双值电容单相异步电动机设计分析

双值电容单相异步电动机设计分析

林永

中山大洋电机股份有限公司 528400

摘要：在工业发展的过程中单相异步电动机是最为重要的部分，其结构更加简单，且建设成本比较低，其也被广泛应用于日常生活之中。但是随着社会的发展和进步，对于整体应用质量提出了更高的要求，且启动性能以及运行性能无法满足应用的需求，而且当前越来越重视生态环境保护。传统单相异步电动机已经无法满足当前生产以及生活的需求。针对此情况，提出了双值电容单相异步电动机设计的想法，其是一种新型想法，将其应用于实际应用之中，可以满足对性能的需求。本文以此为基础，对双值电容单相异步电动机设计进行探究分析。

关键词：双值电容；单相异步电动机；设计分析

引言：对单相异步电动机进行设计的过程中，整体结构明了，建设生产成本较低，且运行相对来说比较可靠。但是从当前实际情况来看，其在实际应用的过程中呈现不对称的状态，因此在实际应用的过程中，会产生相应的振动噪音，而且整体消耗较大，不符合我国提出的绿色发展理念。针对此情况，相关技术研究人员进行了深入研究和分析，提出了双值电容单相异步电动机的理念，并对其进行科学合理的设计，将其应用于实际生产之中，发现不仅保留了原有单相异步电动机的优势，同时还有效提升运行性能，降低整体消耗，因此其被大范围的推广和应用。

一、双值电容单相异步电动机设计原理

现阶段，随着社会的发展以及科技的进步，相关技术人员在单相异步电动机的基础上设计了双值电容单相异步电动机。在实际进行设计的过程中，主要是将两个并联关系的电容器与副绕组并联，并将整体与电源进行串联设计，同时在双值电容单相异步电动机之中设计了起动开关，当电机的转速达到整体运行的70%-80%的范围内时，起动开关运行工作，切断电源与电源器之间的关联，但是其不会对工作电容与副绕组造成影响，二者继续运行工作。在实际针对双值电容单相异步电动机进行设计的过程中，对于结构设计来说采用全封闭的方式，而对于外壳材质的选择来说，选择登记为IP44的等级，进而对整体双值电容单相异步电动机进行有效的保护，对于电动机的选择来说，可以选择B级绝缘材料，而这主要是因为其绝缘性更好，且机械强度更好。双值电容单相异步电动机的设计贯彻落实了我国绿色发展战略，有助于降低耗能，整体运行性能以及起动性能也在不断提升，且在实际进行运行的过程中不会出现强烈的振动，降低了运行噪音，因此被大范围应用于生产运行之中[1]。

图1 双值电容单相异步电动机接线原理图

二、双值电容单相异步电动机结构设计基本内容及原则

（一）结构设计基本内容

首先，设计人员在实际进行设计的过程中，需要先明确总体结构，比如说轴承型式和数目、防护型式以及轴伸型式等内容，为后续的设计奠定了坚实的基础，保证后续整体设计的规范化。

其次，设计人员在开展设计工作的过程中，还需要明确双值电容单相异步电动机零部件的基本信息，比如说材质、尺寸、形位公差、表面粗糙度以及形状等，并明确相关技术要求，保证后续安装建设的有效性以及科学性，降低发生故障概率的概率，保证后续运行稳定性。

再次，设计人员还需要明确各个零部件连接的方式以及配合种类，避免安装人员不知如何进行安装，影响后续的安装运行。

最后，还需要对零部件的性能情况进行核算，保证机械性能满足整体需求，提升运行性能以及启动性能，降低耗能。

（二）设计原则

在实际进行设计的过程中，需要保证设计的全面性以及完整性，但是部分内容可以根据实际情况进行相应的调整，在准备阶段或者是电磁设计的过程中同步进行。设计人员在实际开展设计工作的过程中，需要坚持下述设计原则，进而保证结构设计的科学性以及有效性，提升设计图纸以及设计方案的有效性和适用性，具体如下所示：

首先，在实际进行设计的过程中，设计人员在实际进行设计的过程中，需要保证电动机在规定期限内，可以安全稳定运行。在实际进行设计的过程中，需要保证强度以及刚度满足要求，且需要合理控制电机部分以及接地部分之间的绝缘距离，进而保证整体绝缘性能，保证后续应用的安全性。此外，还需要合理选择轴承，保证整体应用年限，降低后续维护保养的费用，同时为了保证运行的稳定性，可以在转子坚固零件上安装弹簧垫圈或者是制动垫圈等装置，避免在应用的过程中出现脱落的情况[2]。

其次，对于结构型式的设计来说，一定要保证满足国家规定和标准，同时也需要贯彻落实绿色发展理念，为生态环境保护提供支持，因此在实际进行设计的过程中最为重要的就是降低电动机运行产生振动的情况，减小运行噪音，进而降低周围环境造成污染。此外，对于零部件的选择来说，需要保证采购的标准化、系列化以及通用化，进而提升零部件应用的有效性，降低出现故障问题的概率。

再次，在实际进行设计的过程中，需要保证结构具有良好的工艺性，简单来说就是需要简化整体设计，保证结构的简单性，为后续生产制造奠定了坚实的基础，同时也需要节约生产时间，降低生产建设成本。在设计的过程中，还需要考虑厂家的生产条件，比如说技术水平以及工艺水平等内容。

最后，在设计的过程中，还需要考虑后续安装、拆卸以及维修，保证整体的便捷性，同时还需要考虑运输条件以及应用企业的技术水平。此外，在实际进行设计的过程中，也需要考虑整体的美观性。

三、绕组型式组成

对于双值电容单相异步电动机的绕组型式的设计选择来说，为了保证运行的有效性以及科学性，可以应用正弦绕组或者是叠绕组，在实际应用的过程中，具有良好的效果，且适用性也比较强。

对于正弦绕组的应用设计来说，一般应用同心式绕组的方式，在实际进行排列的过程中，一般是按照基波余弦规律，以此对槽中绕组在匝数空间上进行排列设计，此种设计方式可以有效降低气隙磁动势谐波含量，这样可以从根本上降低电动机振动情况，减小电动机运行噪声，同时也可以减小运行损耗。但是在实际应用此种设计方式也存在一定的弊端，主要是因为线圈的匝数之间存在一定的差异性，因此对于工艺技术提出了更高的要求，导致整体设计以及生产更为复杂，而且设计的过程中必须采用双层绕组的方式，且需要相间绝缘，导致部分槽未被有效应用。对于叠绕组的应用设计来说，其在设计的过程中每个线圈的匝线相同，进而提升了槽的有效应用率，而且简化了生产流程，工艺技术更加简单，而为了降低谐波含量，可以采用单层绕组的方式，同时还可以选用有力节距[3]。

上述两种方式都是较为常用的绕组型式，但是据研究调查显示，叠绕组应用更为广泛，特别是单层叠绕组型式，其可以提升整体应用的有效性，节约耗能，提升资源的有效利用率。在实际进行设计的过程中，还需要考虑绕组的短距、分布以及斜槽，同时也需要计算基波因数以及谐波因数，进而保证整体强度以及刚度满足规定和标准要求。

四、磁路计算以及电机效率的优化设计

在完成绕组型式选择设计之后，设计人员需要根据实际情况对程序内容进行规划和编写，并选择相应的设计参数，对电动机的各项性能情况进行计算，并保证计算结果的精准性，随后与主要设计参数和性能指标进行对比，随后对设计参数进行相应的调整，反复对参数以及性能进行计算，直到与设计要求的参数性能相同。与此同时，还需要对电机的机械损耗以及杂散损耗进行计算，降低能耗，通常情况下来讲，可以参考已经完成制造且规格相同的单相异步电动机，一般采用30W与额定功率的3%，以此为基础进行计算。

在实际进行设计的过程中，需要考虑设计要求的参与以及性能指标，以此为基础对定转子铁心以及三相异步电动机的基本进行设计，主要针对槽型次续以及绕组匝数等基本内容进行设计，对于绕组匝数比来说，设计为125，副绕组每槽匝数为80，在计算的过程中可以应用磁路迭代计算，经过计算启动电容设计为100㎌、运行电容为16㎌，对于主绕组槽满率的设计来说，设计为72%，而副绕组槽满率为77%，电机效率为76%。随后，在实际进行设计的过程中，徐亚对主绕组的线径进行相应的调整，进而保证主绕组与副绕组槽满率相似，避免出现不对称的情况，进而有效降低电动机运行产生噪音的情况，为环境保护奠定了坚实的基础，同时在实际进行设计的过程中，还需要考虑主副绕组的磁动势、电流密度以及散热情况，进而保证电动机应用的稳定性以及安全性。对于电机效率的优化设计来说可以参考匝比，以此对整体设计进行相应的调整和优化，保证电机效率满足应用需求。此外，在实际进行设计的过程中，还需要考虑槽面积、平行齿的情况，保证其稳定不变，进而对定转子槽的高度以及宽度进行相应的调整，进而满足应用要求，同时也提升了整体设计的科学性以及有效性。

五、电动机运行噪音控制设计

（一）电磁噪音

首先，在实际进行设计的过程中，需要考虑气隙磁密性，设计时需要降低整体数值参数，这样可以有效对电磁噪声进行相应的控制。在实际进行安装的过程中，电机定子以及转子之间会产生交变电磁场，此种磁场会对定转子的运行造成一定的影响，导致其运行产生振动，进而产生噪声，由此可见电机气隙磁密情况导致电动机运行产生振动和噪音。因此，设计人员在设计的过程中，需要适当降低气隙磁密，但是不得过低，需要保持在一定范围内即可。其次，电动机定子与转子在实际运行的过程中，还会产生相应的高次谐波磁场，此种情况也是导致电磁噪音的主要原因之一[4]。针对此情况，在实际进行设计的过程中，可以采用转子斜一个定子齿距，而对于绕组型式来说，可以选择正向绕组型式，且保证定子与转子之间的距离保持在0.04毫米的同轴度，且定子与转子铁心保持0.03kg/mm2左右的片间压力，进而实现降低高次谐波磁场的目的，起到降低电磁噪音的作用。最后，在实际进行设计的过程中，还需要对电机气隙基波磁场的椭圆率进行相应的控制，其也是控制电动机出现电磁噪音的有效方法之一。

（二）机械噪音

对于双值电容单相异步电动机来说，其在实际运行工作的过程中，也会产生相应的机械噪声，而这主要是因为设计人员在设计时，并未进行综合性考量，导致转子传动不平衡、气隙不均匀等情况，导致电动机运行振动较为强烈，最终导致出现机械噪音的情况，针对此情况，在实际进行设计的过程中，设计人员需要进行综合性考量，保证端盖与定子铁心配合良好，保证运行的稳定性，同时也可以保证过渡良好。通常情况下来讲，在实际进行安装的过程中，先安装前端盖，再安装后端盖，因此在进行设计的过程中，需要对后端盖的细节进行有效设计，进而防止定子铁心出现转动的情况，降低出现机械噪声；而对于前端盖的设计来说，需要保证安装和拆卸的便捷性，为后续的维修和维护提供支持。在设计的过程中，应用过度配合的方式，可以保证在实际运行的过程中定子与端盖轴承室之间具有良好的同轴度，其实避免产生单边磁拉力的有效措施，实现了解决机械噪音问题的目的，同时应用此种方法还可以避免在运行工作的过程中端盖出现变形的情况，避免影响后续设计的精准性以及可靠性。此外，在完成设计之后，施工人员需要按照设计图纸进行安装，保证安装的规范性，避免安装失误导致后续运转工作出现机械噪音。

结语：综上所述，对于双值电容单相异步电动机的设计来说，其已经成为当前重要研究内容，越来越多的研究人员以及技术人员投入到此项工作之中。本文对此进行了探究分析，针对不同内容进行讨论，发现在实际对其进行设计的过程中，可以应用单层叠绕组的方式进行设计，其应用效果更好，且主副绕组设计需要考虑磁动势平衡、槽满率等基本内容，以此保证运行的平衡性，降低能耗，同时也有助于降低噪音，因此在设计的过程中，可以以此为基础。

参考文献：

[1]韩志秋,冯金泉.高动态特性低压三相异步电动机设计及其制造[J].上海大中型电机,2022(2):41-44

[2]陆月星,黎和俊,张兴,等.三相异步电动机在不同风道开度下的温升探究分析[J].科技与创新, 2023(9):141-143.

[3]李广艺.螺杆压缩机用三相异步电动机电磁性能计算与分析[J].防爆电机,2021,56(3):20-22

[4]杨顺吉,王天宝,代颖,王睿琪.高速异步主轴电机的热分析与冷却结构设计[J].电机与控制应用,2022,49(1):80-87