一種單相電容電動機的測試調整方法

鐔丹中 區長釗

（江門金羚集團有限公司 江門 529040）

1 背景

單相電容電動機屬非對稱電動機，其電磁計算遠比三相電動機等對稱電動機復雜，常常需要通過實驗決定其最佳電容量和匝數，具體測試調整方法是：對已有電容電動機以對稱二相電源供電運行，按照電動機在額定工作點的電壓、電流和輸入功率測量值，計算其最佳的各相匝數和電容量[1][2]。然而，該方法需配置并不太常用的對稱二相電源。此外，對稱電動機與單相電容電動機的運行有很大區別：前者在所有工作點均可保持對稱工作狀態，而后者只能在某1工作點處于對稱工作狀態。按該方法決定電容量和匝數的單相電容電動機，只在額定工作點具有與實驗電動機相同的性能，在其它工作點的性能則明顯偏離，即在實驗中不能預知，需待按該方法決定的電容量和匝數試制的單相電容電動機樣機測試后才能知道，若不符合要求需再次調整，因此延長了產品設計周期。

2 測試調整的基本方法

電動機的額定電壓為UN，副相繞組原有匝數為Na，主相繞組原有匝數為Nm；按照以下步驟：

1）電動機去除原串聯電容器后按如下連接：

——主相繞組輸入電壓Um；

——副相繞組串聯電容器C后輸入與Um同相的電壓Uac。

2）調整Um或/和Uac與C的數值，直至電動機的運行符合設計要求，此時Um、Ua和C的數值記錄為Um0、Uac0和C0。

3）按下式，主相繞組的匝數調整為NmT，副相繞組的匝數調整為NaT，所串聯電容器的電容量調整為CT：

NmT=Nm（UN/Um0）；

NaT=Na（UN/Uac0）；

CT=C0（Uac0/UN）2。

由于該測試調整中實驗電動機仍按電容電動機運行，且參照變壓器阻抗變換和匝電壓不變原理，按所述公式調整后的電動機以額定電壓運行時可維持與實驗電動機相同的磁場形態，因而在所有工作點具有與實驗電動機相同的性能。這樣，測試實驗電動機的性能即可預知調整后的電動機的性能。實驗和電磁計算還表明，對于既定結構單相電容電動機，可以調整Um、Uac和C的數值使性能以設計要求為目標達致最佳，尤其可以達到在指定工作點對稱運行，而無需使用對稱二相電源進行測試調整，且避免如背景技術所述使用對稱二相電源進行測試調整的弊病。

連續運行的家用電器專用電容運轉電動機通常設計在額定工作點對稱運行，可將電動機安裝在家用電器整機上傳動實際負載，并按上述測試調整運行。此時，測量主相繞組、副相繞組的電流和功率或功率因數角，電動機達到對稱運行的條件為：

ImNm=IaNa；

Pm=Pa,或者Φm-Φa=900；

式中：

Im——主相繞組電流；Ia——副相繞組電流；Pm——主相繞組功率；Pa——副相繞組功率；Φm——主相繞組功率因數角；Φa——副相繞組功率因數角。

本調整方法雖然有上述優點，但涉及3個參數的同時調整，而3個參數有無數個組合，故其調整過程比使用對稱二相電源要復雜，需耐心進行。通常可遵循如下規律：

——首先初定Um，即主要是調整Um，適當調整Uac與C。調整的目標是使電動機在額定工作點（驅動實際負載運行至額定轉速，或在電動機測功機上加載至額定轉矩和額定轉速）運行時的Im和Pm達到相同功率電動機的一般水平，無需達到很理想的對稱運行；

——然后，基本固定Um，主要是調整Uac與C。調整的目標是使電動機在額定工作點達到對稱運行。當對稱性得到改善時，電動機的轉速會升高，此時可適當調低Um以恢復轉速，但對稱性會因此改變，可再次調整Uac與C以改善。如此反復進行，直至電動機在額定工作點達到對稱運行。

3 實例1

如圖1所示電路，試驗調整的電動機1為一家用電動縫紉機的4極單相電容運轉電動機，額定電壓為220V，其主相繞組11原有匝數為1000，副相繞組12原有匝數為1200。電動機1首先去除原串聯電容器。來自電網的220V單相電源的中性線N極與主相繞組11和副相繞組12的公共連接點相連。自耦調壓器2和自耦調壓器4的輸入端連接于相線A極和中性線N極，自耦調壓器2的調壓輸出端經電參數測量儀3連接主相繞組11的輸入端，自耦調壓器4的調壓輸出端經電參數測量儀5和可調電容箱6連接副相繞組12的輸入端。電參數測量儀3由電壓表31、功率表32和電流表33組成，分別檢測輸入主相繞組11的電壓Um、功率Pm和電流Im并可以此計算得到或顯示其功率因數Φm。電參數測量儀5由電壓表51、功率表52和電流表53組成，分別檢測輸入副相繞組12和電容箱6的電壓Uac、功率Pa和電流Ia并可以此計算得到或顯示其功率因數Φa。電容箱6由多個電容器61和換接開關62組成，旋轉換接開關62即可改變電容箱6的電容量C。

電動機1按以上電路連接后裝機運行，觀察電參數測量儀3和電參數測量儀4各儀表的示值，同時觀察電動機1的啟動和運行性能，必要時把電動機1單獨裝往電動機測功機，測定其啟動力矩和在額定轉速點時的功率、效率和噪聲振動，同時調整電容箱6的電容量以及自耦調壓器2的輸出電壓和自耦調壓器4的輸出電壓，使所述性能以企業標準的要求為目標達致最佳，并盡可能在額定轉速點調整為：

1000Im=1200Ia；

Pm=Pa,或者Φm-Φa=900；

記錄此時的：

——電容箱6的電容量C0；

——電參數測量儀3所顯示的電壓值Um0；

——電參數測量儀5所顯示的電壓值Uac0。

按以下公式，主相繞組11的匝數調整為NmT，副相繞組12的匝數調整為NaT，所串聯的電容器的電容量調整為CT：

NmT=220000/Um0；

NaT=264000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

4 實例2

如圖2所示電路，該實例與實例1電路的差異主要在于：

——取消了自耦調壓器2和電參數測量儀3，即主相繞組11直接由來自電網的220V單相電源供電；

——主相繞組11和副相繞組12的公共連接點分開，各串聯阻值為1歐姆的電阻71和阻值為1.2歐姆的電阻72后接往中性線N極；

——主相繞組11與電阻71的連接點和副相繞組12與電阻72的連接點分別連接示波器70的X軸輸入端子和Y軸輸入端子,示波器的G極連接中性線N極，且X軸和Y軸的增益整定為相同；也可以改為使用2個相同的電流互感器，其初級分別通過主相繞組11和副相繞組12的電流，次級分別連接示波器的X軸、Y軸輸入端子和G極，且Y軸的增益整定為X軸的1.2倍。

電動機1按以上電路連接后裝機運行，觀察電參數測量儀5各儀表的示值、示波器70的顯示以及電動機1的啟動和運行性能，同時調整電容箱6的電容量和自耦調壓器4的輸出電壓，使所述性能以企業標準的要求為目標達致最佳，并且在額定轉速點示波器顯示的李莎育圖形為圓形，記錄此時的：

——電容箱6的電容量C0；

——電參數測量儀5所顯示的電壓值Uac0。

按以下公式，副相繞組12的匝數調整為NaT，所串聯的電容器的電容量調整為CT：

NaT=440000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

實施例中的電參數測量儀可從廣泛使用的青智8700或8900系列多功能儀表中選用，也可以傳統的電壓、電流、功率或功率因數表組合而成，或以傳感器配合計算機組成測試系統。自耦調壓器也可以改用目前已普及的電子式變頻變壓電源，但需注意主、副繞組二路電源的相位保持一致。

該實施例更為適合較少范圍性能的測試調整。

本方法已在本企業單相電容電動機和家用電器整機產品的開發和設計調整中得到實際應用。

[1]區長釗，張填奕.二相電源在單相電容電動機研究和設計中的應用.家用電器科技，1985，3：1～4

[2]孫云鵬.單相異步電動機及其應用（合成電流分析法）.北京：機械工業出版社，1987，488～492