对于单相电容异步电动机起动转矩的试验分析与其控制办法研究

对于单相电容异步电动机起动转矩的试验分析与其控制办法研究

沈静文

珠海格力电器股份有限公司 广东珠海 519000

【摘要】:单相异步电机在日常生活中，应用广泛，但在实际设计使用时，不同的加工工艺极易引起电机起动转矩的波动，导致电机发生异常，影响使用，因此对其进行研究，通过对不同影响因素下的电机进行起动转矩试验，提出针对性解决方法，帮助改善电机的起动性能，促使电动机能够在更多的技术领域得到广泛的应用。

【关键词】：单相电容异步电动机；启动转矩试验；控制办法

1. 概述

单相电容异步电动机主要是使用交流电源进行运转，由于操作便捷，使用领域较为广泛，经济成本较低，工作时所产生的噪音较弱，具有较多的技术优势。根据电动机运转性能，对单相电容异步电机进行划分，可以分成电容类、电阻类，以及罩极类几种类型。 前期针对客户需求，设计并完成两款单相电容转转异步电机，在送样过程中，出现起动能力差，起动不稳定，起动时出现晃动及异常声音，针对该问题，对电机进行起动能力影响因素进行分析，保证后续电机设计时能够及时规避，避免电机返工。 本文对单相电容异步电动机在小型水泵上的应用进行分析，在实际生产过程中，受到加工中的多种影响，对所产生的实际转矩变化范围较大的情况，对起动转矩的影响因素进行分析，研究能够解决控制转矩波动的方法和措施，促进单相电容异步电机的性能得到进一步提升[1]。

2. 起动转矩波动分析

一般情况下，单相电容运转异步电机主、副绕组分别占有相同的定子槽数，但是，其主、副相绕组回路的匝数各不相同，是不对称的两相绕组，再加上副绕组回路又串接电容，主、副相绕组回路的阻抗不等，是不对称的两相电流，因此气隙中的合成旋转磁势一般都是椭圆形的。若想电机运行特性好，则需要获得圆形旋转磁场，但是对于不同的转子转速，获得圆形旋转磁场的对称条件在数值上是不相等的，换句话说，电机可以在处于对称条件下运行，获得较佳的工作特性，但在另一转速如起动或负载改变的非额定转速时，电机就不可能处于对称条件，此时的特性就会差，对于单相电容运转异步电动机来说，额定时的工作特性虽可获得最佳，但其起动性能必要较差。 因此若想得到较好的工作性能，并且满足起动要求，设计时需对两者进行平衡。 本文以水泵用单相电容异步电机的起动转矩波动进行研究，计算两台水泵的单相电容异步电机的起动转矩的最低值和标准转矩值，如果数值的范围在标准范围内，就说明样机属于合格产品[2]。

2.1理论分析

水泵中的电机起动转矩，能够根据公式得出具体数值。单相电容异步电机的转矩波动，与设计时的参数有较大关系。（1） 电机匝比，当电容C不变而K值增大，即相对增加副相绕组的有效匝比时，主、副相绕组中的电流随之减少，由此导致起动转矩和输出转矩减少，此时，为保证仍能接近于对称条件，应增加电容C的值；（2）电容。电容C增大后，起动转矩增大，但电机的起动电流、运行时的副相绕组电流等也相应增大，产品成本增加，且起动转矩的增大有一定限度，所以电容C值应根据具体情况适当选取，不宜过大；（3）端环高度。适当增加增加电机的R2m即转子电阻，达到提升起动转矩的目的；（4）气隙。改变电机气隙，如增大电机气隙，电机起动电流将增加明显；因此适当增大电机气隙，能有效增加电机起动转矩。

除此之外，与生产原料和加工方法有紧密的关系[3]。（1）电阻因素。转子的加工材料选择合金铝，这一材料在生产时，对电阻率的影响应不能大于百分之四。生产过程中，材料相同，加工环节也会由于技术操作，混合进入其他的杂质，对转子的电阻率产生影响。生产加工时，当转子的电阻率为百分之二十内的范围内波动，考虑是生产加工环节材料造成。（2）主相电流因素。定子和转子在加工时，在气隙上存在着一定程度的公差，这就直接影响到产品的加工，使转矩存在着一定的误差。当对定子与转子进行运算时，可以得出实际的最小气隙数值与最大气隙数值，对最小数值与最大数值进行判断，当数值在0.32mm-0.25mm范围内为正常数值范围。当定子与转子的内径受到加工时工艺影响产生变化时，会造成产品转矩误差，当误差过大时，就会产生不合格产品[4]。（3）副相电流因素。我国在电器的加工生产方面，对实际误差的范围规定为百分之五。在实际的起动时，当副相电流降低就会使转矩产生变化。

2.2试验分析

在采用单相电容异步电机结构的水泵产品中，选择出符合试验标准的作为样机。分别对不同的影响因素进行试验研究。按照科学合理的对比试验，来得出试验结论。如表1所示[5]。

表1

2.3分析与措施

1. 将方案1和2进行对比分析，在转子电阻发生变化的情况下，能够使转矩随之下降。

2. 将方案2和3进行对比分析，在电容发生变化时，会引起转矩随之变化。

3. 将方案3和4进行对比分析，在气隙的数值发生变化时，也会影响转矩的数值。

对应措施可以根据实际的对比分析情况，将端环的宽度缩小，通过增加转子电阻的形式，来影响转矩的数值，促使转矩的变化可以在合理的范围内。还可以通过改变气隙的方式，来改变转矩，保障转矩在实际的生产中可以加工出合格产品。

3、控制起动转矩波动的办法

对于单相电容异步电动机的加工，想要控制起动转矩波动，可以通过以下几方面措施进行改善。（1）在产品生产前的原料采购上，要严格把关，控制产品生产所需的原料符合标准，并且对原料进行抽查和检测，确保产品加工的安全。（2）加工工艺上，要选择更加先进的技术生产工艺，将生产流程不断优化，减少加工过程中，操作问题而对产品产生影响。（3）保障定子的内径在合理的范围内，对于加工时的压力，以及其它的技术因素进行把控，确保工艺水平符合产品的加工需求。（4）减少误差的发生，保障加工流程对转子的影响较小，尽量避免技术加工对产品产生的影响。（5）确保气隙能够满足生产时的需要，对于误差产生后可以增大气隙，使转矩能够达到要求。综上所述，能够控起动转矩波动的办法，可以通过这些方式来进行改变，确保单相电容异步电动机的转矩符合生产加工的具体标准。

4. 结束语

随着电动机生产技术的发展，单相电容异步电动机被广泛应用于日常生活中的多个领域。对单相电容异步电动机起动转矩波动问题进行研究，有利于提高电动机的使用性能。通过试验对比分析，可以发现影响电动机起动转矩的因素为转子电阻率、主相电流和副相电流，针对试验的多种影响因素，提出了解决起动转矩变化的措施。对单相电容异步电动机加工时，所需要的材料质量进行控制，对加工工艺进行管理，不断升级生产设备，降低设备原因造成材料加工时产生杂质，而影响电动机的转矩，造成不合格问题。对定子和转子的内径进行控制，通过增大气隙来实现转矩处于合格范围，保障所加工生产的单相电容异步电动机能够达到标准。现阶段，我国的工业水平迅速发展，对单相电容异步电动机的生产和加工规模不断扩大，也在加工时更加注重品质的提升，本次试验是对产品加工时的多种影响因素进行研究，保障电动机起动转矩波动能够更加合理。

参考文献：

[1] 李隆年, 朱东起, 胡元德. 单相电机原理与设计[M]. 北京: 清华大学出版社, 1984.

[2] 李红军. 单相异步电动机的设计与分析[J]. 防爆电机, 2016(1): 6-8.

[3] 黄莉明, 陈金刚, 张红枝. 笼型三相异步电动机绕组错线故障解析[J]. 防爆电机, 2018(3): 40-42.

[4] 邓建国, 罗隆福.三角形接法三绕组单相电容电动机瞬态分析 [ J] .湖南大学学报, 2004(5):66-70.

[5]GOBBIR,SA'DIAHJ,SIANGTT.Industrialprob-lemsindesign,selectionandinstallationofanadjusta-blespeeddrives(ASD)forasynchronousmotor[ C] .PowerEngineeringConference, 2003:139-143.