单相异步电动机工作原理简介

单相异步电动机的工作原理可用双旋转磁场理论解释。单相异步电动机的定子绕组接入电源时，主绕组会产生一个脉振磁动势。将脉振磁动势分解为两个大小相等、转向相反、转速相等的旋转磁动势F_f和F_b，正向和反向磁动势分别与转子发生作用后产生各自的磁场反应，将反应叠加即可得到脉振磁动势所产生磁场与转子作用的结果，这被称为双旋转磁场理论。如转子的转速为n，则转子对正向旋转磁场的转差率为s，正向旋转磁场与其所感应的转子电流作用，产生正向的电磁转矩T_ef；转子对反向旋转磁场的转差率为2-s，反向旋转磁场与其所感应的转子电流作用，产生反向的电磁转矩T_eb。依据双旋转磁场理论，正反向电磁转矩的合成电磁转矩为T_e，如图3-49所示。

当s=1时合成电磁转矩T_e为零，故单相异步电动机无起动转矩，需采取专门的措施使电动机起动。在s=1附近，合成电磁转矩为对称的，故单相异步电动机无固定的转向，由起动时的转动方向确定。只要借助外力或采取某一措施使转子沿着某个方向旋转起来，转子就会继续增速，制动合成电磁转矩与负载制动转矩相平衡时转速才稳定下来。为了产生起动转矩，可在起动时采用在气隙中形成一个椭圆形或圆形的合成旋转磁场的方法来实现。为此在定子上加装一个空间位置不同于主绕组的起动绕组，使起动绕组的电流在时间相位上与主绕组的电流不同。常用的方法有裂相法和罩极法。裂相法状态下，起动绕组与主绕组在空间上相差90°电角，起动绕组经起动开关与主绕组并联后连接至供电电源上。恰当地选择起动绕组的匝数和线径，或接入特殊的电阻和起动电容，使起动绕组的电阻较大，起动绕组中的电流相位超前于主绕组中的电流，这样两个绕组在气隙中形成一个椭圆形旋转的磁场，该磁场与转子磁场相互作用产生电磁转矩，电磁转矩使电动机旋转，当转子转速达到同步转速的75%左右时，起动开关将从起动绕组回路中断开，这种靠起动绕组电阻的增大以造成“裂相”作用的电动机称为裂相电动机。依据起动绕组回路的不同结构，裂相电动机分为电容起动异步电动机、电容运转异步电动机、电阻起动异步电动机和双值电容异步电动机。单相电容起动异步电动机的工作原理如图3-50所示。罩极起动法是在“凸极式”定子铁心的极靴上嵌入短路铜环，将部分磁极“罩”起来而实现的，罩极单相异步电动机如图3-51所示。当工作绕组流过单相交流电流时，产生的脉振磁通一部分通过短路铜环，短路铜环中将会产生感应电动势，该感应电动势产生的磁场与主绕组产生的磁场相互作用，形成电动机气隙中的合成磁动势。由于短路铜环的作用，通过被罩部分的合成磁通与未罩部分的磁通在时间上出现一定的相位差，于是气隙内的合成磁场将是一个“移动磁场”，在该磁场的作用下，电动机将产生一定的转矩，使转子顺着磁场移动的方向转动。

图3-49 单相异步电动机T_e-s曲线

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图3-50 单相电容起动异步电动机

图3-51 罩极单相异步电动机