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摘 要：在家电电动机的变频调速应用中，其广泛使用的电容分相式单相异步电动机中的电容器与变频器之间存在难以克服的相互影响。本文论述了家电电动机实现变频调速需要解决的上述问题及其处理方法。
关键词：单相异步电动机 变频调速
中图分类号：TM343+.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0106-01
电机的变频调速，以其优越的调速性能在企业生产中得到了广泛的应用。但是，除变频空调器以外，在其他家电中很少应用。究其原因，主要是广泛使用的电容分相式单相异步电动机中的电容器与变频器之间存在难以克服的相互影响。这里重点介绍处理这一问题的有效方法。
1 家电电动机的类型及其调速
应用在家电中的电动机有单相异步电动机、三相异步电动机、无刷同步电动机与直流电动机，其中以单相异步电动机为多。单相异步电动机包括电容分相式、电阻分相式和罩极式，其中以电容分相式单相异步电动机使用为多。该种类型的电动机又可分为单相电容运转式、单相电容启动式和单相双电容式，如图1，图2所示。家电中电动机常用的调速方法是调压调速，虽然此调速方法简单、成本低，但调速范围小、稳定性差和转矩特性差，不能满足使用要求。如果家电中的电动机能采用变频调速的方法，则具有较大的调速范围、较好的稳定性和转矩特性，同时还有节能作用。
单相电容启动及运转异步电动机接线图（如图1、2所示）。
2 家电电动机应用变频器需要解决的问题
2.1 单相电源
家电一般采用单相交流电源，如果采用变频调速，则变频器主回路的整流环节只能采用单相桥式整流型式。相对三相桥式整流的变频器而言，直流输出的波纹系数大，应更好地考虑电容滤波，电感平波的作用。
2.2 电容分相式单相异步电动机
电容分相式单相异步电动机应用变频器存在以下问题需要解决。（1）电容器的容量变化。运行电容是按50Hz的交流电设计其容量的。由于电容器的电容量与电源频率有关，变频器的高频载波会使电容器的容量发生变化，则主、辅绕组中的相位差不为90，电动机不能形成圆形的旋转磁场，运行特性变差。（2）电容器的耐高频能力。电容器的耐高频能力一般只有几百赫兹，而变频器的高频载波一般为3～5kHz，因此，高频载波会对电容器产生危害，使电容器发热，甚至爆炸。（3）电容器对变频器的影响。由于电容器对电源具有吸收与释放能量的作用，对变频器可能造成波形的“死区”堵塞，使上下桥路同时导通短路、变频器保护动作停机，影响生产，甚至损坏变频器的功率器件。（4）离心开关的对变频器的影响。当电动机转速启动到一定值后，离心开关将辅绕组脱开，此时电动机电流增大；由于离心开关的动作与转速有关，且动作时有6倍左右额定工作电流的冲击电流，会对变频器产生影响与危害，所以，带离心开关的单相电动机不能用变频器调速。
3 家电电动机和变频器的配合与改造方案
家电电动机采用变频调速，需要考虑的是既要发挥变频调速的优势，又要使电动机的性能得到充分发挥，因此在两者的设计使用中就要考虑相互配合的问题。
3.1 电阻分相式单相异步电动机和变频器的配合
电阻分相式单相异步电动机在家电中很少见到，主要是因为辅绕组电流与主绕组电流的相位差较小（一般为30度左右），只能形成椭圆度较大的旋转磁场，电动机的启动转矩与最大转矩都较小。但是，诺设计为单向输入三相输出的变频器，采用电感分相式接线方法，能使主、辅绕组电流的相位差约为90度，电动机形成旋转磁场，启动转矩与最大转矩都较前者大，类似电容分相式单相电动机。
3.2 电容分相式单相异步电动机和变频器的配合
带有离心开关的电容分相式单相异步电动机，首先考虑去掉离心开关，变频器设计为单相输入、单相输出形式，能较好地发挥变频器与电动机的运行性能。应该强调的是在变频器与电动机之间接电感L，目的是尽可能地把变频器的高频载波滤掉，而保留变频基波，解决高频载波对电容器的危害、影响辅绕组电流的移相角及电容器对变频器的影响；另外适当降低高频载波的频率也可以起到较好的改善作用。电容器C应采用耐高频、耐高压的固定电容（不能使用电解电容）。
3.3 两相异步电动机和变频器的配合
把电容分相式单相异步电动机中的电容（包括离心开关）全部去掉，并把主、辅两相绕组脱开，各自接上变频器输出的单相交流电源，即成为两相异步电动机。变频器分别对主、辅绕组进行变频变压控制，使两绕组中的电流相位相差90，电动机形成圆形旋转磁场，具有较大的启动转矩。
3.4 三相异步电动机和变频器的配合
考虑到三相异步电动机比单相异步电动机运行性能更好，把变频器设计成单相输入、三相输出的形式。显然，这种配合能很好地发挥变频器与电动机两者的优越性能。应注意的是，变频器输出的是220V的三相变频电源，应接三相220V的电动机。若电动机是Y接法的380V电动机，则要将Y接法改为△形接法。
综上所述，从家电的容量考虑，小容量家电采用前两种方案；较大容量的家电采用第二和第三种方案；大容量家电采用第四种方案。具体而言，空调采用第四种方案，电冰箱与洗衣机采用第二种和第三种方案，电风扇采用前两种方案为好。
关键词：单相异步电动机 变频调速
中图分类号：TM343+.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0106-01
电机的变频调速，以其优越的调速性能在企业生产中得到了广泛的应用。但是，除变频空调器以外，在其他家电中很少应用。究其原因，主要是广泛使用的电容分相式单相异步电动机中的电容器与变频器之间存在难以克服的相互影响。这里重点介绍处理这一问题的有效方法。
1 家电电动机的类型及其调速
应用在家电中的电动机有单相异步电动机、三相异步电动机、无刷同步电动机与直流电动机，其中以单相异步电动机为多。单相异步电动机包括电容分相式、电阻分相式和罩极式，其中以电容分相式单相异步电动机使用为多。该种类型的电动机又可分为单相电容运转式、单相电容启动式和单相双电容式，如图1，图2所示。家电中电动机常用的调速方法是调压调速，虽然此调速方法简单、成本低，但调速范围小、稳定性差和转矩特性差，不能满足使用要求。如果家电中的电动机能采用变频调速的方法，则具有较大的调速范围、较好的稳定性和转矩特性，同时还有节能作用。
单相电容启动及运转异步电动机接线图（如图1、2所示）。
2 家电电动机应用变频器需要解决的问题
2.1 单相电源
家电一般采用单相交流电源，如果采用变频调速，则变频器主回路的整流环节只能采用单相桥式整流型式。相对三相桥式整流的变频器而言，直流输出的波纹系数大，应更好地考虑电容滤波，电感平波的作用。
2.2 电容分相式单相异步电动机
电容分相式单相异步电动机应用变频器存在以下问题需要解决。（1）电容器的容量变化。运行电容是按50Hz的交流电设计其容量的。由于电容器的电容量与电源频率有关，变频器的高频载波会使电容器的容量发生变化，则主、辅绕组中的相位差不为90，电动机不能形成圆形的旋转磁场，运行特性变差。（2）电容器的耐高频能力。电容器的耐高频能力一般只有几百赫兹，而变频器的高频载波一般为3～5kHz，因此，高频载波会对电容器产生危害，使电容器发热，甚至爆炸。（3）电容器对变频器的影响。由于电容器对电源具有吸收与释放能量的作用，对变频器可能造成波形的“死区”堵塞，使上下桥路同时导通短路、变频器保护动作停机，影响生产，甚至损坏变频器的功率器件。（4）离心开关的对变频器的影响。当电动机转速启动到一定值后，离心开关将辅绕组脱开，此时电动机电流增大；由于离心开关的动作与转速有关，且动作时有6倍左右额定工作电流的冲击电流，会对变频器产生影响与危害，所以，带离心开关的单相电动机不能用变频器调速。
3 家电电动机和变频器的配合与改造方案
家电电动机采用变频调速，需要考虑的是既要发挥变频调速的优势，又要使电动机的性能得到充分发挥，因此在两者的设计使用中就要考虑相互配合的问题。
3.1 电阻分相式单相异步电动机和变频器的配合
电阻分相式单相异步电动机在家电中很少见到，主要是因为辅绕组电流与主绕组电流的相位差较小（一般为30度左右），只能形成椭圆度较大的旋转磁场，电动机的启动转矩与最大转矩都较小。但是，诺设计为单向输入三相输出的变频器，采用电感分相式接线方法，能使主、辅绕组电流的相位差约为90度，电动机形成旋转磁场，启动转矩与最大转矩都较前者大，类似电容分相式单相电动机。
3.2 电容分相式单相异步电动机和变频器的配合
带有离心开关的电容分相式单相异步电动机，首先考虑去掉离心开关，变频器设计为单相输入、单相输出形式，能较好地发挥变频器与电动机的运行性能。应该强调的是在变频器与电动机之间接电感L，目的是尽可能地把变频器的高频载波滤掉，而保留变频基波，解决高频载波对电容器的危害、影响辅绕组电流的移相角及电容器对变频器的影响；另外适当降低高频载波的频率也可以起到较好的改善作用。电容器C应采用耐高频、耐高压的固定电容（不能使用电解电容）。
3.3 两相异步电动机和变频器的配合
把电容分相式单相异步电动机中的电容（包括离心开关）全部去掉，并把主、辅两相绕组脱开，各自接上变频器输出的单相交流电源，即成为两相异步电动机。变频器分别对主、辅绕组进行变频变压控制，使两绕组中的电流相位相差90，电动机形成圆形旋转磁场，具有较大的启动转矩。
3.4 三相异步电动机和变频器的配合
考虑到三相异步电动机比单相异步电动机运行性能更好，把变频器设计成单相输入、三相输出的形式。显然，这种配合能很好地发挥变频器与电动机两者的优越性能。应注意的是，变频器输出的是220V的三相变频电源，应接三相220V的电动机。若电动机是Y接法的380V电动机，则要将Y接法改为△形接法。
综上所述，从家电的容量考虑，小容量家电采用前两种方案；较大容量的家电采用第二和第三种方案；大容量家电采用第四种方案。具体而言，空调采用第四种方案，电冰箱与洗衣机采用第二种和第三种方案，电风扇采用前两种方案为好。