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(zhuǎn)子是普通鼠籠型的。本文是一篇工業(yè)設(shè)計論文范文，主要論述了單相異步電容運轉(zhuǎn)電機電容的匹配研究。

　　[摘 要]本文介紹了單相異步電容運轉(zhuǎn)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(dǎo)及應(yīng)用舉例說明啟動運轉(zhuǎn)運行電容的一種選型方法。

　　[關(guān)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(dāng)單相正弦電流通過定子繞組時，定子就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)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(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，這兩個磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電機無法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)用外力使電機向某一方向旋轉(zhuǎn)時，這時轉(zhuǎn)子與順時針旋轉(zhuǎn)方向的磁場間的切割磁力線運動變小，轉(zhuǎn)子與逆時針旋轉(zhuǎn)方向的磁場間的切割磁力線運動變大，樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來。要使單相電機能自動旋轉(zhuǎn)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)，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(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電機轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流與旋轉(zhuǎn)磁場互相作用產(chǎn)生電磁場轉(zhuǎn)矩，使電機旋轉(zhuǎn)起來。

　　(2)在運行中電容能提高電機效率和功率因數(shù)。

　　3.單相電容運轉(zhuǎn)電容的匹配

　　單相電機運轉(zhuǎn)過程中形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場，不僅與副相繞組的電容量的選擇有關(guān)系，另外與主副繞組的匝比有很大的關(guān)系。因此單相電機運轉(zhuǎn)性能的磁場的圓度主要兩個因素就是串聯(lián)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(dǎo)

　　由電機學(xué)的原理可知，單相電容運轉(zhuǎn)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(shù)比;Wm、Wa為主繞組、副繞組的匝數(shù);Km、Ka為主繞組、副繞組的繞組系數(shù);對于一般的電動機可視為兩者相等。

　　從電機的設(shè)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(shù)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(yīng)該滿足Uc>Un(Un為額定電壓)，當(dāng)Un=220V時，可選Uc=400V;當(dāng)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(zhǔn)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(dāng)電流接近計算值Ia時，其電容量就是所需要的。

　　(3)應(yīng)用舉例

　　電機額定數(shù)據(jù)為：Pn=750W，Un=220V，In=6.77A，主副繞組的匝數(shù)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(yīng)的副繞組電流情況如表1所示。

　　從表中可以看出，當(dāng)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(shù)比>1的單相電容電機的改造情況。額定數(shù)據(jù)為Pn=180W，Un=220V，In=2.25A，主副繞組的匝數(shù)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(dāng)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(jù)設(shè)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(jié)果如下：

　　從匹配結(jié)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(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)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(xué)[M].北京：中國電力出版社，2009.

　　[2] 戴文進.電機設(shè)計.[M].北京：清華大學(xué)出版社，1998.

　　工業(yè)設(shè)計論文發(fā)表期刊推薦甘肅科技縱橫是由市科技情報所主辦的《甘肅科技縱橫》雜志，其前身是1971年創(chuàng)刊的《蘭州科技情報》。由于受計劃經(jīng)濟模式的約束，靠國家有限的財政撥款， 刊物質(zhì)量停滯不前。為此，市科技情報所提出運用文化市場規(guī)律經(jīng)營雜志，創(chuàng)蘭州科技期刊品牌的目標(biāo)，采取多種措施使雜志獲得新生，并進入良性盈利循環(huán)。