一种单相电容电动机的测试调整方法

镡丹中 区长钊

（江门金羚集团有限公司 江门 529040）

1 背景

单相电容电动机属非对称电动机，其电磁计算远比三相电动机等对称电动机复杂，常常需要通过实验决定其最佳电容量和匝数，具体测试调整方法是：对已有电容电动机以对称二相电源供电运行，按照电动机在额定工作点的电压、电流和输入功率测量值，计算其最佳的各相匝数和电容量[1][2]。然而，该方法需配置并不太常用的对称二相电源。此外，对称电动机与单相电容电动机的运行有很大区别：前者在所有工作点均可保持对称工作状态，而后者只能在某1工作点处于对称工作状态。按该方法决定电容量和匝数的单相电容电动机，只在额定工作点具有与实验电动机相同的性能，在其它工作点的性能则明显偏离，即在实验中不能预知，需待按该方法决定的电容量和匝数试制的单相电容电动机样机测试后才能知道，若不符合要求需再次调整，因此延长了产品设计周期。

2 测试调整的基本方法

电动机的额定电压为UN，副相绕组原有匝数为Na，主相绕组原有匝数为Nm；按照以下步骤：

1）电动机去除原串联电容器后按如下连接：

——主相绕组输入电压Um；

——副相绕组串联电容器C后输入与Um同相的电压Uac。

2）调整Um或/和Uac与C的数值，直至电动机的运行符合设计要求，此时Um、Ua和C的数值记录为Um0、Uac0和C0。

3）按下式，主相绕组的匝数调整为NmT，副相绕组的匝数调整为NaT，所串联电容器的电容量调整为CT：

NmT=Nm（UN/Um0）；

NaT=Na（UN/Uac0）；

CT=C0（Uac0/UN）2。

由于该测试调整中实验电动机仍按电容电动机运行，且参照变压器阻抗变换和匝电压不变原理，按所述公式调整后的电动机以额定电压运行时可维持与实验电动机相同的磁场形态，因而在所有工作点具有与实验电动机相同的性能。这样，测试实验电动机的性能即可预知调整后的电动机的性能。实验和电磁计算还表明，对于既定结构单相电容电动机，可以调整Um、Uac和C的数值使性能以设计要求为目标达致最佳，尤其可以达到在指定工作点对称运行，而无需使用对称二相电源进行测试调整，且避免如背景技术所述使用对称二相电源进行测试调整的弊病。

连续运行的家用电器专用电容运转电动机通常设计在额定工作点对称运行，可将电动机安装在家用电器整机上传动实际负载，并按上述测试调整运行。此时，测量主相绕组、副相绕组的电流和功率或功率因数角，电动机达到对称运行的条件为：

ImNm=IaNa；

Pm=Pa,或者Φm-Φa=900；

式中：

Im——主相绕组电流；Ia——副相绕组电流；Pm——主相绕组功率；Pa——副相绕组功率；Φm——主相绕组功率因数角；Φa——副相绕组功率因数角。

本调整方法虽然有上述优点，但涉及3个参数的同时调整，而3个参数有无数个组合，故其调整过程比使用对称二相电源要复杂，需耐心进行。通常可遵循如下规律：

——首先初定Um，即主要是调整Um，适当调整Uac与C。调整的目标是使电动机在额定工作点（驱动实际负载运行至额定转速，或在电动机测功机上加载至额定转矩和额定转速）运行时的Im和Pm达到相同功率电动机的一般水平，无需达到很理想的对称运行；

——然后，基本固定Um，主要是调整Uac与C。调整的目标是使电动机在额定工作点达到对称运行。当对称性得到改善时，电动机的转速会升高，此时可适当调低Um以恢复转速，但对称性会因此改变，可再次调整Uac与C以改善。如此反复进行，直至电动机在额定工作点达到对称运行。

3 实例1

如图1所示电路，试验调整的电动机1为一家用电动缝纫机的4极单相电容运转电动机，额定电压为220V，其主相绕组11原有匝数为1000，副相绕组12原有匝数为1200。电动机1首先去除原串联电容器。来自电网的220V单相电源的中性线N极与主相绕组11和副相绕组12的公共连接点相连。自耦调压器2和自耦调压器4的输入端连接于相线A极和中性线N极，自耦调压器2的调压输出端经电参数测量仪3连接主相绕组11的输入端，自耦调压器4的调压输出端经电参数测量仪5和可调电容箱6连接副相绕组12的输入端。电参数测量仪3由电压表31、功率表32和电流表33组成，分别检测输入主相绕组11的电压Um、功率Pm和电流Im并可以此计算得到或显示其功率因数Φm。电参数测量仪5由电压表51、功率表52和电流表53组成，分别检测输入副相绕组12和电容箱6的电压Uac、功率Pa和电流Ia并可以此计算得到或显示其功率因数Φa。电容箱6由多个电容器61和换接开关62组成，旋转换接开关62即可改变电容箱6的电容量C。

电动机1按以上电路连接后装机运行，观察电参数测量仪3和电参数测量仪4各仪表的示值，同时观察电动机1的启动和运行性能，必要时把电动机1单独装往电动机测功机，测定其启动力矩和在额定转速点时的功率、效率和噪声振动，同时调整电容箱6的电容量以及自耦调压器2的输出电压和自耦调压器4的输出电压，使所述性能以企业标准的要求为目标达致最佳，并尽可能在额定转速点调整为：

1000Im=1200Ia；

Pm=Pa,或者Φm-Φa=900；

记录此时的：

——电容箱6的电容量C0；

——电参数测量仪3所显示的电压值Um0；

——电参数测量仪5所显示的电压值Uac0。

按以下公式，主相绕组11的匝数调整为NmT，副相绕组12的匝数调整为NaT，所串联的电容器的电容量调整为CT：

NmT=220000/Um0；

NaT=264000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

4 实例2

如图2所示电路，该实例与实例1电路的差异主要在于：

——取消了自耦调压器2和电参数测量仪3，即主相绕组11直接由来自电网的220V单相电源供电；

——主相绕组11和副相绕组12的公共连接点分开，各串联阻值为1欧姆的电阻71和阻值为1.2欧姆的电阻72后接往中性线N极；

——主相绕组11与电阻71的连接点和副相绕组12与电阻72的连接点分别连接示波器70的X轴输入端子和Y轴输入端子,示波器的G极连接中性线N极，且X轴和Y轴的增益整定为相同；也可以改为使用2个相同的电流互感器，其初级分别通过主相绕组11和副相绕组12的电流，次级分别连接示波器的X轴、Y轴输入端子和G极，且Y轴的增益整定为X轴的1.2倍。

电动机1按以上电路连接后装机运行，观察电参数测量仪5各仪表的示值、示波器70的显示以及电动机1的启动和运行性能，同时调整电容箱6的电容量和自耦调压器4的输出电压，使所述性能以企业标准的要求为目标达致最佳，并且在额定转速点示波器显示的李莎育图形为圆形，记录此时的：

——电容箱6的电容量C0；

——电参数测量仪5所显示的电压值Uac0。

按以下公式，副相绕组12的匝数调整为NaT，所串联的电容器的电容量调整为CT：

NaT=440000/Uac0；

CT=C0（Uac0/220）2。

实施例中的电参数测量仪可从广泛使用的青智8700或8900系列多功能仪表中选用，也可以传统的电压、电流、功率或功率因数表组合而成，或以传感器配合计算机组成测试系统。自耦调压器也可以改用目前已普及的电子式变频变压电源，但需注意主、副绕组二路电源的相位保持一致。

该实施例更为适合较少范围性能的测试调整。

本方法已在本企业单相电容电动机和家用电器整机产品的开发和设计调整中得到实际应用。

[1]区长钊，张填奕.二相电源在单相电容电动机研究和设计中的应用.家用电器科技，1985，3：1～4

[2]孙云鹏.单相异步电动机及其应用（合成电流分析法）.北京：机械工业出版社，1987，488～492