（2）正确认识单相异步电动机的转矩特性。
（3）正确说出单相异步电动机的启动方法。
微课5.4：单相异步电动机
单相异步电动机是由单相交流电源供电、转速随其负载变化稍有变化的一种小容量交流异步电动机。因为其具有结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便的特点，所以被广泛用于办公场所、家用电器和医疗器械方面。在工、农业生产及其他领域中，单相异步电动机的应用也越来越广泛，如电风扇、电冰箱、洗衣机、空调设备、小型鼓风机、小型车床等均需要使用单相异步电动机作为原动机。
1.结构
单相异步电动机的结构与三相笼型异步电动机相似，其转子也为笼型，只是定子绕组为一单相工作绕组。但通常为启动的需要，定子上还设有产生启动转矩的启动绕组。
电动机结构都由定子和转子两部分组成，定子部分由机座、定子铁芯、定子绕组、端盖等组成，如图5－15所示。除罩极式单相异步电动机的定子具有凸出的磁极外，其余各类单相异步电动机定子与普通三相异步电动机相似。转子部分主要由转子铁芯、转子绕组组成，现简要介绍如下。
图5－15 单相异步电动机结构
1—电源接线；2—电容器；3—端盖；4—定子；5—转子；6—端盖
1）机座
随电动机冷却方式、防护形式、安装方式和用途的不同，单相异步电动机采用不同的机座结构，就其材料可分为铸铁、铸铝和钢板结构等几种。
2）铁芯
定子铁芯和转子铁芯与三相异步电动机一样，用相互绝缘的电工钢片冲制后叠成，其作用是构成电动机磁路。定子铁芯有隐极和凸极两种，转子铁芯与三相异步电动机转子铁芯相同。
3）绕组
单相异步电动机定子上有两套绕组，一套是工作绕组，用来建立工作磁场；一套是启动绕组，用来帮助电动机启动，且工作绕组和启动绕组的轴线在空间错开一定的角度。转子绕组通常采用笼型绕组。
4）端盖及轴承
相应于不同材料的机座，端盖也有铸铁件、铸铝件及钢板冲压件三种，单相异步电动机的轴承有滚珠轴承和含油轴承两种。滚珠轴承价格高、噪声大，但寿命长；含油轴承价格低、噪声小，但寿命短。
2.转矩特性
当单相异步电动机的工作绕组接通单相正弦交流电源后，便产生一个脉动磁场，双旋转磁场理论认为脉动磁场是由两个幅度相同、转速相等、旋转方向相反的旋转磁场合成的。这里我们把与转子旋转方向相同的称为正向旋转磁场，用
表示；与转子旋转方向相反的称为反向旋转磁场，用
表示。与普通三相异步电动机一样，正向与反向旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中感应电动势和电流，产生相应的电磁转矩，由正向旋转磁场产生的正向转矩T＋企图使转子沿正向旋转磁场方向旋转，而反向旋转磁场所产生的反向转矩T－企图使转子沿反向旋转磁场方向旋转。如图5－16所示，T＋与T－方向相反，单相异步电动机的电磁转矩为两者合成产生的有效转矩。
无论是正向转矩T＋还是反向转矩T－，它们的大小与转差率的关系和三相异步电动机相同。若电动机的转速为n，则对正向旋转磁场而言，转差率为
而对反向旋转磁场而言，转差率为
即当s＋＝0时，相当于s－＝2；当s－＝0时，相当于s＋＝2。
由此作出单相异步电动机的转矩特性曲线，如图5－17所示，从曲线上可以看出单相异步电动机的几个主要特点：
图5－16 单相异步电动机的磁场和转矩
图5－17 单相异步电动机的T－s曲线
（1）当单相异步电动机只有工作绕组时，启动时的合成转矩为零，即刚启动时，n＝0，s＝0，由于正方向的电磁转矩和反方向的电磁转矩大小相等、方向相反，故合成转矩T＝T＋＋T－＝0，即电动机没有相应的驱动转矩而不能自行启动。
（2）在s＝1的两边，合成转矩曲线是对称的，因此，单相异步电动机没有固定的旋转方向，当外力驱动电动机正向旋转时，合成转矩为正，该转矩能维持电动机继续正向旋转；反之，当外力驱动电动机反向旋转时，合成转矩为负，该转矩能维持电动机继续反向旋转。由此可见，电动机的旋转方向取决于电动机启动时的方向。
（3）由于反向转矩的制动作用，使电动机合成转矩减小，最大转矩随之减小，且电动机输出功率也减小，同时反向磁场在转子绕组中感应电流，增加了转子铜耗。所以单相异步电动机的效率、过载能力等各种性能指标都较三相异步电动机低。
（4）反向旋转磁场在转子中引起的感应电流，增加了转子铜损耗，降低了电动机的效率。单相异步电动机的效率为同容量三相异步电动机效率的75%～90%。
3.单相异步电动机的启动
为了使单相异步电动机能够产生启动转矩自行启动，与三相异步电动机相同，要设法在电动机气隙中建立一个旋转磁场。
可以证明，具有90°相位差的两个电流通过空间位置相差90°的两相绕组时，产生的合成磁场为旋转磁场。图5－18说明了产生旋转磁场的过程。其两相电流为
由此可知，在单相异步电动机定子铁芯上放置两相空间位置相差90°的定子绕组，当绕组中分别通入具有一定相位差的两相交流电流时，就可以产生沿定子和转子空间气隙旋转的旋转磁场，从而解决了单相异步电动机的启动问题。
根据启动方法的不同，单相异步电动机一般可分为分相式和罩极式，其中分相式又可以分为电容分相和电阻分相两种。
图5－18 两相旋转磁场的产生
自测题
答案5.5
一、填空题(www.xing528.com)
1.单相异步电动机按启方式的不同可分为________和________。
2.单相双值电容异步电动机中的两只电容是________、________，其中________电容容量较大。
3.定子铁芯仅嵌有一个绕组（也未设短路铜环）的单相异步电动机，其________方向是不固定的，当朝某个方向施加一个外力后转子沿着______的方向转动起来。
4.为解决单相异步电动机的启动问题，通常单相异步电动机定子上安装两套绕组，一套是____，又称主绕组；另一套是______，又称副绕组。它们的空间位置相差______电角度。
二、选择题
1.一交流异步电动机，定子槽数为24，极对数是2，则它的电角度是（ ）。
A.15° B.30° C.40° D.50°
2.一台国外进口的设备中，交流电动机的频率是60 Hz，额定转速为1 700 r/min，则其极对数为（ ）。
A.8 B.4 C.2 D.6
3.一台国外进口的设备中，交流异步电动机的频率是60 Hz，额定转速为860 r/min，则其极对数为（ ）。
A.8 B.4 C.10 D.6
4.单相异步电动机的主、副绕组在空间位置上应互差（ ）。
A.120° B.180° C.60° D.90°
5.电动机铭牌上的功率是指（ ）。
A.输入功率 B.输出的机械功率 C.损耗的功率 D.输入与输出功率
6.家用台扇最常用的调速方法是（ ）。
A.抽头调速 B.电抗器调速 C.晶闸管速带 D.自耦变压器调速
7.单相交流电通入单相绕组产生的磁场是（ ）。
A.旋转磁场 B.恒定磁场 C.脉动磁场 D.不确定
8.单相交流异步电动机的结构中定子绕组（ ）。
A.有时可以是单相绕组 B.应该是两相绕组
C.视具体情况而定 D.以上三项全对
三、判断题
1.单相交流异步电动机中电枢与直流电动机中一样，指的是转子。（ ）
2.单相交流异步电动机从结构上看，实质上是两相电动机。（ ）
3.要改变罩极式异步电动机的转向，只要改变电源接线即可。（ ）
4.单相异步电动机，在没有副绕组的情况下也能产生旋转磁场。（ ）
5.单相异步电动机只要调换两根电源线就能改变转向。（ ）
6.单相异步电动机的体积较同容量的三相异步电动机大，但功率因数、效率和过载能力都比同容量的三相异步电动机低。（ ）
7.单相电动机中的旋转磁场速度为n1＝60f/p。（ ）
8.单相异步电动机只在工作绕组中通以正弦交流电，它的磁场波形也是正弦波，只不过不旋转而已。（ ）
9.单相异步电动机工作绕组直流电阻小，启动绕组直流电阻大。（ ）
10.空间互差90°的两相绕组内通入同相位交流电，可以产生旋转磁场。（ ）
四、问答题
1.单相异步电动机的工作原理是什么？
3.改变单相异步电动机的转向有几种方法？分别是如何实现的？
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