單相交流異步電動機

　　單相交流異步電動機為小功率電動機，采用單相交流電供電，結構簡單、成本低、噪聲小、安裝方便，因此應用非常廣泛。尤其是在家用電器中，用在電風扇、洗衣機、電冰箱、吸塵器等的動力機。

　　單相交流電動機只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當轉(zhuǎn)子靜止時，這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動機無法旋轉(zhuǎn)。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉(zhuǎn)時(如順時針方向旋轉(zhuǎn))，這時轉(zhuǎn)子與順時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運動變?。晦D(zhuǎn)子與逆時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運動變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來。

　　單相繞組產(chǎn)生的是一個脈振磁場，其起動轉(zhuǎn)矩等于零，不能自行起動。要應用單相異步電動機，首先必須解決它的起動問題。一般單相異步電動機(除集中式罩極電動機外)均采用兩套繞組。一套為主繞組(也叫工作繞組、運行繞組)，另一套為輔助繞組(也叫起動繞組、副繞組)。主、輔繞組在定子空間布置上相差90°電角度，同時使兩套繞組中的電流在時間上也不同相位。例如在輔助繞組中串聯(lián)一個適當?shù)碾娙萜骷纯蛇_到。這樣一個相差90°電角度的兩相旋轉(zhuǎn)磁場就使單相異步電動機旋轉(zhuǎn)起來。電動機轉(zhuǎn)動起來后起動裝置適時地自動將輔助繞組從電源斷開，僅剩下主繞組在線路上工作。

　　如圖1(a)圖所示，i1和i2兩個電流在相位上相差90°，圖1(b)所示為在空間布置上相差90°電角度的兩相繞組。將i1通入繞組A-X、i2通入繞組B-Y。線端 A、B為繞組首端，線端X、Y為繞組末端。正電流從繞組的首端流入，負電流從繞組的末端流入。圖1(c)各圖顯示了i1和i2兩個電流5個瞬時所產(chǎn)生的磁場情況，從圖中可以看出，當電流變化一周時，磁場也旋轉(zhuǎn)了一周。綜上所述，我們只要將相位上相差90°的兩個電流，通入在空間相差90°電角度的繞組，就能使單相異步電動機產(chǎn)生一個兩相旋轉(zhuǎn)磁場。在它的作用下，轉(zhuǎn)子得到起動轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動起來進行工作。

　　簡單的說，單相異步電動機的工作原理是建立在脈振磁動勢可以分解為兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢理論的基礎上。電動機固有特性是不能自行起動，但一經(jīng)起動即可連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，由此設法加強正向旋轉(zhuǎn)磁動勢，削弱反向旋轉(zhuǎn)磁動勢，使磁動勢變?yōu)闄E圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而可解決起動問題。

圖1

　　根據(jù)單相異步電動機的原理不能自行起動，而必須依靠外力來完成起動過程。不過它一旦起動即可朝起動方向連續(xù)不斷地運轉(zhuǎn)下去。根據(jù)起動方式的不同，單相異步電動機可以分為許多不同的型式。常用的有：

01罩極式電動機

　　罩極電動機具有結構簡單、制造方便、造價低廉、使用可靠、故障率低的特點。其主要缺點是效率低、起動轉(zhuǎn)矩小、反轉(zhuǎn)困難等。罩極電動機多用于輕載起動的負荷，凸極式集中繞組罩極電動機，常用于電風扇、電唱機。隱極式分布繞組罩極電動機則用于小型鼓風機、油泵中。

02分相式電動機

　　分相電動機具有構造簡單、價格低廉、故障率低、使用方便的特點。 分相式電動機的起動轉(zhuǎn)矩一般是滿載轉(zhuǎn)矩的兩倍，因此它的應用范圍很廣，如電冰箱、空調(diào)機的配套電動機。單相分相式電動機具有中等起動轉(zhuǎn)矩和過載能力，適用于低慣量負載、不經(jīng)常起動、負載可變而要求轉(zhuǎn)速基本不變的場合，如小型車床、鼓風機、電冰箱壓縮機、醫(yī)療器械等。

03電容式電動機

　　電容式電動機(又分為：電容起動式;電容運轉(zhuǎn)式;電容起動、運轉(zhuǎn)式三種)。

　　單相電容起動式電動機這種電機具有較高起動轉(zhuǎn)矩，一般達到滿載轉(zhuǎn)矩的3～5倍，故能適用于滿載起動的場合。由于它的電容器和副繞組只在起動時接入電路，所以它的運轉(zhuǎn)都與同樣大小并有相同設計的分相式電動機基本相同。單相電容起動式電動機多用于：電冰箱、水泵、小型空氣壓縮機及其它需要滿載起動的電器、機械。

　　單相電容運轉(zhuǎn)式電動機這種電機的起動轉(zhuǎn)矩較低，但功率因數(shù)和效率均比較高。它體積小、重量輕、運行平穩(wěn)、振動與噪聲小、可反轉(zhuǎn)、能調(diào)速，適用于直接與負載聯(lián)接的場合。如電風扇、通風機、錄音機及各種空載或輕載起動的機械，但不適于空載或輕載運行的負載。

　　單相電容起動與運轉(zhuǎn)式電動機這種電機具有較好的起動性能，較高的功率因數(shù)、效率和過載能力，可以調(diào)速。適用于帶負載起動和要求低噪聲的場合，如小型機床、泵、家用電器等。

01效率比較

　　由于反向旋轉(zhuǎn)磁場的存在，單相電機有很大的轉(zhuǎn)子銅損和較大的轉(zhuǎn)子鐵損，這兩種損耗在三相電機中都很小，因此，三相電機的效率比單相電機的高。

02轉(zhuǎn)矩

　　由于電磁制動力矩的存在，單相電機帶負載的能力不如三相電機。

03運行穩(wěn)定性

　　由于瞬時轉(zhuǎn)矩不是恒定的，單相電機的運行穩(wěn)定性不如三相電機。

04生產(chǎn)成本

　　單相電機存在反向的電磁制動力矩，這就要求單相電機要較大的安匝數(shù)，這就增加了電機耗銅量和鐵心損耗，導致溫度上升，體積增大。生產(chǎn)成本提高。

　　總的來說，單相電機的性能不如三相電機，但是只需要單相電源供電，而且調(diào)速方便，因而在家用電器等小功率場合廣泛應用。