单相电机

当单相正弦电流通过定子绕组时，电机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。

要使单相电机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，

在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电机为单相电机，要改变这种电机的转向，只要把辅助绕组的接线端头调换一下即可。

在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3～1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。

单相电机，是指由220V交流单相电源供电而运转的异步电动机。因为220V电源供电非常方便经济，而且家庭生活用电也都是220V，所以单相电机不但在生产上用量大，而且也与人们日常生活，密切相关，尤其是随着人民生活水平的日益提高，家用电器设备的单相电机的用量，也越来越多。

在生产方面应用的有微型水泵、磨浆机、脱粒机，粉碎机、木工机械、医疗器械等，在生活方面，有电风扇、吹风机、排气扇、洗衣机、电冰箱等，种类较多，但功率较小。

理论上，如果采取措施让单相电机两套绕组中流过的交流电流有一定的相位差就可以启动。如何使两个空间上已错开一定角度的磁势或磁通之间出现一定的相位差，这是解决启动问题的出发点。据此可将单相交流异步电机分为分相式和罩极式两大类。

分相式单相电机

分相式单相电机利用电容或电阻串人感性启动绕组中起到移相作用，使启动绕组和工作绕组的电流相位错开，即所谓“分相”。

（1）电容分相单相电机

图（a）所示为电容分相单相电机的原理接线。由于电容的移相作用比较明显，只要在启动绕组中串人适当容量的电容（一般约为20～50μF），就可使两绕组的电流相位差接近于90°，这时的合成旋转磁场接近于圆形旋转磁场，因而启动转矩大同时启动电流较小。这种单相电机应用普遍，启动后可根据需要保留（称为电容运行电机）或切除（称为电容启动电机，由置于电机内部的离心开关执行）。如果需要改变电机的转向，只需将任意一个绕组的出线端对调即可，这时两绕组的电流相位关系相反。

（2）电阻分相单相电机

这种电机启动绕组匝数少、导线细，与运行绕组相比电抗小、电阻大。采用电阻分相启动时，启动绕组电流超前于运行绕组，合成磁场为椭圆度较大的椭圆形旋转磁场，启动转矩小，仅用于空载或轻载场合，应用较少。电阻分相式单相电机的启动绕组一般按短时工作设计，启动后由离心开关切除，由工作绕组维持运行。图（b）所示为电阻分相单相电机的原理接线。

罩极式单相电机

将定子磁极的一部分嵌放短路铜环或短路线圈（组）就构成了罩极式单相电机。罩极式单相电机包括凸极式和隐极式两种类型。

当定子绕组通以单相交流电流后，由它产生的脉振磁场大部分磁通经过气隙直接耦合到转子上，另有少部分磁通则在穿过罩极铜环时产生感应磁通并与之合成后经气隙进入转子磁路。根据楞次定律可知，感应磁通总是阻碍原磁通的变化，且感应磁通相位上落后于原磁通。这样就有了两个在空间上错开一定角度并且又有一定相位差的磁通，合成磁场是一个椭圆度很大的旋转磁场。罩极式电机的旋转方向固定由未罩极部分转向罩极部分，其功率较小，启动转矩小，结构简单，价格低廉，维护简便。罩极式电机一般用于小型鼓风机电机和电扇电机等。

1．启动方式

220 V交流单相电机启动方式大概分以下几种：

第一种，分相启动式，如图A所示，系由辅助启动绕组来辅助启动．其启动转矩不大。运转速率大致保持定值。主要应用于电风扇、空调风扇电动机、洗衣机等电机。

第二种，电机静止时离心开关是接通的，给电后启动电容参与启动工作，当转子转速达到额定值的70%～80%时离心开关便会自动跳开，启动电容完成任务，并被断开。启动绕组不参与运行工作，而电动机以运行绕组线圈继续动作，如图B所示。

第三种，电机静止时离心开关是接通的，给电后启动电容参与启动工作，当转子转速达到额定值的70%～80%时离心开关便会自动跳开，启动电容完成任务，并被断开。而运行电容串接到启动绕组参与运行工作。这种接法一般用在空气压缩机、切割机、木工机床等负载大而不稳定的地方。如图C所示。

带有离心开关的电机，如果电不能在很短时间内启动成功，那么绕组线圈将会很快烧毁。

电容值：双值电容电机启动电容容量大，运行电容容量小，耐压一般大于400 V。

2．正反转控制：

图D是带正反转开关的接线图，通常这种电机的起动绕组与运行绕组的电阻值是一样的，就是说电机的起动绕组与运行绕组是线径与线圈数完全一致的。一般洗衣机用得到这种电机。这种正反转控制方法简单，不用复杂的转换开关。

图A，图B，图C正反转控制，只需将1～2线对调或3～4线对调即可完成逆转。

对于图A，图B，图C的起动与运行绕组的判断，通常起动绕组比运行绕组直流电阻大很多，用万用表可测出。一般运行绕组直流电阻为几欧姆，而起动绕组的直流电阻为十几欧姆到几十欧姆。

由于单相异步电动机只需要单相电源供电，因此被广泛的应用于生产、生活等小型设备中。但是由于它的各种经济性能指标都比较差，因此只做成小功率的。

我国生产的贫马力单相异步电动机，有如下几种型号。

1．BO₂系列 单相电阻起动异步电动机。功率在60～370W之间。特点是，不外加任何裂相元件，利用副绕组自身的电阻而起动，并利用离心开关，起动结束时将副绕组切除。结构较简单。它具有中等起动转矩和过载能力，因此适用于小型机床、鼓风机、医疗机械。

2．CO₂系列 单相电容起动异步电动机。功率在120～750W之间。是利用外加电容的办法加大起动转矩而起动的单相电机。在副绕组中串联外加电容器，并在起动结束时用离心开关将副绕组及电容器一起从电源切除，与BO₂型一样，变成一个只有主绕组运行，而副绕组闲置状态。电容起动电机具有较高的起动转矩，但过载能力中等水平。适用于空气压缩机、电冰箱、洗衣机、磨粉机、脱粒机、水泵。

3．DO₂ 单相电容电机。是一种利用一只电容参与起动及运行的单相电机，副绕组与电容器和主绕组一起参加运行。因此，不需离心开关。经过适当设计，使电机运行时形成理想旋转磁场，所以电机运行性能好，效率及功率因数高’噪声小。其功率范围为4～250W。由于采用一只电容来兼顾起动及运行，权衡刹弊因起动时间很短，只能是在选择电容值时，尽量满足较长时间运行时的需要，则选取便宜的小值电容器，所以这种电机起动转矩较低，只能用在空载或轻载起动的机械中，如电风嗣、通风扇、录音机等。

4．双值电容电机 这种电机目前我国没有正式型号，但也在生产。电机功率最大750W，或1kW左右。在国外还有更大功率的。由于功率较大，所需电容器价格贵得多。这种电机的起动性能及运行性能都较好。话用于家用电器、小型机床。