分相式单相异步电动机优化

分相式单相异步电动机是指将单相交流电转变为两相交流电来起动运行的单相异步电动机。

1.结构

分相式单相异步电动机种类很多，但结构基本相同，分相式单相异步电动机典型结构如图9-10所示，从图中可以看出，其结构与三相异步电动机基本相同，都是由机座、定子绕组、转子、轴承、端盖和接线等部分组成的。定子绕组与转子实物外形如图9-11所示。

图9-10 分相式单相异步电动机典型结构

图9-11 定子绕组与转子实物外形

2.工作原理

三相异步电动机的定子绕组有U、V、W三相，当三相绕组接三相交流电时会产生旋转磁场推动转子旋转。单相异步电动机在工作时接单相交流电源，所以定子应只有一相绕组，如图9-12a所示，而单相绕组产生的磁场不会旋转，故转子不会产生转动。

图9-12 单相异步电动机工作原理

为了解决这个问题，分相式单相异步电动机定子绕组通常采用两相，一相绕组称为工作绕组（或主绕组），另一相称为起动绕组（或副绕组），如图9-12b所示，两相绕组在定子铁心上的位置相差90°，并且给起动绕组串接电容，将交流电源相位改变90°（超前移相90°），当单相交流电源加到定子绕组时，有i₁电流直接流入主绕组，i₂电流经电容超前移相90°后流入起动绕组，两个相位不同的电流分别流入空间位置相差90°的两个绕组，两绕组就会产生旋转磁场，处于旋转磁场内的转子就会随之旋转起来。

转子运转后，如果断开起动开关切断起动绕组，则转子仍会继续运转，这是因为单独主绕组产生的磁场不会旋转，但由于转子已转动起来，因此若将已转动的转子看成不动，那么主绕组的磁场就相当于发生了旋转，故转子会继续运转。

由此可见，起动绕组的作用就是起动转子旋转，转子继续旋转依靠主绕组就可单独实现，所以有些分相式单相异步电动机在起动后就将起动绕组断开，只让主绕组工作。对于主绕组正常、起动绕组损坏的单相异步电动机，通电后不会运转，但若用人工的方法使转子运转，则电动机可仅在主绕组的作用下一直运转下去。

3.起动元件

分相式单相异步电动机起动后是通过起动元件来断开起动绕组的。分相式单相异步电动机常用的起动元件主要有离心开关、起动继电器和PTC等。

（1）离心开关

图9-13 一种常见离心开关的结构

离心开关是一种利用物体运动时产生的离心力来控制触头通断的开关。图9-13所示为一种常见的离心开关结构，它分为静止部分和旋转部分。静止部分一般与电动机端盖安装在一起，它主要由两个相互绝缘的半圆铜环组成，这两个铜环就相当于开关的两个触片，它们通过引线与起动绕组连接；旋转部分与电动机转子安装在一起，它主要由弹簧和三个铜触片组成，这三个铜触片通过导体连接在一起。

电动机转子未旋转时，依靠弹簧的拉力，旋转部分的三个铜触片与静止部分的两个半圆形铜环接触，两个半圆形铜环通过铜触片短接，相当于开关闭合；当电动机转子运转后，离心开关的旋转部分也随之旋转，当转速达到一定值时，离心力使三个铜触片与铜环脱离，两个半圆铜环之间又相互绝缘，相当于开关断开。

（2）起动继电器

起动继电器种类较多，其中电流起动继电器最为常见。图9-14所示为采用了电流起动继电器的单相异步电动机接线图，继电器的线圈与主绕组串接在一起，常开触头与起动绕组串接。在起动时，流过主绕组和继电器线圈的电流很大，继电器常开触头闭合，有电流流过起动绕组，电动机被起动运转，随着电动机转速的提高，流过主绕组的电流减小，当减小到某一值时，继电器线圈电流不足以吸合常开触头，触头断开切断起动绕组。

（3）PTC

PTC是指具有正温度系数的热敏元件，最为常见的PTC为正温度系数热敏电阻器。PTC的特点是在低温时阻值很小，当温度升高到一定值时阻值急剧增大。PTC的这种特点与开关相似，其阻值小时相当于开关闭合，阻值很大时相当于开关断开。

图9-15所示为采用PTC（正温度系数热敏电阻器）作为起动开关的单相异步电动机接线图。

图9-14 采用电流起动继电器的单相异步电动机接线图

图9-15 采用PTC作为起动开关的单相异步电动机接线图(www.xing528.com)

4.分相式单相异步电动机的种类

分相式单相异步电动机通常可分电阻分相单相异步电动机、电容分相起动单相异步电动机、电容运行单相异步电动机和电容起动运行单相异步电动机。

（1）电阻分相单相异步电动机

电阻分相单相异步电动机是指在起动绕组回路串接起动开关，并且转子运转后断开起动

绕组的单相异步电动机。电阻分相单相异步电动机外形与接线如图9-16所示。从图9-16b所示接线图可以看出，电阻分相单相异步电动机的起动绕组与一个起动开关

串接在一起，在刚通电时起动开关闭合，有电流通过起动绕组，当转子起动转速达到额定转速的75%～80%时，起动开关断开，转子在主绕组的磁场作用下继续运转。

为了让起动绕组和主绕组流过的电流相位不同（只有两绕组电流相位不同，才能产生旋转磁场），在设计时让起动绕组的感抗（电抗）比主绕组小，直流电阻比主绕组大，如让起动绕组采用线径细的线圈绕制，这样在通相同的交流电时，起动绕组的电流较主绕组的电流超前，两绕组就会产生旋转的磁场驱动转子运转。

电阻分相单相异步电动机的起动转矩较小，一般为额定转矩的1.2～2倍，但起动电流较大，电冰箱的压缩机常采用这种类型的电动机。

（2）电容分相起动单相异步电动机

电容分相起动单相异步电动机是指在起动绕组回路串接电容器和起动开关，并且转子运转后断开起动绕组的单相异步电动机。

电容分相起动单相异步电动机的外形与接线如图9-17所示。

图9-16 电阻分相单相异步电动机

图9-17 电容分相起动单相异步电动机

从图9-17b所示接线图可以看出，电容分相起动单相异步电动机的起动绕组串接有电容器和起动开关。在起动时起动开关闭合，起动绕组有电流通过，因为电容对电流具有超前移相作用，起动绕组的电流相位超前主绕组的电流相位，不同相位的电流通过空间位置相差90°的两绕组，两绕组产生旋转磁场驱动转子运转。电动机运转后，起动开关自动断开，断开起动绕组与电源的连接，转子由主绕组单独驱动运转。

电容分相起动单相异步电动机的起动转矩大、起动电流小，适用于各种满载起动的机械设备，如木工机械、空气压缩机等。

（3）电容分相运行单相异步电动机

电容分相运行单相异步电动机是指在起动绕组回路串接电容器，转子运转后起动绕组仍参与运行驱动的单相异步电动机。

电容分相运行单相异步电动机的外形与接线如图9-18所示。从接线图可以看出，电容分相运行单相异步电动机的起动绕组串接有电容器。在起动时起动绕组有电流通过，电动机运转后，起动绕组仍与电源连接，转子由主绕组和起动绕组共同驱动运转。由于电动机运行时起动绕组始终工作，因此起动绕组需要与主绕组一样采用较粗的导线绕制。

图9-18 电容分相运行单相异步电动机

电容分相运行单相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格低、运行性能好等优点，但起动性能较差，广泛用在洗衣机、电风扇等设备中。

（4）电容分相起动运行单相异步电动机

电容分相起动运行单相异步电动机是指起动绕组回路串接电容器，转子运转后起动绕组仍参与运行驱动的单相异步电动机。

电容分相起动运行单相异步电动机的外形与接线如图9-19所示。从接线图可以看出，电容分相运行单相异步电动机的起动绕组接有两个电容器，在起动时起动开关闭合，C₁、C₂均接入电路，当电动机转速达到一定值时，起动开关断开，容量大的C₂被切断，容量小的C₁仍与起动绕组连接，保证电动机有良好的运行性能。

图9-19 电容分相起动运行单相异步电动机

电容分相起动运行单相异步电动机结构较复杂，但起动、运行性能好都比较好，主要用在起动转矩大的设备中，如水泵、空调、电冰箱和小型机床中。