单相异步电动机原理及正反转

图3 单相异步电动机的机械特性

单相异步电动机原理及正反转

单相异步电动机是指用单相交流电源供电的异步电动机。单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小、使用方便、运行可靠等优点，因此广泛用于工业、农业、医疗和家用电器等方面，最常见于电风扇、洗衣机、电冰箱、空调等家用电器中。但是单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比，体积较大，运行性能较差。因此，单相异步电动机一般只制成小容量的电动机，功率从几瓦到几千瓦。单相异步电动机在家用电器中的应用特别广泛，与人们的生活密切相关。

单行异步电动机的结构如下图：

一、 单相异步电动机的工作原理和机械特性 当单相正弦交流电通入定子单相绕组时，就会在绕组轴线方向上产生一个大小和方向交变的磁场，如图1所示。这种磁场的空间位置不变，其幅值在时间上随交变电流按正弦规律变化，具有脉动特性，因此称为脉动磁场，如图2(a)所示。可见，单相异

步电动机中的磁场是一个脉动磁场，不同于三相异步电动机中的旋转磁场

。

(a)交变脉动磁场 (b)脉动磁场的分解 图2 脉动磁场分解成两个方向相反的旋转

磁场

为了便于分析，这个脉动磁场可以分解为大小相等，方向相反的两个旋转磁场，如图2(b)所示。它们分别在转子中感应出大小

图1 单相交变磁场

相等，方向相反的电动势和电流。

两个旋转磁场作用于笼型转子的导体中将产生两个方向相反的电磁转矩T+和T- ，合成后得到单相异步电动机的机械特性，如图3所示。图中，T+为正向转矩，由旋转磁场B m1产生；T- 为反向转矩，由反向旋转磁场B m2产生，而T为单相异步电动机的合成转矩。

从图3可知，单相异步电动机一相绕组通电的机械特性有如下特点：

1．当n=0时，T + =T-，合成转矩T=0。即单相异步电动机的启动转矩为零，不能自行启动。

2．当n＞0时，T＞0；n＜0时，T＜0。即转向取决于初速度的方向。当外力给转子一个正向的初速度后，就会继续正向旋转；而外力给转子一个反向的初速度时，电机就会反转。

3．由于转子中存在着方向相反的两个电磁转矩，因此理想空载转速n0小于旋转磁场的转速n1；与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机额定转速略低，过载能力、效率和功率因数也较低。

二、单相异步电动机的启动

单相异步电动机由于启动转矩为零，所以不能自行启动。为了解决单相异步电动机的启动问题，可在电动机的定子中加装一个启动绕组。如果工作绕组与启动绕组对称，即匝数相等，空间互差90°电角度，通入相位差90°的两相交流电，则可在气隙中产生旋转磁场，转子就能自行启动，如图4所示。转动后的单相异步电动机，断开启动绕组后仍可继续工作。

图4 两相绕组产生的旋转磁场

上述启动方法称为单相异步电动机的分相启动，即把单相交流电裂变为两相交流电，从

而在单相异步电动机内部建立一个旋转磁场。

三、 单相异步电动机的分类

单相异步电动机的启动绕组和工作绕组由同一单相交流电源供电，如何把这两个绕组中电流的相位分开是很重要的。单相异步电动机根据分相的方法不同可分为：单相电阻启动异步电动机、单相电容启动异步电动机、单相电容运行异步电动机、单相电容启动与运行异步电动机、单相罩极电动机等。

1．单相电阻启动异步电动机

图4是单相电阻启动异步电动机的原理图。单相电阻启动异步电动机的启动绕组匝数少、导线细；工作绕组匝数多、导线粗。

图4 单相电阻启动异步电动机 图5 单相电容启动异步电动机

两个绕组并联接在同一交流电源时，会流过不同相位的电流，启动绕组电流2I 超前于工作绕组电流1

I 一个电角度，从而产生旋转磁场，获得启动转矩。当转速上升后，自动断开启动绕组，实行单相运行。单相电阻启动异步电动机常用于电冰箱的压缩机电动机中。为了

增大启动绕组电流2I 与工作绕组电流1

I 的相位差，启动绕组在绕制时，往往会反绕若干匝数，以便减少有效匝数，达到减小电抗、增大电阻的目的，修理电动机时特别要注意这种情

况，否则无法启动。

2．单相电容启动异步电动机

如果在启动绕组中串入一个电容器，就构成了单相电容启动异步电动机，图5是它的原

理线路图。由于电容器的作用，使启动绕组中的电流2I 超前于工作绕组电流1

I 一定的相位差。当电容量合适时，可使相位差接近90°。这样可使电动机在启动时获得最佳的旋转磁场。所以这种单相异步电动机的启动转矩较大，启动电流较小，启动性能最好。适用于各种满载启动的机械，如小型空气压缩机、木工机械等，在部分电冰箱压缩机中也采用。

上述两种电动机在启动过程接近结束时，离心开关S 自动断开启动绕组，只留下工作绕组继续通电，工作在单相运行状态。由于启动绕组工作时间短，所以按短时工作制设计，

线径较细，不能长期通电工作。

3．单相电容运行异步电动机

将单相电容启动异步电动机中的启动开关去掉，并将启动绕组的导线加粗，由短时工作方式变成长期运行方式，就组成了单相电容运行异步电动机。如图6所示。这时的启动绕组和电容器不仅在启动时起作用，运行时也起作用，这样可以提高电动机的功率因数和效率，所以这种电动机的工作性能最好。

单相电容运行异步电动机的电容器容量是根据运行性能确定的，容量较小，所以启动性能不如单相电容启动异步电动机好，但是由于这种电动机不要启动开关，电容量小，结构简单，价格低，工作可靠，运行性能好，所以广泛应用于电风扇、洗衣机等单相用电设备中。

图6单相电容运行异步电动机图7单相电容启动与运行异步电动机

4．单相电容启动与运行异步电动机

为了使单相异步电动机有好的启动性能，应该在启动绕组中串入一个大容量的电容器；而好的运行性能只需一个小容量电容器。为了兼顾两者，可在启动绕组的回路中串入两个并联的电容器，其中容量较大的电容器串一个启动开关，图7就是单相电容启动与运行异步电动机的接线原理图。启动时，两个电容器同时作用，电容量较大，电动机有较好的启动性能，当转速上升到一定程度时，开关S自动断开，只保留一个小电容器参与运行，确保运行时有较好的性能。由此可见，单相电容启动与运行异步电动机，虽然结构复杂、成本较高，但各种性能是最好的，所以适用于空调、小型空气压缩机等功率较大的设备中。

5．单相罩极式异步电动机

单相罩极式异步电动机是结构最简单的一种单相异步电动机。按磁极形式不同可分为凸极式和隐极式两种。凸极式按绕组形式又可分为集中绕组和分布绕组两种，转子都采用笼型结构，如图8所示。