單相電機(jī)的工作原理及分類(lèi)

單相電機(jī)一般是指用單相交流電源(AC220V)供電的小功率單相異步電動(dòng)機(jī)。 這種電機(jī)通常在定子上有兩相繞組，轉(zhuǎn)子是普通鼠籠型的(一般為鋁制作而成)。 兩相繞組在定子上成90°分布。

一、工作原理：

單相電機(jī)繞組圖

啟動(dòng)繞組不通電時(shí)，單相正弦電流通過(guò)定子工作繞組，電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱和方向隨時(shí)間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以這個(gè)磁場(chǎng)稱(chēng)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)。 這個(gè)交變脈動(dòng)磁場(chǎng)可以看作是兩個(gè)轉(zhuǎn)速相同、而旋轉(zhuǎn)方向卻相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個(gè)大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電機(jī)無(wú)法旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)我們用外力使電動(dòng)機(jī)向某一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)(如順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn))，這時(shí)轉(zhuǎn)子與順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變小; 轉(zhuǎn)子與逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的切割磁力線(xiàn)運(yùn)動(dòng)變大。 這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動(dòng)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。

我們平時(shí)維修電風(fēng)扇時(shí)就深有體會(huì)，當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)的啟動(dòng)電容完全失容或啟動(dòng)繞組斷路時(shí)，電風(fēng)扇通電不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 這時(shí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)不通電情況下電機(jī)可以輕松撥動(dòng)，而通上電電機(jī)就好像被磁性吸住一樣，嗡嗡震動(dòng)并阻力變大，這時(shí)我們加力使電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)它就順時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來(lái)，如果加力使電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)它就逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)起來(lái)，也就是它的旋轉(zhuǎn)方向不確定，只取決于我們加力的方向。

再思考下我們常常維修的家用冰箱，冰箱壓縮機(jī)有的就沒(méi)有運(yùn)行電容，只有啟動(dòng)電阻，啟動(dòng)電阻在完成使命后成斷路狀態(tài)，也就是壓縮機(jī)工作時(shí)只有工作繞組通電。

要使單相電機(jī)能自動(dòng)旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并且旋轉(zhuǎn)方向固定，就需要起動(dòng)繞組，起動(dòng)繞組與主繞組在空間上相差90°，起動(dòng)繞組串接一個(gè)合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90°，即所謂的分相原理。 這樣兩個(gè)在時(shí)間上相差90°的電流通入兩個(gè)在空間上相差90°的繞組，將會(huì)在空間上產(chǎn)生連續(xù)固定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子就能自動(dòng)起動(dòng)，并且方向是固定的，不會(huì)產(chǎn)生方向不確定的現(xiàn)象。 要改變這種電機(jī)的轉(zhuǎn)向，只要把輔助繞組的接線(xiàn)端頭調(diào)換一下即可。

在單相電動(dòng)機(jī)中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)還有另一種方法——罩極法，電機(jī)稱(chēng)單相罩極式電動(dòng)機(jī)。 此種電動(dòng)機(jī)定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。 每個(gè)磁極在1/3～1/4全極面處開(kāi)有小槽，把磁極分成兩個(gè)部分，在小的部分上套裝上一個(gè)短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來(lái)一樣，所以叫罩極式電動(dòng)機(jī)。 當(dāng)定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，而穿過(guò)短路銅環(huán)的主磁通部分在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)在相位上滯后90°的感應(yīng)電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組相當(dāng)，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

二、分相式單相電機(jī)分類(lèi)

綜合上所述，單相交流異步電機(jī)分為分相式和罩極式兩大類(lèi)。 我們常用的是有啟動(dòng)繞組與啟動(dòng)電容的分相式。 而分相式也有以下幾種工作情況：

1.啟動(dòng)方式

第一種，啟動(dòng)繞組常工作型。 如圖下所示，啟動(dòng)繞組來(lái)輔助啟動(dòng)，啟動(dòng)后并不斷開(kāi)，其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不算大。 主要應(yīng)用于電風(fēng)扇、空調(diào)風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)、洗衣機(jī)等電機(jī)。

常工作型

第二種，離心開(kāi)關(guān)型。 電機(jī)靜止時(shí)離心開(kāi)關(guān)是接通的，通電后啟動(dòng)電容參與啟動(dòng)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值的70%～80%時(shí)離心開(kāi)關(guān)便會(huì)自動(dòng)跳開(kāi)，啟動(dòng)繞組不參與運(yùn)行工作，而電動(dòng)機(jī)以運(yùn)行繞組線(xiàn)圈繼續(xù)運(yùn)行，如下圖所示。

離心型

第三種，離心開(kāi)關(guān)加運(yùn)行電容型。 電機(jī)靜止時(shí)離心開(kāi)關(guān)也是接通的，通電后啟動(dòng)電容與運(yùn)行電容并聯(lián)，一起參與啟動(dòng)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值的70%～80%時(shí)離心開(kāi)關(guān)便會(huì)自動(dòng)跳開(kāi)，啟動(dòng)電容完成任務(wù)，并被斷開(kāi)。 而運(yùn)行電容仍串接于啟動(dòng)繞組參與運(yùn)行工作。 這種接法一般用在空氣壓縮機(jī)、切割機(jī)、木工機(jī)床等負(fù)載大而不穩(wěn)定的地方。 啟動(dòng)電容接入時(shí)加大了啟動(dòng)扭矩，以利于電機(jī)的快速啟動(dòng)，如下圖所示。

離心并聯(lián)型

2.正反轉(zhuǎn)控制：

如下圖是帶正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)的接線(xiàn)圖，通常這種電機(jī)的起動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組參數(shù)完全一致的。 一般雙杠洗衣機(jī)的洗衣電機(jī)用的是這種電機(jī)。 這種正反轉(zhuǎn)控制方法簡(jiǎn)單，不用復(fù)雜的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。

啟動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組參數(shù)一樣

而對(duì)于啟動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組參數(shù)不同的電機(jī)，也就是啟動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組決不可以搞錯(cuò)的電機(jī)，要正反轉(zhuǎn)控制，只能改變啟動(dòng)繞組接入方向或運(yùn)行繞組接入方向。 對(duì)于有公共端接線(xiàn)的電機(jī)，如果分啟動(dòng)繞組與運(yùn)行繞組，它的旋轉(zhuǎn)方向是設(shè)計(jì)好的，例如我們常常維修的一般的雙杠洗衣機(jī)，它的脫水電機(jī)分正反轉(zhuǎn)的，決不能像上圖一樣去改變旋轉(zhuǎn)方向。