電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制方法的探討

張明金

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221140）

電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制方法的探討

張明金

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州 221140）

電容式單相異步電動機(jī)是使用最為廣泛的一種微型電動機(jī)，它不僅是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各行業(yè)上用作微型機(jī)械的動力，而且家用電器、小型電動工具也都用它來拖動。在使用時(shí)常需要電容式單相異步電動機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，對電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)控制方法及工作原理進(jìn)行了分析和介紹。

電容式單相異步電動機(jī)；正反轉(zhuǎn)控制；原理分析

電容式單相異步電動機(jī)是使用最為廣泛的一種微型電動機(jī)，它不僅是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各行業(yè)上用作微型機(jī)械的動力，而且在家用電器、小型電動工具中也得到了廣泛的應(yīng)用。電容式單相異步電動機(jī)根據(jù)電容工作的情況可分為：電容啟動式、電容運(yùn)行式和雙值電容式單相異步電動機(jī)。在使用電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)時(shí)，時(shí)常需要進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制。本文首先簡單介紹電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，然后對電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制方法及原理進(jìn)行分析研究。

1 電容運(yùn)行式單異步電動機(jī)簡介

1.1 電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的定子上有兩個(gè)繞組：一個(gè)稱為主繞組(或稱為工作繞組)，接線端子為1、2；另一個(gè)為啟動繞組(或稱為輔助繞組)，接線端子為3、4。兩繞組在空間相差90o，如圖1所示。其轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。

1.2 電容運(yùn)行式單異步電動機(jī)的工作原理

為了使單相異步電動機(jī)能自行啟動，在2、4兩端子之間接有啟動電容，如圖2所示。當(dāng)啟動繞組與電容器串聯(lián)時(shí)，利用電容器使啟動繞組中的電流在相位上比主繞組中的電流導(dǎo)前近90o，即由于啟動繞組串聯(lián)了電容器，使得在單相電源作用下，在兩繞組中形成了近似的兩相電流。

圖1 單相異步電動機(jī)的定子繞組

圖2 單相異步電動機(jī)的接線圖

兩相電流分別通入在空間互差90o的主繞組和啟動繞組中，在定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙中形成了旋轉(zhuǎn)磁場，分析過程如圖3所示。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體成為載流導(dǎo)體，在氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，受到電磁力的作用，對轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生了啟動轉(zhuǎn)矩，從而使單相異步電動機(jī)能自行啟動旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。

圖3 互差90o的兩相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場

在實(shí)際使用單相異步電動機(jī)時(shí)，有時(shí)需要進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制，如家用洗衣機(jī)中洗滌用的單相異步電動機(jī)，運(yùn)行中一般在30 s左右改變一次轉(zhuǎn)向等。

根據(jù)電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的主繞組和啟動繞組是否一樣，電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制分為兩種情況：一是兩繞組相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制，二是兩繞組不相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制[1-2]。

2 兩繞組相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制

當(dāng)電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的主繞組和啟動繞組相同時(shí)，電動機(jī)可以采用三端子接線也可以采用四端子接線。三端子接線時(shí)1、3為兩繞組的公共接線端，接交流電源的相線（L），2、4端子之間接啟動電容。四端子接線時(shí)1、3兩端短接在一起，接交流電源的相線（L），2、4端子之間接啟動電容，這兩種接線法實(shí)質(zhì)一樣。

如果交流電源的中線（N）接端子2，外部接線如圖4所示，這種接線電動機(jī)內(nèi)部接線與圖2所示接線圖相同，此時(shí)啟動電容與啟動繞組串聯(lián)，使啟動繞組中的電流導(dǎo)前主繞組中的電流近似90o，氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場為逆時(shí)針方向，如圖3所示，電動機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，假設(shè)此旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎D(zhuǎn)方向。

當(dāng)交流電源的中線（N）接端子4時(shí)，如圖5所示，這種接線電動機(jī)的內(nèi)部接線如圖6所示，此時(shí)啟動電容與主繞組串聯(lián)，使主繞組中的電流導(dǎo)前啟動繞組中的電流近似90o，同樣可畫圖分析得出，此時(shí)氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場與如圖3所示的方向相反，即為順時(shí)針方向，電動機(jī)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，設(shè)此時(shí)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榉崔D(zhuǎn)方向。

圖4 中線接端子2

圖5 中線接端子4

圖6 中線接端子4的內(nèi)部接線圖

當(dāng)主繞組和啟動繞組相同時(shí)，電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)質(zhì)上是交換主繞組和啟動繞組，使得主繞組中電流導(dǎo)前或滯后啟動繞組中電流近似90o。交換主繞組和啟動繞組手動控制電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)正反控制線路如圖7所示。

圖7 兩繞組相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制接線路圖

控制過程為：合上QS，當(dāng)開關(guān)S向上扳時(shí)，中線接于主繞組的端子2，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)開關(guān)S向下扳時(shí)，中線接于啟動繞組的端子4，電動機(jī)反轉(zhuǎn)[1，3]。

3 兩繞組不相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制

當(dāng)電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)的主繞組和啟動繞組不相同時(shí)，不能采用交換主繞組和啟動繞組的方法來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，應(yīng)采用交換其中一個(gè)繞組的首、尾端的接線方法來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。

假設(shè)通過交換啟動繞組的首、尾端來實(shí)現(xiàn)單相異步電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)啟動繞組的首端（3號端）交流電源的相線（L），尾端（4號端）經(jīng)過啟動電容接中線（N），此時(shí)接線與圖2所示接線相同，主繞組中的電流滯后啟動繞組中的電流近似90o，此時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，電動機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)啟動繞組的首端（3號端）交流電源的中線（N），尾端（4號端）經(jīng)過啟動電容接相線（L），此時(shí)主繞組中的電流方向不變，啟動繞組中的電流反向，主繞組中的電流與啟動繞組中的電流的相位差相應(yīng)變化了180o，主繞組中的電流導(dǎo)前啟動繞組的電流近似90o，此時(shí)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，電動機(jī)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。主繞組中的電流I主、啟動繞組中的電流I啟的相量圖如圖8所示。

圖8 主繞組、啟動繞組中電流的相量圖

交換啟動繞組的首、尾端實(shí)現(xiàn)電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)手動控制線路如圖9所示。

圖9 兩繞組不相同時(shí)正反轉(zhuǎn)控制接線路圖

控制過程為：合上QS1，當(dāng)QS2合于左側(cè)時(shí)，啟動繞組的首端接相線（L），尾端經(jīng)啟動電容接中線（N），電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)QS2合于右側(cè)時(shí)，啟動繞組的首端接中線（N），尾端經(jīng)啟動電容接相線（L），電動機(jī)反轉(zhuǎn)[3]。

4 結(jié)束語

在對電容運(yùn)行式單相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制時(shí)，首先檢測主繞組和啟動繞組的阻值，根據(jù)它們的阻值判斷主繞組和啟動繞組是否相同，然后采用相應(yīng)的方法來設(shè)計(jì)其正反轉(zhuǎn)控制線路。

［1］杜貴明，張森林.電機(jī)與電氣控制［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

［2］譚維瑜.電機(jī)與電氣控制［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］李明.電機(jī)與電力拖動［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

Single-Phase Capacitor Run Induction Motor Reversing Control Method

ZHANG Ming-jin
（Xuzhou Institute of Industry Technology，Xuzhou 221140，China）

Capacitive single-phase asynchronous motors are the most widely used kind of miniature electric motor，it is not only used for industrial and agricultural production in various industries on micro-mechanical power，and household appliances，small electric tools are also using it to drag.Often requires the use of single-phase induction motor capacitive forward and reverse.In this paper，positive inversion control method and work way of single-phase capacitor run induction motor are analyzed.

capacitive single-phase induction motor；positive inversion control；principle analysis

TM343.1

A

1009－9492(2014)02－0016－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.02.005

張明金，男，1963年生，江蘇徐州人，大學(xué)本科，副教授。研究領(lǐng)域：電工技術(shù)、電氣控制技術(shù)。已發(fā)表論文20篇。

(編輯：阮 毅)

2013－08－27