單相異步電動機的基本原理與工作原理

2020-11-23 電子發燒友

單相異步電動機 

單相異步電動機（single-phase asynchronous motor）是靠220V單相交流電源供電的一類電動機，它適用於只有單相電源（single-phase power）的小型工業設備和家用電器中。

單相異步電動機的基本原理

一、單相異步電動機的結構

單相異步電動機中，專用電機佔有很大比例，它們的結構各有特點，形式繁多。但就其共性而言，電動機的結構都由固定部分---定子、轉動部分----轉子、支撐部分---端蓋和軸承等三大部分組成。

1、機座 2、鐵心 3、繞組4、端蓋 5、軸承 6、離心開關或起動繼電器和PTC起動器 7、銘牌

1、機座

機座結構隨電動機冷卻方式、防護型式、安裝方式和用途而異。按其材料分類，有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結構等幾種。

鑄鐵機座，帶有散熱筋。機座與端蓋聯接，用螺栓緊固。

鑄鋁機座一般不帶有散熱筋。

鋼板結構機座，是由厚為1.5-2.5毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，再焊上鋼板衝壓件的底腳。

有的專用電動機的機座相當特殊，如電冰箱的電動機，它通常與壓縮機一起裝在一個密封的罐子裡。而洗衣機的電動機，包括甩幹機的電動機，均無機座，端蓋直接固定在定子鐵心上。

2、鐵心

鐵心包括定子鐵心和轉子鐵心，作用與三相異步電動機一樣，是用來構成電動機的磁路。

3、繞組

單相異步電動機定子繞組常做成兩相：主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動繞組）。兩種繞組的中軸線錯開一定的電角度。目的是為了改善啟動性能和運行性能。定子繞組多採用高強度聚脂漆包線繞制。

轉子繞組一般採用籠型繞組。常用鋁壓鑄而成。

4、端蓋

相應於不同的機座材料、端蓋也有鑄鐵件、鑄鋁件和鋼板衝壓件。

5、軸承

軸承有滾珠軸承和含油軸承。

6、離心開關或起動繼電器和PTC起動器

（1）離心開關

在單相異步電動機中，除了電容運轉電動機外，在起動過程中，當轉子轉速達到同步轉速的70%左右時，常藉助於離心開關，切除單相電阻起動異步電動機和電容起動異步電動機的起動繞組，或切除電容起動及運轉異步電動機的起動電容器。離心開關一般安裝在軸伸端蓋的內側。

（2）起動繼電器

有些電動機，如電冰箱電動機，由於它與壓縮機組裝在一起，並放在密封的罐子裡，不便於安裝離心開關，就用起動繼電器代替。繼電器的吸鐵線圈串聯在主繞組迴路中，起動時，主繞組電流很大，銜鐵動作，使串聯在副繞組迴路中的動合觸點閉合。於是副繞組接通，電動機處於兩相繞組運行狀態。隨著轉子轉速上升，主繞組電流不斷下降，吸引線圈的吸力下降。當到達一定的轉速，電磁鐵的吸力小於觸點的反作用彈簧的拉力，觸點被打開，副繞組就脫離電源。

（3）PTC起動器

較新式的啟動元件是「PTC」，它是一種能「通」或「斷」的熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種新型的半導體元件，可用作延時型起動開關。使用時，將PTC元件與電容起動或電阻起動電機的副繞組串聯。在起動初期，因PTC熱敏電阻尚未發熱，阻值很低，副繞組處於通路狀態，電機開始起動。隨著時間的推移，電機的轉速不斷增加，PTC元件的溫度因本身的焦耳熱而上升，當超過居裡點Tc（即電阻急劇增加的溫度點），電阻劇增，副繞組電路相當於斷開，但還有一個很小的維持電流，並有2-3瓦的損耗，使PTC元件的溫度維持在居裡點Tc值以上。當電機停止運行後，PTC元件溫度不斷下降，約2-3分鐘其電阻值降到Tc點以下，這時有可以重新啟動，這一時間正好是電冰箱和空調機所規定的兩次開機間的停機時間。

PTC起動器的優點：無觸點、運行可靠、無噪無電火花，防火、防爆性能好。且耐振動、耐衝擊、體積小、重量輕、價格低。

7、銘牌

包括：電機名稱、型號、標準編號、製造廠名、出廠編號、額定電壓、額定功率、額定電流、額定轉速、繞組接法、絕緣等級等。二、單相異步電動機的工作原理

當給三相異步電動機的定子三相繞組通入三相交流電時，會形成一個旋轉磁場，在旋轉磁場的作用下，轉子將獲得啟動轉矩而自行啟動。當三相異步電動機通入單相交流電時就不能產生旋轉磁場。

下面來分析單相異步電動機定子繞組通入單相交流電時產生的磁場情況。如下圖所示為一臺簡單的單相異步電動機原理圖，定子鐵心上布置有單相定子繞組，轉子為鼠籠結構。

電流正半周產生的磁場 電流負半周產生的磁場

當向單相異步電動機的定子繞組中通入單相交流電後，由上圖可見，當電流在正半周及負半周不斷交變時，其產生的磁場大小及方向也在不斷變化（按正弦規律變化），但磁場的軸線則沿縱軸方向固定不動，這樣的磁場稱為脈動磁場。

當轉子靜止不動時轉子導體的合成感應電動勢和電流為0，合成轉矩為0，因此轉子沒有啟動轉矩。故單相異步電動機如果不採取一定的措施，單相異步電動機不能自行啟動，如果用一個外力使轉子轉動一下，則轉子能沿該方向繼續轉動下去。

單相異步電動機的工作原理 

在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流產生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體，並分別在轉子導體中產生感應電動勢和感應電流 。  

該電流與磁場相互作用產生正、反電磁轉矩。正向電磁轉矩企圖使轉子正轉；反向電磁轉矩企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加起來就是推動電動機轉動的合成轉矩。 

不論是還是，他們的大小與轉差率的關係和三相異步電動機的情況是一樣的。若電動機的轉速是，

單相異步電動機的T-s曲線見左圖 

由圖可知單相異步電動機的主要特點有： 

（1）n=0，s=1，T=T++ T- =0，說明單相異步電動機無啟動轉矩，如不採取其他措施，電動機不能啟動。 

（2）當s≠1時， T≠0，T無固定方向，它取決於s的正、負。 

（3）由於反向轉矩存在，使合成轉矩也隨之減小，鼓單相異步電動機的過載能力較低。

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