(已结束)电源电器擂台第四十四期－－单相电机与三相电机的差别 点击：4655 | 回复：27
本期擂台题为：
日常工作中，除了直流电动机以外，最常用的交流电机有单相电机
及三相电机，均有自己的特点和应用场合.
请简述：
1、单相交流感应电动机与三相交流异步电动机的启动过程的差别。
2、单相电机的脉动磁场与三相电机中一相的磁场差别。
请针对以上要求进行阐述，其中阐述得最详细的、原创最多的，作为一等奖。
工控电力电源擂台每周一期，本期7月9日评奖。奖项设置：
一等奖1名：50MP，二等奖5名：10MP，三等奖10名：30积分。
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单相交流电动机的旋转原理单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。
单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动.
异步电动机定子上有三相对称的交流绕组，三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场
转子绕组的导体处于旋转磁场中，转子导体切割磁力线，并产生感应电势，判断感应电势方向。 转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。 电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。
一般的三相交流感应电动机在接通三相交流电后，常规的结构元素，电机定子绕组通过交变电流后产生旋转磁场并感应转子，与时钟速度无关。从而使转子产生电动势，传统信号发生器大多由模拟电路构成，并相互作用而形成转矩，通过QuartusⅡ软件编写Verilog HDL源程序，使转子转动。但还包含一些其它因素。但单相交流感应电动机，3 结语本文针对SAR图像，只能产生极性和强度交替变化的磁场，这些频域同步算法和FPGA电路能够满足多载波传输系统的同步要求。不能产生旋转磁场，诺基亚、中兴、LGE、三星、Hyundai。因此单相交流电动机必须另外设计使它产生旋转磁场，必须为高功率放大器的电源单独走一条尽可能宽的大电流线，转子才能转动，经过总体设计、PCB板设计与实现、代码设计、仿真与下载，所以常见单相交流电机有分相启动式、罩极式、电容启动式等种类。
三相电机会自动产生旋转的磁场。但是，当供电系统为单相时，则需要用其他的方法来产生旋转磁场.
三相异步电机转子线圈中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动而产生的。三相异步电机的转子转速不会与旋转磁场同步，更不会超过旋转磁场的速度。如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速成大小相等，那么，磁场与转子之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，因此转子线圈中也就不会产生感应电势和电流，三相异步电机转子导体在磁场中也就不会受到电磁力的作用而使转子转动。因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速。
单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。
在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3－－1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。
三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场，三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道，但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的，三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度，这样，当在定子绕组中通入三相电源时，定子绕组就会产生一个旋转磁场，电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周，即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为：n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是：每分钟转数。根据此式我们知道，电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关，为此，控制交流电动机的转速有两种方法：1、改变磁极法；2、变频法。以往多用第一种方法，现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。
单相感应电动机的定子绕组并非只有一相绕组，因为这样的电动机并不能产生起动转矩。为了产生起动转矩，单相感应电动机定子上必须安放两个绕组，一个为工作绕组（也称主绕组），另一个为起动绕组（也称副绕组），转子与其他电机完全一样。当定子绕组接到单相交流电源上时，在气隙中便产生旋转磁场，依靠电磁感应作用，使转子绕组产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩，以实现电能到机械能的转换。也就是说，单相感应电动机也有两套在空间相差90°电角度的绕组：一个为工作绕组，另一个为起动绕组。两个绕组回路的参数不同，因此，将这两个绕组并联后接到单相电源上。将在两个绕组中流过不同相位的电流。这时相当于两相交流电动机的不对称运行情况。将在气隙中产生椭圆形旋转磁场，将这一磁场分解为二个旋转方向相反的圆形旋转磁场F+和F-，由于其幅值不等，故而产生的转矩也不等，且T+>T-,所以电机能正常起动。当工作绕组通以单相交流电流 i=√2Icoswt 时产生磁势，这是一个单相脉振磁动势：f(x,t)=F/2COS(x-wt)+F/2COS(x+wt),其特征是磁动势的轴线在空间固定不变，但各点磁动势的大小随时间而变化。由此可以得到一个重要结论：一个空间按正弦分布，振幅随时间作正弦变化的脉振磁动势，可以分解成两个转速和幅值相等，转向相反的圆形旋转磁动势，每一个圆形旋转磁动势的幅值为原有的脉振磁势幅值的一半。
将感应电动机按其额定的接法，定转子回路不串任何阻抗，直接投入额定电压、额定频率的电网，使之从静止状态开始转动直至稳定运动。这种起动方法叫做直接起动，这时的起动性能称为固有起动特性。
三相电机中一相磁场：a。单相绕组的磁动势沿气隙圆周方向的分布是一个非正弦的阶梯形波。它可以分解出沿气隙圆周作正弦分布的基波磁动势和一系列奇次的谐波磁动势。随着谐波次数的增高，谐波磁动势的幅值迅速减小；b。当绕组中电流是随时间作正弦变化的交流电时，单相绕组的磁动势是一个在空间上的位置固定不动而其大小及正负随时间交变的脉振磁动势。基波与各次谐波磁动势都以同一个电流的频率而脉振；c.单相绕组基波磁动势幅值的位置与该相绕组的轴线相重合；d。单相脉振磁动势的基波最大振幅为
原理：
1、电能产生磁
2、变化的磁产生电
3、磁场中带电的导体产生力
4、交流电机依靠旋转磁场产生旋转
擂台简述：
1、电机的三相定子绕组各相差120度电角度，通入三相交流电后，电机流过的是相位互差120度的三相电流，能产生旋转磁场，从而产生力矩让电机转动。
2、单相感应电动机有两套在空间相差90°电角度的绕组：一个为工作绕组，另一个为起动绕组。绕组通电之后，主绕组与副绕组没有电位角差，产生一个强弱和正负不断变化的交变脉动磁场，这磁场没有旋转性质。为克服不能自行起动的缺点，以三相交流电旋转磁场的方法使单相电源分裂为两相，副绕组串入一个电容，使两个饶组中的电流产生近于90゜的相位差，从而产生旋转磁场，使电机旋转。
单相电机启动原理：
用单相电容式电机说明：单相电机有两个绕组，即起动绕组和运行绕组。两个绕组在空间上相差90度。在起动绕组上串联了一个容量较大的电容器，当运行绕组和起动绕组通过单相交流电时，由于电容器作用使起动绕组中的电流在时间上比运行绕组的电流超前90度角，先到达最大值。在时间和空间上形成两个相同的脉冲磁场，使定子与转子之间的气隙中产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下，电机转子中产生感应电流，电流与旋转磁场互相作用产生电磁场转矩，使电机旋转起来。
三相异步电机启动原理：
三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来。
单相电机的脉动磁场：
单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
三相异步电机的旋转磁场：
三相电机的合成基波磁通势是一个在空间随时间变化的正弦波，是三个单相基波磁通势的合成。
单相基波磁通势分别为
fA1=FΦ1*cos ωt*cosθ
fB1=FΦ1*cos (ωt-120)*cos(θ-120)
fC1=FΦ1*cos (ωt-240)*cos(θ-240)
合成后的磁通势为
f1(θ,ωt)=fA1+fB1+fC1=F1*cos(ωt-θ)
其中θ为电角度，是跟极对数有关的一个量，代表定子圆周分布位置的一个量。ωt决定θ所在位置磁通势的大小与方向。二者合起来既是圆周上磁场随时间变化的情况。
220V交流单相电机起动方式大概分一下几种：
第一种，分相起动式，如图1所示，系由辅助起动绕组来辅助启动，其起动转矩不大。运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇,空调风扇电动机，洗衣机等电机。
第二种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。起动绕组不参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继续动作。
第三种，电机静止时离心开关是接通的，给电后起动电容参与起动工作，当转子转速达到额定值的70%至80%时离心开关便会自动跳开，起动电容完成任务，并被断开。而运行电容串接到起动绕组参与运行工作。这种接法一般用在空气压缩机，切割机，木工机床等负载大而不稳定的地方。
三相电机的起动方式
1、 直接启动直接启动的优点是所需设备少，启动方式简单，成本低。电动机直接启动的电流是正常运行的5倍左右。
2、 用自偶变压器降压启动采用自耦变压器降压启动，电动机的启动电流及启动转矩与其端电压的平方成比例降低，相同的启动电流的情况下能获得较大的启动转矩。
3、 Y－△降压启动定子绕组为△连接的电动机，启动时接成Y，速度接近额定转速时转为△运行。
4、 转子串电阻启动绕线式三相异步电动机，转子绕组通过滑环与电阻连接。外部串接电阻相当于转子绕组的内阻增加了，减小了转子绕组的感应电流。
5、 软启动器软起动器是一种集电机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置，国外称为Soft Starter。
6、 变频器通常，把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。
单相异步电动机中的磁场与三相异步电动机中的旋转磁场不同。
振幅为Bm的一个单相交变脉动磁场，可以分解成幅值恒定（等于 Bm）、转速为同步转运(n0= 转/分)、但转向相反的两个旋转磁场。因此由单相异步电动机的定子绕组产生的单相脉动磁场分解为幅值相等(都等于脉动磁场振幅的一半)、转速相同(都为同步速)、但转向相反的两个波幅恒定的旋转磁场 和 ，即： = = Bm
在t=0时，两个旋转磁场的磁感应强度矢量 和 相反, 故其合成磁感应强度B=0。到t =t1时， 和 按相反方向各自在空间转过ωt1角度，故其合成磁感应强度：
B= sinωt1＋ sinωt1=2× sinωt1= Bmsinωt
由此可见，在任何瞬时t,合成磁感应强度应为：B= Bmsinωt
单向异步电动机和三相异步电动机是电机中的一类，其都是通过电机内部的电磁感应把电能转换为机械能的一种设备，因为单向电机运转时需要一相电源其于人们生活中的生活用电相同因此在生活中得到大量的应用，三相电机所用电源为380的交流电，通俗说叫动力电在工业生产中得到大量应用。
不管是单相电机还是三相电机其内部都是通过旋转磁场的矢量和不为零使转子产生感应电动势产生转矩，致使转子旋转。单向电机由于通入的是单项交流电其是一个上下对称的正弦交流电因此其合成的磁场为零，因此转子的转矩也为零，因此正常时候是无法启动的，这就需要内部的磁场的矢量和不为零，只要让转子旋转起来即可，那么只要在外部作用到转子上一个力是转子旋转，那么电机内部就会产生一个不为零的转子转矩使转子持续旋转下去。如同拖拉机的摇把只要柴油机运转后其就可以除掉。
要使电机内部磁感应强度不为零可以通过外力使转子旋转但是这样的方法不安全，于是通过在定子中设置一个启动线圈来时转子的转矩不为零，这个就是启动线圈。因为电机所有电源为单相电，因此必须通过电路使这个单相电产生相移，这样才能够在电机内部产生矢量不为零的转矩，日常应用最多的就是通过电容分相来实现电源移向，把移向产生的电源通入到启动线圈中，于原先电源的运作线圈产生的合成磁场不为零，使转子旋转。这样的方法有多种，有电容启动后切出启动线圈的方法，有两个电容并联启动后切出一个电容的方法，有电容启动后一直运行的方法，不管哪种方法其目的就是使电机启动过程中内部有一个不为零的转矩。
三相异步电动机内部有三相电源虽然其相互作用产生的合成磁场不为零，因此转子的转矩不为零，所有电动机能够直接启动，考虑到三相电机功率较大及带负载的情况其启动电流很大，如果在频繁启动的情况下因启动的大电流会造成电机发热绝缘损坏，再者还会造成母线压降过大影响其他设备的运行，因此其使用了降压启动方式来减少启动电流，其启动方式于电动机能否运转无关。
如果三相异步电动机在启动时有一路失电，那么电动机就变成了380V的单相电源，电机定子内电源产生的磁场作用到转子上的转矩为零，因此转子不会旋转，电机不能启动，消耗的电能全部转换为热能时间长久损坏绝缘，其就是一个普通的单相异步电动机，这个时候若通过外力使转子旋转，电机也能启动但是其带负载能力下降，如果还是在额定功率下运行就会造成过流，引起电机发热甚至烧毁。
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