刷地機專用單相雙值電容異步電動機的選型探討

黃潔茵

摘 要：多功能刷地機是一種對硬質(zhì)地面清洗同時吸干污水，并將污水帶離現(xiàn)場的清潔機械，在發(fā)達國家的各個領(lǐng)域的使用非常普遍。近年來，隨著人力成本的提高，以機械代替人力的清潔理念深入人心，刷地機的使用得以廣泛推廣。該文介紹多功能刷地機的結(jié)構(gòu)，及其主要部件電機的類型、設(shè)計重點及關(guān)鍵零部件，為多功能刷地機選用電機及維修設(shè)備提供指南。

關(guān)鍵詞：多功能刷地機 單相雙值電容異步電動機 功率

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）01（c）-0036-02

刷地機通過地刷的轉(zhuǎn)動對地面形成摩擦，從而達到清潔、打磨地面的效果，它的組成包括操作桿、水箱、機頭、地刷、針座。而組成部件中，機頭是最為關(guān)鍵的，是刷地機的心臟。機頭主要是由電機及一些電控配件組成，目前市場上的刷地機所使用的電機主要為單相雙值電容異步電動機。電機功率大小、制造工藝流程的復雜程度以及所用的關(guān)鍵零件是國產(chǎn)還是進口等要素導致了電機價格、質(zhì)量有較明顯的差別。在這里介紹一下此類電機的設(shè)計重點及關(guān)鍵零件特性，為刷地機選用電機時提供參考。

1 刷地機對電機電氣性能的要求

單相雙值電容異步電動機是指既有啟動電容，也有運行電容的單相異步電動機；定子上有兩套繞組，分別為主繞組與副繞組；采用鼠籠轉(zhuǎn)子。其工作原理是啟動電容通過離心開關(guān)連接在副繞組上（見圖1），當轉(zhuǎn)速達到72%～83%的同步轉(zhuǎn)速后，離心開關(guān)在離心力的作用下斷開，啟動電容與副繞組斷開，完成了啟動電容“啟動”的使命，而運行電容則是一直串接在副繞組上，保證了電機的正常運轉(zhuǎn)。此類電機相比于其他的單相電機，具有較高啟動性能、過載能力、功率因數(shù)和效率。以下詳述5個刷地機電機的關(guān)鍵性能參數(shù)。

1.1 輸出功率

目前用于刷地機的電機輸出功率最普遍的有3種：1.0HP、1.5HP、2.0HP。

1.0HP：用于地面條件粗糙度較小的場合，如洗地板。

1.5HP：是國內(nèi)外用的最廣泛的，用于洗地、洗地毯、打蠟、拋光。

2.0HP：用于一些需做石材翻新的場合，或地面條件比較粗糙的清潔場合。

1.2 啟動轉(zhuǎn)矩

電機在啟動過程中，其啟動轉(zhuǎn)矩應大于刷地機在地面所遇到的阻力，才能不斷加速，直到穩(wěn)定運行。刷地機遇到的阻力由兩部分組成，即自身機頭重力（包括電機本身重量及所附加的配重）及地面的摩擦力。除此以外，由于單刷機所用的電纜線很長，導致一定的壓降產(chǎn)生。所以單相雙值電容異步電動機根據(jù)國標要求，其啟動能力為>1.7倍的額定轉(zhuǎn)矩，此啟動能力是不足以讓刷地機順利啟動的，根據(jù)設(shè)計及使用經(jīng)驗，一般需要3倍左右的啟動能力。

1.3 過載能力

過載能力是指電機在超過額定功率（或電流、轉(zhuǎn)矩）的狀態(tài)下運行的能力。長時間運行在過載負載下，電機發(fā)熱嚴重，絕緣層會受到破壞，久而久之電機會燒壞。所以實際操作刷地機時，需確保不要讓電機在過載狀態(tài)長期運行。電機過載越多，允許過載的時間越短，過載嚴重時，在非常短的時間內(nèi)電機就會燒壞。

1.4 溫升

電機的溫升是指導體通電流后產(chǎn)生電流熱效應，隨著時間的推移，導體表面的溫度不斷地上升直至穩(wěn)定。穩(wěn)定的條件是在3h內(nèi)前后溫差不超過2℃，此時測得導體表面的溫度為此導體的最終溫度，溫度的單位為攝氏度（℃）。上升的溫度中，超過周圍空氣的溫度（環(huán)境溫度）的這一部分溫度稱為溫升，溫升的單位為開氏（K）。電機的額定溫升取決于繞組的絕緣等級，刷地機的電機絕緣等級常用的有兩種：B級及F級。B級的額定溫升為85K，最高允許溫度為130℃，即此電機所采用的絕緣材料能耐高溫為130℃，保證電機在130℃下正常工作；F級的額定溫升為105K，最高允許溫度為155℃，即此電機所采用的絕緣材料能耐高溫為155℃，保證電機在155℃下正常工作。刷地機制造廠商很少去關(guān)注電機的線組溫升，他們往往只關(guān)注電機機殼表面的溫度，這于他們而言，是最直接的感觸。而實際上，一臺電機設(shè)計好了，那么電機的溫升也就確定下來了。而機殼溫度則會隨環(huán)境溫度升高而升高。舉例如下。

一款1.5HP的單刷機電機，絕緣等級為F級，設(shè)計好后實測溫升為70K，當環(huán)境溫度為25℃時，所測量的機殼溫度為72℃，此時線圈受到的溫度為（70K+25℃）=95℃，在155℃范圍內(nèi)，電機可正常使用；當環(huán)境溫度上升40℃時，此時電機的溫升是不會變的，還是70K，但機殼溫度很有可能已升高到約90℃，此時人的手觸碰機殼，會覺得很燙，但繞組此時的溫度為（70K+40℃）=110℃，此溫度還在F級絕緣等級規(guī)定的溫度155℃內(nèi)，電機還是可以正常運行的。所以，在沒有對環(huán)境溫度作規(guī)定的前提下對機殼提出最高溫度要求，是沒有多大意義的。使用者應結(jié)合使用場合的最高環(huán)境溫度，直接對電機（繞組）溫升標準提出要求。

1.5 轉(zhuǎn)向

用于刷地機的電機轉(zhuǎn)向由刷地機廠商的輸出聯(lián)結(jié)部件而定，常用的帶了行星齒輪箱后的175刷地機，齒輪箱轉(zhuǎn)向要求為順時針。電機的轉(zhuǎn)向由副繞組的電流是超前或滯后主繞組而定的，所以，根據(jù)此原理，如要換電機轉(zhuǎn)向，只需調(diào)換主繞組或副繞組的接線端的頭尾。

2 關(guān)鍵零件

單相雙值電容異步電動機不同于其它類型電機結(jié)構(gòu)的最明顯的特點在于此類電機有兩個電容及離心開關(guān)。這兩個零件是單相雙值電容異步電動機比較關(guān)鍵的零件，很大程度上決定了電機的壽命。

2.1 電容

單相雙值電容異步電動機有兩個電容，一個是啟動電容，另一個是運行電容。啟動電容是用來啟動單相異步電動機的，屬于一種交流電解電容器或聚丙烯、聚酯電容器，其容值比運行電容的要大很多。啟動電容是幫助電機啟動，如果缺少啟動電容，電動機啟動困難或無法啟動，常表現(xiàn)為空載啟動正常，加載后無法啟動。啟動時由于有啟動電容，啟動電流較大，所以啟動電容不能長期聯(lián)接在電路里參與電機整個運行過程，在電機正常運行后，需斷開啟動電容的聯(lián)接。

運行電容是一種金屬化聚丙烯薄膜介質(zhì)電容器，它與副繞組串聯(lián)，參與電機的啟動及運行整個過程，運行電容的使用，可以使電機具有較高的功率因數(shù)、效率及過載能力。如果缺少運行電容，電動機可以啟動，但輸出功率變小，常表現(xiàn)為帶負載能力降低。

2.2 離心開關(guān)

離心開關(guān)由兩部分構(gòu)成：（1）安裝在電機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)動的離心開關(guān)；（2）具有電接觸裝置的固定開關(guān)，用于控制啟動線圈。其工作原理為：固定開關(guān)與啟動電容串聯(lián)，轉(zhuǎn)子靜止時，啟動回路通過離心開關(guān)導通開始啟動，達到一定轉(zhuǎn)速時，離心開關(guān)斷開自動切斷啟動回路，啟動結(jié)束，電機變成運行狀態(tài)。

3 結(jié)語

多功能刷地機專用單相雙值電容異步電動機，既有普通單相電機的一些共性，但更多的還是具有專用清潔設(shè)備的一些特性，此文所論及的這類電機的設(shè)計特點，既可提供選型參考，也可為維修設(shè)備做指引。

參考文獻

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