刷地机专用单相双值电容异步电动机的选型探讨

黄洁茵

摘 要：多功能刷地机是一种对硬质地面清洗同时吸干污水，并将污水带离现场的清洁机械，在发达国家的各个领域的使用非常普遍。近年来，随着人力成本的提高，以机械代替人力的清洁理念深入人心，刷地机的使用得以广泛推广。该文介绍多功能刷地机的结构，及其主要部件电机的类型、设计重点及关键零部件，为多功能刷地机选用电机及维修设备提供指南。

关键词：多功能刷地机 单相双值电容异步电动机 功率

中图分类号：TM343 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（c）-0036-02

刷地机通过地刷的转动对地面形成摩擦，从而达到清洁、打磨地面的效果，它的组成包括操作杆、水箱、机头、地刷、针座。而组成部件中，机头是最为关键的，是刷地机的心脏。机头主要是由电机及一些电控配件组成，目前市场上的刷地机所使用的电机主要为单相双值电容异步电动机。电机功率大小、制造工艺流程的复杂程度以及所用的关键零件是国产还是进口等要素导致了电机价格、质量有较明显的差别。在这里介绍一下此类电机的设计重点及关键零件特性，为刷地机选用电机时提供参考。

1 刷地机对电机电气性能的要求

单相双值电容异步电动机是指既有启动电容，也有运行电容的单相异步电动机；定子上有两套绕组，分别为主绕组与副绕组；采用鼠笼转子。其工作原理是启动电容通过离心开关连接在副绕组上（见图1），当转速达到72%～83%的同步转速后，离心开关在离心力的作用下断开，启动电容与副绕组断开，完成了启动电容“启动”的使命，而运行电容则是一直串接在副绕组上，保证了电机的正常运转。此类电机相比于其他的单相电机，具有较高启动性能、过载能力、功率因数和效率。以下详述5个刷地机电机的关键性能参数。

1.1 输出功率

目前用于刷地机的电机输出功率最普遍的有3种：1.0HP、1.5HP、2.0HP。

1.0HP：用于地面条件粗糙度较小的场合，如洗地板。

1.5HP：是国内外用的最广泛的，用于洗地、洗地毯、打蜡、抛光。

2.0HP：用于一些需做石材翻新的场合，或地面条件比较粗糙的清洁场合。

1.2 启动转矩

电机在启动过程中，其启动转矩应大于刷地机在地面所遇到的阻力，才能不断加速，直到稳定运行。刷地机遇到的阻力由两部分组成，即自身机头重力（包括电机本身重量及所附加的配重）及地面的摩擦力。除此以外，由于单刷机所用的电缆线很长，导致一定的压降产生。所以单相双值电容异步电动机根据国标要求，其启动能力为>1.7倍的额定转矩，此启动能力是不足以让刷地机顺利启动的，根据设计及使用经验，一般需要3倍左右的启动能力。

1.3 过载能力

过载能力是指电机在超过额定功率（或电流、转矩）的状态下运行的能力。长时间运行在过载负载下，电机发热严重，绝缘层会受到破坏，久而久之电机会烧坏。所以实际操作刷地机时，需确保不要让电机在过载状态长期运行。电机过载越多，允许过载的时间越短，过载严重时，在非常短的时间内电机就会烧坏。

1.4 温升

电机的温升是指导体通电流后产生电流热效应，随着时间的推移，导体表面的温度不断地上升直至稳定。稳定的条件是在3h内前后温差不超过2℃，此时测得导体表面的温度为此导体的最终温度，温度的单位为摄氏度（℃）。上升的温度中，超过周围空气的温度（环境温度）的这一部分温度称为温升，温升的单位为开氏（K）。电机的额定温升取决于绕组的绝缘等级，刷地机的电机绝缘等级常用的有两种：B级及F级。B级的额定温升为85K，最高允许温度为130℃，即此电机所采用的绝缘材料能耐高温为130℃，保证电机在130℃下正常工作；F级的额定温升为105K，最高允许温度为155℃，即此电机所采用的绝缘材料能耐高温为155℃，保证电机在155℃下正常工作。刷地机制造厂商很少去关注电机的线组温升，他们往往只关注电机机壳表面的温度，这于他们而言，是最直接的感触。而实际上，一台电机设计好了，那么电机的温升也就确定下来了。而机壳温度则会随环境温度升高而升高。举例如下。

一款1.5HP的单刷机电机，绝缘等级为F级，设计好后实测温升为70K，当环境温度为25℃时，所测量的机壳温度为72℃，此时线圈受到的温度为（70K+25℃）=95℃，在155℃范围内，电机可正常使用；当环境温度上升40℃时，此时电机的温升是不会变的，还是70K，但机壳温度很有可能已升高到约90℃，此时人的手触碰机壳，会觉得很烫，但绕组此时的温度为（70K+40℃）=110℃，此温度还在F级绝缘等级规定的温度155℃内，电机还是可以正常运行的。所以，在没有对环境温度作规定的前提下对机壳提出最高温度要求，是没有多大意义的。使用者应结合使用场合的最高环境温度，直接对电机（绕组）温升标准提出要求。

1.5 转向

用于刷地机的电机转向由刷地机厂商的输出联结部件而定，常用的带了行星齿轮箱后的175刷地机，齿轮箱转向要求为顺时针。电机的转向由副绕组的电流是超前或滞后主绕组而定的，所以，根据此原理，如要换电机转向，只需调换主绕组或副绕组的接线端的头尾。

2 关键零件

单相双值电容异步电动机不同于其它类型电机结构的最明显的特点在于此类电机有两个电容及离心开关。这两个零件是单相双值电容异步电动机比较关键的零件，很大程度上决定了电机的寿命。

2.1 电容

单相双值电容异步电动机有两个电容，一个是启动电容，另一个是运行电容。启动电容是用来启动单相异步电动机的，属于一种交流电解电容器或聚丙烯、聚酯电容器，其容值比运行电容的要大很多。启动电容是帮助电机启动，如果缺少启动电容，电动机启动困难或无法启动，常表现为空载启动正常，加载后无法启動。启动时由于有启动电容，启动电流较大，所以启动电容不能长期联接在电路里参与电机整个运行过程，在电机正常运行后，需断开启动电容的联接。

运行电容是一种金属化聚丙烯薄膜介质电容器，它与副绕组串联，参与电机的启动及运行整个过程，运行电容的使用，可以使电机具有较高的功率因数、效率及过载能力。如果缺少运行电容，电动机可以启动，但输出功率变小，常表现为带负载能力降低。

2.2 离心开关

离心开关由两部分构成：（1）安装在电机转子上的转动的离心开关；（2）具有电接触装置的固定开关，用于控制启动线圈。其工作原理为：固定开关与启动电容串联，转子静止时，启动回路通过离心开关导通开始启动，达到一定转速时，离心开关断开自动切断启动回路，启动结束，电机变成运行状态。

3 结语

多功能刷地机专用单相双值电容异步电动机，既有普通单相电机的一些共性，但更多的还是具有专用清洁设备的一些特性，此文所论及的这类电机的设计特点，既可提供选型参考，也可为维修设备做指引。

参考文献

[1] 陈永校，汤宗武.小功率电动机[M].北京：机械工业出版社，1992.

[2] 庞启淮.小功率电动机选择与应用技术[M].北京：人民邮电出版社，1998.

[3] 陈永真，李锦.电容器手册[M].北京：科学出版社，2008.