一種單相電容電動機(jī)的測試調(diào)整方法

鐔丹中 區(qū)長釗

（江門金羚集團(tuán)有限公司 江門 529040）

1 背景

單相電容電動機(jī)屬非對稱電動機(jī)，其電磁計(jì)算遠(yuǎn)比三相電動機(jī)等對稱電動機(jī)復(fù)雜，常常需要通過實(shí)驗(yàn)決定其最佳電容量和匝數(shù)，具體測試調(diào)整方法是：對已有電容電動機(jī)以對稱二相電源供電運(yùn)行，按照電動機(jī)在額定工作點(diǎn)的電壓、電流和輸入功率測量值，計(jì)算其最佳的各相匝數(shù)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(jī)與單相電容電動機(jī)的運(yùn)行有很大區(qū)別：前者在所有工作點(diǎn)均可保持對稱工作狀態(tài)，而后者只能在某1工作點(diǎn)處于對稱工作狀態(tài)。按該方法決定電容量和匝數(shù)的單相電容電動機(jī)，只在額定工作點(diǎn)具有與實(shí)驗(yàn)電動機(jī)相同的性能，在其它工作點(diǎn)的性能則明顯偏離，即在實(shí)驗(yàn)中不能預(yù)知，需待按該方法決定的電容量和匝數(shù)試制的單相電容電動機(jī)樣機(jī)測試后才能知道，若不符合要求需再次調(diào)整，因此延長了產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期。

2 測試調(diào)整的基本方法

電動機(jī)的額定電壓為UN，副相繞組原有匝數(shù)為Na，主相繞組原有匝數(shù)為Nm；按照以下步驟：

1）電動機(jī)去除原串聯(lián)電容器后按如下連接：

——主相繞組輸入電壓Um；

——副相繞組串聯(lián)電容器C后輸入與Um同相的電壓Uac。

2）調(diào)整Um或/和Uac與C的數(shù)值，直至電動機(jī)的運(yùn)行符合設(shè)計(jì)要求，此時Um、Ua和C的數(shù)值記錄為Um0、Uac0和C0。

3）按下式，主相繞組的匝數(shù)調(diào)整為NmT，副相繞組的匝數(shù)調(diào)整為NaT，所串聯(lián)電容器的電容量調(diào)整為CT：

NmT=Nm（UN/Um0）；

NaT=Na（UN/Uac0）；

CT=C0（Uac0/UN）2。

由于該測試調(diào)整中實(shí)驗(yàn)電動機(jī)仍按電容電動機(jī)運(yùn)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(diào)整后的電動機(jī)以額定電壓運(yùn)行時可維持與實(shí)驗(yàn)電動機(jī)相同的磁場形態(tài)，因而在所有工作點(diǎn)具有與實(shí)驗(yàn)電動機(jī)相同的性能。這樣，測試實(shí)驗(yàn)電動機(jī)的性能即可預(yù)知調(diào)整后的電動機(jī)的性能。實(shí)驗(yàn)和電磁計(jì)算還表明，對于既定結(jié)構(gòu)單相電容電動機(jī)，可以調(diào)整Um、Uac和C的數(shù)值使性能以設(shè)計(jì)要求為目標(biāo)達(dá)致最佳，尤其可以達(dá)到在指定工作點(diǎn)對稱運(yùn)行，而無需使用對稱二相電源進(jìn)行測試調(diào)整，且避免如背景技術(shù)所述使用對稱二相電源進(jìn)行測試調(diào)整的弊病。

連續(xù)運(yùn)行的家用電器專用電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)通常設(shè)計(jì)在額定工作點(diǎn)對稱運(yùn)行，可將電動機(jī)安裝在家用電器整機(jī)上傳動實(shí)際負(fù)載，并按上述測試調(diào)整運(yùn)行。此時，測量主相繞組、副相繞組的電流和功率或功率因數(shù)角，電動機(jī)達(dá)到對稱運(yùn)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(shù)角；Φa——副相繞組功率因數(shù)角。

本調(diào)整方法雖然有上述優(yōu)點(diǎn)，但涉及3個參數(shù)的同時調(diào)整，而3個參數(shù)有無數(shù)個組合，故其調(diào)整過程比使用對稱二相電源要復(fù)雜，需耐心進(jìn)行。通常可遵循如下規(guī)律：

——首先初定Um，即主要是調(diào)整Um，適當(dāng)調(diào)整Uac與C。調(diào)整的目標(biāo)是使電動機(jī)在額定工作點(diǎn)（驅(qū)動實(shí)際負(fù)載運(yùn)行至額定轉(zhuǎn)速，或在電動機(jī)測功機(jī)上加載至額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)速）運(yùn)行時的Im和Pm達(dá)到相同功率電動機(jī)的一般水平，無需達(dá)到很理想的對稱運(yùn)行；

——然后，基本固定Um，主要是調(diào)整Uac與C。調(diào)整的目標(biāo)是使電動機(jī)在額定工作點(diǎn)達(dá)到對稱運(yùn)行。當(dāng)對稱性得到改善時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速會升高，此時可適當(dāng)調(diào)低Um以恢復(fù)轉(zhuǎn)速，但對稱性會因此改變，可再次調(diào)整Uac與C以改善。如此反復(fù)進(jìn)行，直至電動機(jī)在額定工作點(diǎn)達(dá)到對稱運(yùn)行。

3 實(shí)例1

如圖1所示電路，試驗(yàn)調(diào)整的電動機(jī)1為一家用電動縫紉機(jī)的4極單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動機(jī)，額定電壓為220V，其主相繞組11原有匝數(shù)為1000，副相繞組12原有匝數(shù)為1200。電動機(jī)1首先去除原串聯(lián)電容器。來自電網(wǎng)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(diǎn)相連。自耦調(diào)壓器2和自耦調(diào)壓器4的輸入端連接于相線A極和中性線N極，自耦調(diào)壓器2的調(diào)壓輸出端經(jīng)電參數(shù)測量儀3連接主相繞組11的輸入端，自耦調(diào)壓器4的調(diào)壓輸出端經(jīng)電參數(shù)測量儀5和可調(diào)電容箱6連接副相繞組12的輸入端。電參數(shù)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(jì)算得到或顯示其功率因數(shù)Φm。電參數(shù)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(jì)算得到或顯示其功率因數(shù)Φa。電容箱6由多個電容器61和換接開關(guān)62組成，旋轉(zhuǎn)換接開關(guān)62即可改變電容箱6的電容量C。

電動機(jī)1按以上電路連接后裝機(jī)運(yùn)行，觀察電參數(shù)測量儀3和電參數(shù)測量儀4各儀表的示值，同時觀察電動機(jī)1的啟動和運(yùn)行性能，必要時把電動機(jī)1單獨(dú)裝往電動機(jī)測功機(jī)，測定其啟動力矩和在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)時的功率、效率和噪聲振動，同時調(diào)整電容箱6的電容量以及自耦調(diào)壓器2的輸出電壓和自耦調(diào)壓器4的輸出電壓，使所述性能以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求為目標(biāo)達(dá)致最佳，并盡可能在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)調(diào)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(shù)測量儀3所顯示的電壓值Um0；

——電參數(shù)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(shù)調(diào)整為NmT，副相繞組12的匝數(shù)調(diào)整為NaT，所串聯(lián)的電容器的電容量調(diào)整為CT：

NmT=220000/Um0；

NaT=264000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

4 實(shí)例2

如圖2所示電路，該實(shí)例與實(shí)例1電路的差異主要在于：

——取消了自耦調(diào)壓器2和電參數(shù)測量儀3，即主相繞組11直接由來自電網(wǎng)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(diǎn)分開，各串聯(lián)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(diǎn)和副相繞組12與電阻72的連接點(diǎn)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(jī)1按以上電路連接后裝機(jī)運(yùn)行，觀察電參數(shù)測量儀5各儀表的示值、示波器70的顯示以及電動機(jī)1的啟動和運(yùn)行性能，同時調(diào)整電容箱6的電容量和自耦調(diào)壓器4的輸出電壓，使所述性能以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求為目標(biāo)達(dá)致最佳，并且在額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)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(shù)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(shù)調(diào)整為NaT，所串聯(lián)的電容器的電容量調(diào)整為CT：

NaT=440000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

實(shí)施例中的電參數(shù)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(tǒng)的電壓、電流、功率或功率因數(shù)表組合而成，或以傳感器配合計(jì)算機(jī)組成測試系統(tǒng)。自耦調(diào)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(shí)施例更為適合較少范圍性能的測試調(diào)整。

本方法已在本企業(yè)單相電容電動機(jī)和家用電器整機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)調(diào)整中得到實(shí)際應(yīng)用。

[1]區(qū)長釗，張?zhí)钷?二相電源在單相電容電動機(jī)研究和設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.家用電器科技，1985，3：1～4

[2]孫云鵬.單相異步電動機(jī)及其應(yīng)用（合成電流分析法）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987，488～492