单相异步电动机的原理和部件介绍

1.异步电动机的工作原理简介

（1）异步电动机的基本结构

1）定子。定子指电动机的不运转部分，由定子铁心、定子绕组（由嵌在定子铁心槽内的导线绕成）、机座（用于支撑和固定铁心）、端盖等组成（端盖装在机座两端，用于保护铁心和绕组。对中小型电动机，端盖还和轴承一起支撑转子）。

2）转子。转子指电动机运转部分，由转子铁心、转子绕组和轴承组成。转子绕组可分为笼形转子（由若干较粗的导体条和导体环构成转子绕组）和绕线形转子（由漆包线绕制成转子绕组）。

3）气隙。气隙是指定子、转子之间的间隙，对电动机的性能影响很大。中小型异步电动机的气隙一般在0.2～2.0mm之间。

（2）说明异步电动机基本原理的经典实验

1）实验现象介绍。将一个笼形转子（由若干金属铜条构成，铜条两端分别用金属环短接，与笼形相似）置于蹄形磁铁的两极之间，如图4-1所示。当使蹄形磁铁（一对磁极）旋转时，会发现笼形转子随着它以相同的方向旋转。

图4-1 一对磁极旋转产生的旋转磁场拖动笼形转子旋转

2）实验现象解释。根据电磁感应定律，导体与磁场之间有相对运动，即导体在磁场中做切割磁感应线运动时，导体中就会产生感应电动势，若导体是闭合电路的一部分，则导体中有感应电流产生。当蹄形磁铁旋转时，产生的旋转磁场与笼形转子上的铜条有相对运动，所以转子中有感应电流产生，旋转磁场对转子上的通电铜条产生作用力，使转子转动。

（3）异步电动机的基本原理

定子绕组通电后会在气隙和转子所在的空间产生旋转磁场，该旋转磁场作用于转子绕组（相当于转子绕组在切割磁感应线），使转子绕组中有感应电流产生。旋转磁场对转子绕组中的电流会产生作用力（该力在物理学中叫安培力），使转子转动。转子转动的方向与旋转磁场的方向是相同的。

转子的转速要小于旋转磁场的转速，才能持续产生切割磁感应线的现象，转子中才有持续的感应电流，旋转磁场才能对通电转子产生持续的作用力，使转子转动。由于这类电动机转子的转速小于旋转磁场的转速（转速不同步），所以叫异步电动机。

异步电动机的几个基本概念如下：

1）电动机的极数。定子绕组通电后会在气隙和转子所在的空间产生旋转磁场，该磁场的磁极个数就是该电动机的极数。例如磁极个数是2，则该电动机就是2极电动机。

2）同步转速。定子绕组通电后产生的旋转磁场的转速叫作同步转速。同步转速（n）的大小由所加电源的频率（f）和磁极的对数（p）决定。其关系式为n=60f/p

我国交流电的频率为50Hz，所以2极电动机，旋转磁场的同步转速为n=3000r/min，4极电动机则为1500r/min……

3）转差率。旋转磁场的同步转速（n）与转子的转速（n₁）之差叫作转差，转差与同步转速的比值叫转差率（s）。其关系式为s=（n-n₁）/n。

（4）单相异步电动机的基本原理

单相异步电动机的定子绕组由一个主绕组和一个副绕组组成。主绕组，又叫运转绕组，一般漆包线较粗、电阻值较小。副绕组，又叫起动绕组，一般漆包线较细，电阻值较大（一般这可作为区分主、副绕组的依据。注意：也有主、副绕组线径相等、阻值相等的情况，如洗衣机电动机）。定子及嵌入定子的绕组的实物和示意图如图4-2所示。

图4-2 单相电动机的绕组

主、副绕组在圆周上的分布相差90°电角度，在副绕组上串入电容器等起动元件，然后和主绕组同时接到单相电源上，就能在气隙和转子所在的空间产生旋转磁场，驱动转子持续运转。

2.单相异步电动机的分类

（1）电容分相式电动机

电容分相式电动机有电容运转式电动机、电容起动式电动机和电容起动运转式电动机三种。

1）电容运转式电动机的实物图、接线图、特点及应用见表4-1。

表4-1 电容运转式电动机的实物图、接线图、特点及应用

2）电容起动式电动机的实物图、接线图、特点及应用见表4-2。

表4-2 电容起动式电动机的实物图、接线图、特点及应用

3）电容起动运转式电动机的实物图、接线图、特点及应用见表4-3。

（2）电阻分相式电动机

电阻（阻抗）起动的电动机的实物图、接线图、特点及应用见表4-4。

3.单相异步电动机的调速

调速电动机在家电等领域应用广泛，其中应用最广的是抽头调速和双向晶闸管调压调速，详见表4-5。

表4-3 电容起动运转式电动机的实物图、接线图、特点及应用

表4-4 电阻（阻抗）起动的电动机的实物图、接线图、特点及应用

表4-5 电容分相式电动机的调速

（续）

另外，其他调速方法还有变极调速、改变单相异步电动机端电压调速等。

4.单相异步电动机的正、反转

电容分相式单相异步电动机实现正、反转的方法主要有以下两种。

（1）对调主绕组或副绕组的首、尾端改变旋转方向

将主绕组或者副绕组的两个端子对调，就能使它的转动方向改变，如图4-3所示。

图4-3 对调主绕组或副绕组的首、尾端改变旋转方向

市面上有专用的单相异步电动机正、反转控制器（即倒顺开关），可以实现将主绕组或者副绕组的两个端子对调而达到改变电动机旋转方向的目的。

（2）交换使用主、副绕组来改变旋转方向

采用外接转换开关将主、副绕组交换使用，也可改变旋转方向，例如洗衣机电动机的正、反转。其类型详见表4-6。

表4-6 交换使用主、副绕组改变旋转方向的类型(www.xing528.com)

（续）

5.单相异步电动机的分解与部件认识

单相异步电动机的结构差异不大，下面以相对较复杂的电容起动运转式（双值电容）为例，在分解的过程中认识与检测各部件。

（1）认识单相异步电动机的铭牌

1）铭牌示例。某单相异步电动机铭牌如图4-4所示。

图4-4 单相异步电动机的铭牌（示例）

2）铭牌解释见表4-7。

表4-7 单相异步电动机的铭牌解释

（2）电容起动运转式电动机的分解、部件认识与检测

1）接线柱的认识：单相异步电动机主绕组、副绕组、离心开关的各引出线、分相元件、供电电源线都接在接线柱上。接线柱的认识如图4-5所示。

图4-5 接线柱的认识

2）电容器的拆卸与检测：电容器是单相异步电动机的分相元件，若损坏，会导致电动机不能起动。若继续通电，则会烧毁绕组（一般为几分钟）。电容器的拆卸与检测如图4-6所示。

图4-6 电容器的拆卸与检测

3）接线柱的拆卸与检测：拆卸电容器后，就可以拆卸、检查接线柱了，其方法如图4-7所示。

图4-7 接线柱的拆卸与检测

4）散热风扇叶的拆卸与检测：散热风扇叶的拆卸与检测如图4-8所示。

图4-8 散热风扇叶的拆卸与检测

5）端盖、转子的拆卸与认识：端盖、转子的拆卸如图4-9所示。

6）离心开关的检测、拆卸：

①离心开关是电容起动式和电容起动运转式（双电容）电动机的重要起动元件，其检测方法如图4-10所示。

②拆卸离心开关。拆卸离合片的方法如图4-11所示。

图4-9 端盖、转子的拆卸

图4-9 端盖、转子的拆卸（续）

图4-10 离心开关的检测

图4-10 离心开关的检测（续）

图4-11 拆卸离合片

③对确诊已损坏的压盘，可用拉具将其拆下或用一字螺丝刀将其撬下。对正常的压盘，不能进行拆卸，因为拆卸过程会导致压盘损坏。

7）检测、更换滚动轴承：

①检测滚动轴承。电动机断电后，如果噪声明显，说明这是机械噪声，应重点检测轴承。其方法见表4-8。

表4-8 检查滚动轴承的方法

②拆卸滚动轴承。若轴承完好，拆卸会导致其损坏。轴承损坏后，需拆卸后再换新件。滚动轴承的拆卸方法见表4-9。

表4-9 滚动轴承的拆卸

③新轴承的安装见表4-10。

表4-10 新轴承的安装

注：电动机的轴承一般都可采用冷套法安装。如果冷套法不易安装，可采用热套法，即将轴承放在变压器油中加热，温度为80～100℃，加热时间为20min左右。注意温度不能太高，时间不宜过长，以免轴承退火。加热时，轴承应放在网孔架上，不与变压器油的箱底或箱壁接触，油面要淹没轴承，使轴承受热均匀。热套时，要趁热迅速把轴承一直推到转轴的轴颈，如果套不进，应检查原因，如无外因，可用钢管顶住内圈，用手锤轻轻地敲入。轴承套好后，用压缩空气吹去轴承内的变压器油，再按标准加入润滑脂。

8）检测电动机的定子绕组：检测单相异步电动机的定子绕组的方法如图4-12所示。

图4-12 检测电动机的定子绕组