定电压,额定频率和转子堵住时所产生的扭力。
最大扭力Tmax
电机在额定电压,额定频率和运行温度下,转速不发生突降时产生的最大转矩。
噪音
电机在空载稳态运行时A计权声功率级dB(A)。
振动
2 电机在空载稳态运行时振动加速度有效值(m/s)。
4. 基本结构
罩极电机是结构最简单的一种单相电动机,其结构可以分为两类,一类是隐极式,从外形来看,定转子均匀开槽,转子为鼠笼式。定子上有主绕组和自行闭路的副绕组或称为罩极绕组。两绕组可以做成等线圈式,也可以分别做成正弦绕组。不过两绕组要不成正交的安放,即绕组轴线间夹角小于90度。它的定子上有主副两套绕组,但其主绕组大多采用集中绕组形式,副绕组则是一个置于局部磁极上的短路线圈,即罩极线圈(也称短路环)。这类电机又可以分为两种,一种如图2(a)、(b)所示的圆形结构,它的定子可明显的看出凸极型式。主绕组套在磁极上,罩极环则嵌于磁极一角,且多为一个。另一种是方形结构,铁芯如变压器一样,见图2(c),主绕组背套于一根铁心柱上,磁极与转子则在铁芯的另一根柱上,在磁极一角多放两个罩环。在罩极电机中,只要设法产生旋转的气隙磁场,电机就有自起动能力,并可正常运转。在罩极电机中,定子主副绕组、轴线在空间非正交安置,并为了改善罩极电机的性能,采用了各种措施,如阶梯气隙、磁桥等,出现了磁的不对称,又因副绕组中的电流是靠主绕组感应产生的,造成了电的不对称,分别产生时间和空间相位都不相同的磁势,合成为一个类似旋转磁势的运动磁势,它在空间建立的运动磁场与转子相互作用,就可以使之起动和运转。
5. 特性分析
罩极电机效率是偏低的,仅在=5~30%之间,因此多用在小功率驱动中。
罩极电机的主、副相电流变化均不大,故多以电机不动时的电流来计算它的损耗和温升。所以罩极电机
会在堵转时运行也不至发生问题,运行可靠是它的最大有点。
罩极电机的起动和最大转矩倍数规定为T*st=,T*max=,均属偏小。因此,罩极电机主要用于对
起动转矩要求不高的地方。
罩极电机经特殊设计,可以在两个方向上旋转。这样的罩极电机磁极在两个极尖上都开有放罩极绕组的
槽口。根据需要闭合一个罩极绕组,电机就在那个方向旋转。
罩极电机可以像单相异步电机那样采用降压或抽头调速。绕组抽头调速的电机,就是在电机的绕组上附
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加多绕些调速线圈。把这些调速线圈串入回路连于电源上去时,如同电机回路中串入一个电抗一样。达到了降速的目的。
6. 结构因素对性能的影响
磁桥(磁分路片)
磁桥的作用是改善气隙的磁通分布,改善电机的机械特性,引入磁桥是故意增大极间漏磁,虽然低了激磁电抗,使激磁电流增大,最小转矩减小,但由于磁桥磁通Φb不与转子匝链,从而增加了主、副绕组的互磁通,使一个极下的气隙磁通由矩形变为梯形,如图3(d)所示,从而减小了谐波分量。
图3
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磁桥对电机性能的影响可阐述如下: