單相交流異步電動(dòng)機(jī)

　　單相交流異步電動(dòng)機(jī)為小功率電動(dòng)機(jī)，采用單相交流電供電，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、噪聲小、安裝方便，因此應(yīng)用非常廣泛。尤其是在家用電器中，用在電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器等的動(dòng)力機(jī)。

　　單相交流電動(dòng)機(jī)只有一個(gè)繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當(dāng)單相正弦電流通過(guò)定子繞組時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)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(gè)磁場(chǎng)是交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可分解為兩個(gè)以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)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(dòng)機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(如順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn))，這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)變??；轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線運(yùn)動(dòng)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(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

　　單相繞組產(chǎn)生的是一個(gè)脈振磁場(chǎng)，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于零，不能自行起動(dòng)。要應(yīng)用單相異步電動(dòng)機(jī)，首先必須解決它的起動(dòng)問(wèn)題。一般單相異步電動(dòng)機(jī)(除集中式罩極電動(dòng)機(jī)外)均采用兩套繞組。一套為主繞組(也叫工作繞組、運(yùn)行繞組)，另一套為輔助繞組(也叫起動(dòng)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(shí)使兩套繞組中的電流在時(shí)間上也不同相位。例如在輔助繞組中串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娙萜骷纯蛇_(dá)到。這樣一個(gè)相差90°電角度的兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就使單相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)后起動(dòng)裝置適時(shí)地自動(dòng)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(gè)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(fù)電流從繞組的末端流入。圖1(c)各圖顯示了i1和i2兩個(gè)電流5個(gè)瞬時(shí)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)情況，從圖中可以看出，當(dāng)電流變化一周時(shí)，磁場(chǎng)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(gè)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(dòng)機(jī)產(chǎn)生一個(gè)兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在它的作用下，轉(zhuǎn)子得到起動(dòng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)進(jìn)行工作。

　　簡(jiǎn)單的說(shuō)，單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在脈振磁動(dòng)勢(shì)可以分解為兩個(gè)幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)理論的基礎(chǔ)上。電動(dòng)機(jī)固有特性是不能自行起動(dòng)，但一經(jīng)起動(dòng)即可連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，由此設(shè)法加強(qiáng)正向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，削弱反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，使磁動(dòng)勢(shì)變?yōu)闄E圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而可解決起動(dòng)問(wèn)題。

圖1

　　根據(jù)單相異步電動(dòng)機(jī)的原理不能自行起動(dòng)，而必須依靠外力來(lái)完成起動(dòng)過(guò)程。不過(guò)它一旦起動(dòng)即可朝起動(dòng)方向連續(xù)不斷地運(yùn)轉(zhuǎn)下去。根據(jù)起動(dòng)方式的不同，單相異步電動(dòng)機(jī)可以分為許多不同的型式。常用的有：

01罩極式電動(dòng)機(jī)

　　罩極電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、造價(jià)低廉、使用可靠、故障率低的特點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)是效率低、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小、反轉(zhuǎn)困難等。罩極電動(dòng)機(jī)多用于輕載起動(dòng)的負(fù)荷，凸極式集中繞組罩極電動(dòng)機(jī)，常用于電風(fēng)扇、電唱機(jī)。隱極式分布繞組罩極電動(dòng)機(jī)則用于小型鼓風(fēng)機(jī)、油泵中。

02分相式電動(dòng)機(jī)

　　分相電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、故障率低、使用方便的特點(diǎn)。 分相式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩一般是滿載轉(zhuǎn)矩的兩倍，因此它的應(yīng)用范圍很廣，如電冰箱、空調(diào)機(jī)的配套電動(dòng)機(jī)。單相分相式電動(dòng)機(jī)具有中等起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，適用于低慣量負(fù)載、不經(jīng)常起動(dòng)、負(fù)載可變而要求轉(zhuǎn)速基本不變的場(chǎng)合，如小型車床、鼓風(fēng)機(jī)、電冰箱壓縮機(jī)、醫(yī)療器械等。

03電容式電動(dòng)機(jī)

　　電容式電動(dòng)機(jī)(又分為：電容起動(dòng)式;電容運(yùn)轉(zhuǎn)式;電容起動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)式三種)。

　　單相電容起動(dòng)式電動(dòng)機(jī)這種電機(jī)具有較高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，一般達(dá)到滿載轉(zhuǎn)矩的3～5倍，故能適用于滿載起動(dòng)的場(chǎng)合。由于它的電容器和副繞組只在起動(dòng)時(shí)接入電路，所以它的運(yùn)轉(zhuǎn)都與同樣大小并有相同設(shè)計(jì)的分相式電動(dòng)機(jī)基本相同。單相電容起動(dòng)式電動(dòng)機(jī)多用于：電冰箱、水泵、小型空氣壓縮機(jī)及其它需要滿載起動(dòng)的電器、機(jī)械。

　　單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)這種電機(jī)的起動(dòng)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(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)與噪聲小、可反轉(zhuǎn)、能調(diào)速，適用于直接與負(fù)載聯(lián)接的場(chǎng)合。如電風(fēng)扇、通風(fēng)機(jī)、錄音機(jī)及各種空載或輕載起動(dòng)的機(jī)械，但不適于空載或輕載運(yùn)行的負(fù)載。

　　單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)這種電機(jī)具有較好的起動(dòng)性能，較高的功率因數(shù)、效率和過(guò)載能力，可以調(diào)速。適用于帶負(fù)載起動(dòng)和要求低噪聲的場(chǎng)合，如小型機(jī)床、泵、家用電器等。

01效率比較

　　由于反向旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在，單相電機(jī)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(jī)中都很小，因此，三相電機(jī)的效率比單相電機(jī)的高。

02轉(zhuǎn)矩

　　由于電磁制動(dòng)力矩的存在，單相電機(jī)帶負(fù)載的能力不如三相電機(jī)。

03運(yùn)行穩(wěn)定性

　　由于瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩不是恒定的，單相電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性不如三相電機(jī)。

04生產(chǎn)成本

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

　　總的來(lái)說(shuō)，單相電機(jī)的性能不如三相電機(jī)，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(chǎng)合廣泛應(yīng)用。