異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)基礎(chǔ)知識(shí)

崔鐘鳴 張志成 沈陽(yáng)工學(xué)院 信息與控制學(xué)院

單相異步電動(dòng)機(jī)從電流的角度講是指通過(guò)異步電動(dòng)機(jī)的電壓由單相交流電源提供。在與其他電機(jī)對(duì)比的前提下單相異步電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上看相對(duì)而言比較簡(jiǎn)單，在工業(yè)制造中成本也比較低，在投入運(yùn)行時(shí)噪聲非常的低，運(yùn)行也非常的可靠。

1 單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組側(cè)為勵(lì)磁繞組也稱為主繞組，該繞組是單相繞組并通入電流形成一相定子繞組單相異步電動(dòng)機(jī)。在研究定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙時(shí)給勵(lì)磁繞組通入單相交流電（ac）將會(huì)形成脈動(dòng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的振幅位置將被固定在空間相對(duì)位置其振幅大小將隨著正弦規(guī)律變化這就是隨時(shí)間變化的正弦定理產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)。單個(gè)脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)可以由一個(gè)正轉(zhuǎn)一個(gè)反轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)組成，這兩個(gè)磁動(dòng)勢(shì)在幅值上大小相等并且在數(shù)值上是脈動(dòng)磁動(dòng)勢(shì)大小的一半其轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反，從而生成兩個(gè)磁場(chǎng)一個(gè)為正向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)另一個(gè)為反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)統(tǒng)稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)。

單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)提供給電源時(shí)會(huì)生成上述的兩個(gè)磁場(chǎng)，也會(huì)使單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)形成兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩最終合成一個(gè)單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)通電后會(huì)使異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，生成正方向的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)方向的電磁轉(zhuǎn)矩，該二者的電磁轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性變化與三相異步電動(dòng)機(jī)一致，曲線特性如圖1所示。

圖1 特性曲線

圖中曲線1為正電磁轉(zhuǎn)矩T+，曲線2為負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩T-，二者的轉(zhuǎn)差率為如下公式：

單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線為3曲線且正電磁轉(zhuǎn)矩被稱為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩、負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩被稱為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩并具有以下特點(diǎn)：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)n=0,正電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩且機(jī)械轉(zhuǎn)矩為零，說(shuō)明在一通電時(shí)單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零所以不能進(jìn)行自行啟動(dòng)。當(dāng)n>0時(shí)且為正電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)機(jī)械特性處在一象限，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)為正轉(zhuǎn)拖動(dòng)特性；當(dāng)n<0時(shí)且為負(fù)電磁轉(zhuǎn)矩時(shí)機(jī)械特性處在二象限，此時(shí)的電動(dòng)機(jī)為負(fù)轉(zhuǎn)拖動(dòng)特性。由于單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)存在反向電磁轉(zhuǎn)矩在一定的條件下起制動(dòng)作用，所以相比其他類型異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力非常低、效率也極低。

2 單相異步電動(dòng)機(jī)的類型及啟動(dòng)方法

由上述可知單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)是不能自行啟動(dòng)的，如果通過(guò)改變定子繞組上的繞組相對(duì)位置使其空間上相位相差90度然后在通入相位上相差90度的正弦交流電，這樣在形式上模仿了三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)從而達(dá)到自行啟動(dòng)。此種模仿方式具有以下兩種情況。

單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組可以分為兩套繞組，一組繞組單相主繞組通常被稱為工作繞組，另一組是單相副繞組俗稱輔助繞組，兩個(gè)繞組參數(shù)基本一致和相對(duì)位置空間差異90度，然后通入兩個(gè)之間的相位差90度正弦交流電（ac）可以實(shí)現(xiàn)單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的控制，該控制方法稱為單相分相式異步電動(dòng)機(jī)。單相單繞組異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)類型可以由凸極式構(gòu)成，凸極式的定子繞組由鐵心與繞組集中纏繞而組成形成磁極，并在該磁極處適當(dāng)位置進(jìn)行開(kāi)槽放入短路環(huán)與用鼠籠型結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子相結(jié)合形成單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)。

3 單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與單相運(yùn)行

單相異步電動(dòng)機(jī)的為了符合不同環(huán)境的需求對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速也有著不同要求，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多最常見(jiàn)的是串電抗調(diào)速，此種方式是通過(guò)串入電抗器使其對(duì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)端電壓調(diào)節(jié)而影響速度。三相異步電動(dòng)機(jī)因某種情況造成定子側(cè)一相無(wú)電流，此時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于單相異步電動(dòng)機(jī)并處于單相狀態(tài)。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)在星形啟動(dòng)時(shí)斷了一相，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)；若在三角形聯(lián)結(jié)下時(shí)斷了一相并且為空載狀態(tài)，則可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)并在一定程度上充當(dāng)了單相異步電動(dòng)機(jī)單相運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

異步電動(dòng)機(jī)作為社會(huì)在大功率電子器件中的主要需求，廣泛應(yīng)用于交流調(diào)速系統(tǒng)中，在一定程度上適用于異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能和經(jīng)濟(jì)性可與直流電機(jī)進(jìn)行比較異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率高，機(jī)械性能好。并派生成各種各樣的設(shè)備供給不同環(huán)境條件使用，因此對(duì)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的方式、基礎(chǔ)知識(shí)的了解有著重要的意義。

[1]羅勝華，蔣燕，陳文明.鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)研究及仿真 [J] 2015（9）：33-34.

[2]穆素祥.異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法分析 [J] 2011（6）：50-52.