單相電機一般是指用單相交流電源（AC220V）供電的小功率單相異步電動機。這種電機通常在定子上有兩相繞組，轉子是普通鼠籠型的。本文是一篇工業設計論文范文，主要論述了單相異步電容運轉電機電容的匹配研究。

　　[摘 要]本文介紹了單相異步電容運轉電容電機的原理，從電機啟動方面，說明了單相電機電容的作用，并通過公式推導及應用舉例說明啟動運轉運行電容的一種選型方法。

　　[關鍵詞]電容匹配,異步電機,交變磁場。

　　1.引言

　　單相電機一般是單相交流電源供電的小功率異步電動機。通常在定子上有兩相繞組，當單相正弦電流通過定子繞組時，定子就會產生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規律變化，但在空間方位上是固定的，又稱作交變脈動磁場。可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉磁場，當轉子靜止時，這兩個磁場在轉子中產生兩個大小相等、方向相反的轉矩，使得合成轉矩為零，所以電機無法旋轉。當用外力使電機向某一方向旋轉時，這時轉子與順時針旋轉方向的磁場間的切割磁力線運動變小，轉子與逆時針旋轉方向的磁場間的切割磁力線運動變大，樣平衡就打破了，轉子所產生的總的電磁轉矩將不再是零，轉子將順著推動方向旋轉起來。要使單相電機能自動旋轉起來，在定子中加上一個起動繞組，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產生旋轉磁場。

　　圖1中主繞組電流Ia總是滯后電壓U1一個角度θa，副繞組中串接電容后，當容抗大于繞組自身的感抗，Ib將超前U1一個角度θb，電容器選擇適當，可以是Ib超前Ia 90°的電角度。

　　2.電容的功用

　　(1)電機啟動的功能

　　在時間和空間上形成兩個相同的脈沖磁場，使定子與轉子之間的氣隙中產生了一個旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，電機轉子中產生感應電流，電流與旋轉磁場互相作用產生電磁場轉矩，使電機旋轉起來。

　　(2)在運行中電容能提高電機效率和功率因數。

　　3.單相電容運轉電容的匹配

　　單相電機運轉過程中形成圓形旋轉磁場，不僅與副相繞組的電容量的選擇有關系，另外與主副繞組的匝比有很大的關系。因此單相電機運轉性能的磁場的圓度主要兩個因素就是串聯在副相繞組中電容量的選擇以及主副相繞組匝比的確定。

　　(1)運行電容的公式推導

　　由電機學的原理可知，單相電容運轉電機的主繞組的額定運行電流Im為電機額定電流In的1/，即

　　Im=1/In

　　副繞組的額定運行電流為：Ia=KIm

　　其中K=為主繞組與副繞組的有效匝數比;Wm、Wa為主繞組、副繞組的匝數;Km、Ka為主繞組、副繞組的繞組系數;對于一般的電動機可視為兩者相等。

　　從電機的設計與實際運行情況來看，K的取值范圍一般為0.6～0.9，少數情況下K>1(此時副繞組的線徑大于主繞組的線徑)。串入副繞組的運行電容為

　　C=(uF)

　　式中，f為電源頻率;Uc為電容額定電壓，應該滿足Uc>Un(Un為額定電壓)，當Un=220V時，可選Uc=400V;當Un=380V時，可選Uc=630V。

　　(2)運行電容的試驗確定

　　實驗前，首先按計算出的電容量，選取0.7～1.5倍容量的電容器若干，試驗時把電流表接入副繞組，再把準備的電容按容量大小分別串入副繞組，讓電機實際負載運行，讀取副繞組中電流，當電流接近計算值Ia時，其電容量就是所需要的。

　　(3)應用舉例

　　電機額定數據為：Pn=750W，Un=220V，In=6.77A，主副繞組的匝數比Wm/Wa=90/120，原配啟動電容C=150uF。為了增大電動機的出力，給副繞組選配一個運行電容。

　　1)計算電容量

　　Im=In/=6.77/=4.79A

　　K===0.75

　　Ia=KIm=0.754.79=3.59A

　　額定電壓Un=220V，選Uc=400V，則

　　C===28.57uF

　　2)試驗確定電容量

　　按照0.7～1.5倍的計算考慮，選取容量為20～40uF的電容量共8只，分別接入副繞組進行負載試驗，各電容與對應的副繞組電流情況如表1所示。

　　從表中可以看出，當C=35uF時，Ia=3.6A與計算值接近，因此選配35uF/400V的電容作為運行電容。實測電動機的輸出功率增大到980W。

　　再舉例一個繞組有效匝數比>1的單相電容電機的改造情況。額定數據為Pn=180W，Un=220V，In=2.25A，主副繞組的匝數為Wm=696，Wa=408，原配啟動電容為C=150uF，選配運行電容的情況如下，計算電容量如下：

　　Im=In/=2.25/=1.59A

　　K===1.71

　　Ia=KIm=1.711.59=2.71A

　　選電容器的額定電壓Uc=400V，則

　　C===21.57uF

　　1)試驗確定電容量

　　同樣按0.7～1.5倍的計算電容量考慮，選取了一些電容進行試驗，當C=27uF時，Ia=2.72A，于是可以選配27uF/400V的運行電容，并實測電動機的輸出功率增大到240W。

　　再舉例驗證下目前用的電機的電容的合理性;

　　電機型號：PG30E，根據設計，匝比為K=0.99(600/605)，額定功率Pn=30W，額定電流In=0.4A，Ia在整機上配3uF時實測約0.29A;

　　計算：Ia=KIm=10.4/=0.283A

　　C=2.25uF

　　整機上通過更換電容，測試結果如下：

　　從匹配結果看，只有選擇3uF時，副相繞組電流為0.29A是最接近于實際理論計算值0.283A，因此選擇3uF可以最好的保證電角度。

　　單相電容電機中運行電容起著電流分相的作用，如果電容選得過小，則會使電動機的轉速降低，轉矩減小，功率和效率都達不到正常值;如果電容選得過大，則又會使副繞組的電流增大，電機的溫升高，噪音增大，影響電機的壽命。

　　參考文獻

　　[1] 胡虔生.胡敏強 電機學[M].北京：中國電力出版社，2009.

　　[2] 戴文進.電機設計.[M].北京：清華大學出版社，1998.

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