三相異步電動(dòng)機(jī)用于單相電源的改接

宋茹茂

三相異步電動(dòng)機(jī)由于構(gòu)造簡(jiǎn)單、成本低、維修使用方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。三相電動(dòng)機(jī)的電源應(yīng)是三相電源，但實(shí)際上常會(huì)遇到只有單相電源的問題，特別是在家用電器上用的都是單相電動(dòng)機(jī)，壞了以后想用三相電動(dòng)機(jī)代替，就必須做適當(dāng)?shù)母慕?，以使三相電?dòng)機(jī)適應(yīng)于單相電源而正常工作，下面具體談其接線方法。

改接原理

三相異步電機(jī)是利用三相互隔120°角度的平衡電流，通過定子繞組時(shí)產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，以驅(qū)使電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作的。在談到三相異步電機(jī)改單相使用之前，先要說明單相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)建立問題，單相電動(dòng)機(jī)只有在建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后才能夠起動(dòng)。它之所以沒有初始起動(dòng)轉(zhuǎn)距，是因?yàn)樵趩蜗嗬@組中建立起的磁場(chǎng)不是旋轉(zhuǎn)的，而是脈動(dòng)的，換句話說，它對(duì)定子來講是不動(dòng)的。在這種情況下，定子的脈動(dòng)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流相互作用是不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的，因?yàn)闆]有旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，所以就不能使電機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。但是電動(dòng)機(jī)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)繞組的位置有空間角度差，若設(shè)法再產(chǎn)生一不同相的電流，使兩相電流在時(shí)間上有一定的相位差，才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電機(jī)起動(dòng)。因此單相電動(dòng)機(jī)的定子除了有工作繞組外，還必須有起動(dòng)繞組。根據(jù)此原理，可利用三相異步電機(jī)定子的三相繞組，將其中一相繞組線圈采用電容或電感移相的方法，使兩相通過不同的電流，這樣就能建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)三相異步電機(jī)改為單相電源使用時(shí)，其功率僅是原來的2/3。

改接方法

要把三相電機(jī)使用在單相電源上，可將三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的任意二相繞組線圈首先串聯(lián)，再與另一相繞組并聯(lián)接入電源。這時(shí)，兩個(gè)繞組里的磁通量在空間上雖然有相位差，但因工作繞組和起動(dòng)繞組都是接在同一電源上，如按時(shí)間來講，電流是相同的。因此，只有在起動(dòng)繞組上串聯(lián)一只電容器、電感線圈或電阻，才能使電流有相位差。在接法上為了增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可用一臺(tái)自耦變壓器將單相電源的電壓由220V升到380V，示意圖如圖1所示。

一般小型電動(dòng)機(jī)均為Y接，對(duì)Y 接的三相異步電動(dòng)機(jī)用此種方法接線，應(yīng)將串入電容C的繞組接線端子接在自耦變壓器起頭端子上，如需改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可按圖2接線。

如果不升高電壓，接在220V的電源也可用此圖示。因?yàn)樵瓉斫尤?80V電源電壓的繞組，現(xiàn)在用于220V電源，電壓太低了,所以轉(zhuǎn)矩太低。

圖3接線轉(zhuǎn)矩太低，若增大力矩可將移相電容串入二相繞組連在一起的線圈中，用此繞組為起動(dòng)繞組，單只線圈直接接在220V電源上，見圖4。

圖3、圖4如果需要改變轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可將起動(dòng)繞組或運(yùn)轉(zhuǎn)繞組的頭尾換一下就可。

兩個(gè)繞組串聯(lián)后的磁矩（其中一相反串）是由兩個(gè)夾角互為60°磁矩合成的（如圖5），其磁矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于由兩個(gè)夾角互為120°合成的磁矩（如圖6兩繞組順串），所以圖5接線的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于圖6接線的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

在起動(dòng)繞組上接入電阻R（圖7）的數(shù)值應(yīng)當(dāng)與定子繞組相電阻接近，并且應(yīng)當(dāng)能夠承受起動(dòng)電流，這種接法起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的0.1~0.12倍。

移相電容的選擇

工作電容C=1950×Ie/Ue×cosφ（微法），Ie、Ue、cosφ是電動(dòng)機(jī)原來的額定電流、額定電壓及功率圈數(shù)。

一般工作電容用在單相電源上的三相異步電機(jī)時(shí)（220V），每100W用4~6微法電容即可。

起動(dòng)電容可根據(jù)起動(dòng)的負(fù)載大小而選擇。通常是工作電容的1~4倍。當(dāng)電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的75%~80%時(shí)，應(yīng)當(dāng)斷開起動(dòng)電容，否則電動(dòng)機(jī)易燒壞。

正確選擇電容的容量使二相繞組的電流I1、I2相等，且等于額定電流Ie，即I1=I2=Ie。若要求起動(dòng)力矩大些，可增加一個(gè)起動(dòng)電容，并接在運(yùn)轉(zhuǎn)電容上，當(dāng)起動(dòng)正常時(shí)，斷開起動(dòng)電容。

三相異步電動(dòng)機(jī)用于單相電源的改接意義較大，方便易行，但由于單相電源一般容量較小，所以適用于1kW以下小電機(jī)。