《摩托車照明電路》-學習情境4

一、知識準備1.1認識單相異步電動機電風扇常采用單相異步電動機拖動。單相異步電動機具有結構簡單、成本低廉、維修方便等特點，廣泛應用于如冰箱、電扇、洗衣機等家用電器及醫療器械中。單相異步電動機的構造與三相鼠籠式異步電動機相似，由固定部分(定子)、轉動部分(轉子)、支撐部分(端蓋和軸承)、電容器等幾大部分組成。圖4-2為單相異步電動機的實物圖和結構原理圖。單相異步電動機主要有電容式和罩極式兩種類型，下面分別介紹這兩種電動機的工作原理。下一頁返回一、知識準備1.電容式單相異步電動機的工作原理三相異步電動機的轉子能旋轉，是因為定子線圈產生了旋轉磁場，而定子的旋轉磁場是因為定子三相繞組接入了互差120°的交流電。單相異步電動機接入定子線圈的是單相交流電，只能產生一個脈動磁場。如圖4-3所示，在交流電的正半周時，電流i從定子繞組左側流入，從右側流出，產生方向向下的磁場;在交流電的負半周時，電流i從定子繞組右側流入，從左側流出，產生方向向上的磁場。該磁場的方向在交流電的一個周期變化一次，大小隨電流而變，這就是單相異步電動機的脈動磁場。轉子與磁場之間沒有相對運動而不能產生感應電動勢，所以電動機不能自行啟動。上一頁下一頁返回一、知識準備

如果用外力撥動轉子，則轉子導體就切割脈動磁場，從而產生感應電動勢和電流，繼而受到磁場力的作用，轉子將順著撥動的方向轉動起來。由此可見，單相異步電動機要正常運行，必須有啟動裝置產生啟動轉矩。下面介紹電容式單相異步電動機的啟動措施。電容式單相異步電動機的定子上嵌有兩個在空間相差90°的單相繞組，一個單相繞組用于運行，稱為工作繞組;另一個單相繞組用于啟動，稱為啟動繞組，啟動繞組與電容器串聯。圖4-4為電容式單相異步電動機的接線圖和電路原理圖。上一頁下一頁返回一、知識準備

當電源接通時，工作繞組流過的電流iB比啟動繞組流過的電流iA滯后90°,于是在兩繞組中形成了兩相電流。設這兩個繞組中的電流分別為

iA=ImsinwtiB=Imsin(wt-90°)

這兩個電流所產生的磁場在空間分布的情況，可以根據這兩個電流隨時間變化而變化的情況得出。在圖4-5中，假設1及2分別為啟動繞組和工作繞組的首端,1’及2’分別為這兩個繞組的末端;規定電流瞬時值為正時，電流從繞組首端流入，以符號“⑧”作為標記;反之以符號“⊙”作為標記。上一頁下一頁返回一、知識準備

當wt=0°時，iA=0,iB=-Im，根據右手螺旋定則，可判斷出兩個單相電流所產生的合成磁場方向是水平向右的。同理，當wt分別等于90°,180°,270°,360°時，可確定各自的合成磁場方向，如圖4-5所示。當瞬時電流隨時間變化一周時，合成磁場在空間順時針旋轉一圈。定子在旋轉磁場中便獲得啟動轉矩。這種單相異步電動機啟動到穩定運行后，啟動繞組可以切除，也可以不切除，分別稱為電容啟動電動機、電容運轉電動機。在啟動轉矩要求較低的場合，啟動繞組常常只串聯電阻而不串聯電容器。電容啟動電動機的啟動繞組接入離心開關，穩定運行后離心開關自動打開，切除啟動繞組，從而切除啟動繞組。圖4-6就是電容啟動電動機電路圖和離心開關結構。上一頁下一頁返回一、知識準備

離心開關的旋轉部分安裝在轉軸上，與轉子一起旋轉，靜止部分安裝在機座或端蓋上。當電動機靜止時，開關S是閉合的，如果電動機接通電源，啟動繞組起作用，電動機啟動并旋轉起來，當轉速達到一定數值(nN的80%左右)時，在離心力的作用下離心開關打開，啟動繞組被切除，電動機啟動結束，投入正常運行。離心開關結構復雜，故障頻次較高，一般都裝在電動機內部，使得檢修極為不便。目前，對一些單相異步電動機(如電冰箱壓縮機組電動機等)采用啟動繼電器代替離心開關。

2.罩極式單相異步電動機的工作原理在單相電動機中，產生旋轉磁場的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動機。上一頁下一頁返回一、知識準備

此種電動機定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個磁極在1/3~1/4全極面處開有小槽，如圖4-7所示，把磁極分成兩個部分，在小的部分上套裝上一個短路銅環，好像把這部分磁極罩起來一樣，所以叫罩極式電動機。單相繞組套裝在整個磁極上，每個極的線圈是串聯的。連接時，必須使其產生的極性依次按N,S,N,S排列。當定子繞組通電后，在磁極中產生主磁通，根據楞次定律，其中穿過短路銅環的主磁通在銅環內產生一個在相位上滯后90°的感應電流，此電流產生的磁通在相位上也滯后于主磁通，從而在電動機定子極面上形成一個向短路環方向移動的磁場，使轉子獲得所需的啟動轉矩。單相異步電動機根據分相的方法不同可分為如表4-1中列出的這幾種常用的單相異步電動機。上一頁下一頁返回一、知識準備

它們結構特點、主要優缺點及其應用范圍如表4-1所列。單相異步電動機的故障檢修涉及四個方面的內容，即定子繞組、轉子繞組、啟動裝置和電容器。

1.定子繞組的故障及修理定子繞組是單相異步電動機中最容易受損造成故障的部件。定子繞組常見故障主要有繞組絕緣受潮、繞組接地、繞組短路或斷路。

1)繞組絕緣受潮在潮濕地區、且長期未用的受過雨淋、水浸的電動機均可能受潮。用500V兆歐表檢查主繞組、輔助繞組對機殼的絕緣電阻，若其小于0.5MΩ，則說明電動機繞組絕緣受潮，烘干處理后即可使用。上一頁下一頁返回一、知識準備

若電動機使用日久導致絕緣老化，可在烘干后再作浸漆處理來增強絕緣能力。2)繞組接地故障繞組接地時，會使整個電動機都帶電，可能造成電氣設備的損壞，更有可能引起人身傷亡的嚴重事故。對額定電壓為220V或220V以下的單相異步電動機，通常用500V兆歐表檢測來判斷是否有接地故障。將兆歐表的L端接電動機繞組，E端接電動機金屬外殼，以120r/min轉速轉動手柄。若指針指零，表示繞組接地;當指針在零附近搖擺不定時，則說明它尚具有一定的電阻值。找到接地故障點后，如故障點在槽外，可采用局部修理;如故障點在槽內，可根據具體情況作局部或重換繞組的處理。上一頁下一頁返回一、知識準備3)繞組短路故障繞組短路故障可分為匝間短路、線圈間短路、極相組間短路以及主、輔繞組間短路。發生短路時，由于短路線圈內產生很大的環流，使線圈迅速發熱、冒煙、發出焦臭氣味以及絕緣因高溫變色。除一些輕微的匝間短路外，較嚴重的線圈間、極相組間的短路，經仔細日測大多能找到故障部位。如繞組絕緣未整體老化、且短路繞組線圈的導線還沒有燒壞，則可以局部修補;否則，最好作局部或重換繞組的處理。

4)繞組斷路故障將萬用表開關轉至電阻擋，先從電動機接線板查起，找出斷相的是哪套繞組。上一頁下一頁返回一、知識準備

然后采用分組淘汰的辦法，拆開斷相繞組測量各極相組電阻值，不通的即為斷路極相組，最后找出斷路線圈。斷路故障點如發生在端部、且相鄰處絕緣完好，這時就只需重新連接并作絕緣處理即可。如果斷路發生在槽中，就只能重新換線圈。

2.車令子的故障及修理轉子的常見故障是斷條。在定子繞組、電容器均無故障和轉子空轉靈活時，若電風扇的轉速很慢、風量很小，則可能是這種故障所致。將轉子安裝好并使其不動，在定子繞組瞬間通以額定電壓，這個時間應盡可能短，并用萬用表的50V交流電壓擋測量定子繞組電壓，若其中一個繞組的電壓明顯升高，則說明該繞組對應處轉子槽內的銅排已經脫焊或斷條。上一頁下一頁返回一、知識準備

查出故障后，只需在脫焊處重新焊接便可繼續使用。焊接時，先要把轉子加熱到一定溫度，否則難以焊牢。

3.啟動裝置的故障及修理

1)離心開關的故障及修理用萬用表測量副繞組引線，一般其電阻值約幾百歐姆，如果阻值很大，則說明啟動回路有故障。若進一步檢查，需拆開電動機，直接測量副繞組電阻。如果此時阻值正常，則說明是離心開關故障，然后按上述原因逐項檢查處理，若構件磨損嚴重則予以更換。

2)啟動繼電器的故障及修理在單相異步電動機中，啟動繼電器故障有多種形式，其常見的主要故障有繼電器工作失靈、繼電器觸點燒壞、線圈故障等。上一頁下一頁返回一、知識準備

啟動繼電器的故障一般不作修理，更換一個同型號的啟動繼電器即可。

4.電容器的故障及檢查先將電容放電，再將指針型萬用表轉到10kΩ或1kΩ擋，測量電容器兩極之間的電阻。若萬用表的指針先有一定的偏轉，然后又返回，則電容器正常;若萬用表指針不動，則電容器開路;若電阻極小、且指針不返回，則電容已被擊穿短路。這時，更換相同規格的電容器即可。

1.2認識電風扇的構造及其控制轉頁扇的結構如圖4-8所示。電風扇的控制部件主要有開關、調速機構、定時器等。上一頁下一頁返回一、知識準備

調速控制方面目前較多采用有串電抗器調速、抽頭法調速和晶閘管調速。下面作簡單介紹。

1.串電抗器調速如圖4-9所示，在電動機的電源線路中串聯起分壓作用的電抗器，通過調速開關選擇電抗器繞組的匝數來調節電抗值，從而改變電動機兩端的電壓，達到調速的目的。串電抗器調速的優點是結構簡單，容易調整調速比;但消耗的材料多，調速器體積大。

2.抽頭法調速如圖4-10所示，如果將電抗器和電動機結合在一起，在電動機定子鐵芯上嵌入一個中間繞組(或稱調速繞組)。上一頁下一頁返回一、知識準備

通過調速開關改變電動機氣隙磁場的大小及橢圓度，可達到調速的目的。根據中間繞組與工作繞組和啟動繞組的接線不同，常用的有T形接法和L形接法。抽頭法調速與串電抗器調速相比較，抽頭法調速時用料省，耗電少;但繞組嵌線和接線比較復雜。

3.晶閘管調速如圖4-11所示，利用改變晶閘管的導通角來改變加在單相異步電動機上的交流電壓的大小，從而達到調節電動機轉速的目的。這種方法能實現無級調速，缺點是會產生一些電磁干擾。目前常用于吊式風扇的調速上(晶閘管調速原理在學習情境7中有詳細介紹)。上一頁返回二、任務實施

圖4-12為電風扇的電路原理圖和電風扇安裝連接電路圖。

1.單相異步電動機定子繞組電阻的測量對于單相異步電動機，用萬用表歐姆擋測量工作繞組U1U2和啟動繞組Z1Z2,并記錄在表4-2中，初步判斷是否有相間短路。

2.單相異步電動機定子繞組絕緣電阻的測量單相異步電動機的公共接點大多數在繞組內部完成，須在定子繞組內打開公共接點，用兆歐表測出相間絕緣電阻和各相對地絕緣電阻，記錄于表4-3中。測量完成后再恢復公共接點。

1.元器件的選擇參照圖4-12電路原理圖和接線圖選擇有關電器元件。電器元件的選擇如表4-4所列。下一頁返回二、任務實施2.元器件的檢測用萬用表檢測所需電器件。

3.安裝電器元件

圖4-12(a)為電風扇的電路原理圖，圖(b)為電器接線圖。按圖4-12連接好電路，檢查合格后，接通220V交流電源，按動開關1,2,3擋，電動機應可進行啟動、停止控制，高速、低速轉動。

4.機械部件的安裝將已準備好的其他機械部分參考圖4-8所示的圖安裝好各個部件即可。上一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識

直流電動機由定子、轉子(電樞)、換向器、電刷、主磁極、端蓋及軸承等部件組成。圖4-13為直流電動機的實物圖及結構圖;圖4-14為主磁極結構圖;圖4-15為換向器剖視圖。

1.直流電動機的工作原理如圖4-16(a)所示，一對磁極固定在定子內圓表面，兩磁極之間的轉子表面嵌有繞組abed，導體通過換向器接觸電刷通人直流電流。電流方向從a指向b,從c指向d，根據電磁定律，導體ab受到向上電磁力f的作用，而導體cd受到向下電磁力f的作用，產生電磁轉矩，使轉子以順時針方向旋轉。當繞組轉到圖4-16(b)所示位置時，電刷沒有接觸換向器的金屬片，繞組沒有直流電，因而導體ab與導體cd都沒有產生電磁轉矩。下一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識

但轉子在慣性的作用下繼續旋轉，使繞組的電流得到換向。當繞組轉到圖4-16(c)所示位置時，由于導體中的電流方向與圖4-16(a)的方向相反，導體受力方向與圖4-14(a)的情況相反，從而產生順時針方向的電磁轉矩，使轉子繼續以順時針方向旋轉。

圖4-16(d)所示位置時的情況與圖4-16(b)所示的情況一樣，也是一個電流換向的過程。可見，在換向器和電刷的作用下，作用于轉子的電磁轉矩始終是順時針方向，車4子以順時針方向連續轉動。上一頁下一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識2.直流電動機特點

1)調速性能好所謂“調速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據需要人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現均勻、平滑的無級調速，而且調速范圍較寬。

2)啟動力矩大可以均勻而經濟地實現轉速調節。因此，凡是在重負載下啟動或要求均勻調節轉速的機械，如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等都用直流電動機拖動。

3.直流電動機的勵磁方式直流電動機的性能與它的勵磁方式密切相關。上一頁下一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識

通常，直流電動機的勵磁方式有四種:直流他勵電動機、直流并勵電動機、直流串勵電動機和直流復勵電動機，如圖4-17所示。1)直流他勵電動機他勵電動勵磁繞組與電樞沒有電的聯系。勵磁電路是由另外的直流電源供給因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。2)直流并勵電動機并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但勵磁繞組用細導線繞成，其匝數很因此具有較大的電阻，使得通過它的勵磁電流較小。3)直流串勵電動機勵磁繞組是和電樞串聯的，所以這種電動機內磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。上一頁下一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識

為了使勵磁繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好。所以，直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，它的匝數較少。

4)直流復勵電動機電動機的磁通由兩個繞組內的勵磁電流產生。

4.直流電動機啟動由于電機電樞回路電阻和電感都較小，而轉動體具有一定的機械慣性。因此，當電機接通電源后，啟動的開始階段電樞轉速以及相應的反電動勢很小，啟動電流很大，最大可達額定電流的15~20倍。這一電流會使電網受到擾動、機組受到機械沖擊、換向器產生火花。上一頁下一頁返回三、能力與知識拓展—直流電動機的認識

因此，直接合閘啟動只適用于功率不大于4kW的電動機(啟動電流為額定電流的6~8倍)。為了限制啟動