單相異步電機

采用單相交流電源的異步電動機稱為單相異步電動機。單相異步電動機由于只需要單相交流電，故使用方便、應用廣泛，并且有結構簡單、成本低廉、噪聲小、對無線電系統干擾小等優點，因而常用在功率不大的家用電器和小型動力機械中，如電風扇、洗衣機、電冰箱、空調、抽油煙機、電鉆、醫療器械、小型風機及家用水泵等。由于中國的單相電壓是220V，而國外的單相電壓如美國120V、日本100V、德國英國法國230V，所以在使用國外的單相異步電動機時需要注意電機的額定電壓與電源電壓是否相同。

單相異步電動機由定子、轉子、軸承、機殼、端蓋等構成。單相異步電動機常常被制成小型的電機設備，它的電機容量很小，只需要用單相的交流電源供電，作為驅動用電機，單相異步電動機的功率僅需幾瓦、幾十瓦或者幾百瓦。

單相異步電動機功率小，主要制成小型電機。它的應用非常廣泛，如家用電器（洗衣機、電冰箱、電風扇）、電動工具（如手電鉆）、醫用器械、自動化儀表等。

安裝

電動機安裝前應測量定子繞組對機殼及主繞組與輔繞組之間的絕緣電阻，其常溫阻值不低于10MΩ，否則應對繞組進行烘干助理，可采用燈泡加熱法。

電動機的軸伸直徑出廠時已經磨至標準公差尺寸，因此要求用戶所配套的帶輪或其他配套的零件內徑要選國家標準的附件。安裝時用手推入或輕輕敲擊軸伸臺即可，嚴禁用錘子猛擊，否則容易振碎離心開關，造成電動機不能起動、損壞軸承、增大電動機的運行噪聲。

電動機在安裝至配套機械之前，要仔細檢查電動機的底腳部分有無裂紋和影響機械強度等問題，一旦發現有問題，禁止安裝使用。電動機要安裝在帶固定孔的平板上，并用同底腳孔相適應的螺栓固定。

為確保安全，在電動機運行前，務必把接地導線連接到電動機的接地螺釘上，并可靠接地，接地線應選用截面積不小于1m㎡的銅導線。

用是時間繼電器代替離心開關。

單相異步電動機使用的離心開關屬于機械式開關，當電動機的轉速達到額定轉速的70%以上時，觸點斷開讓輔繞組（起動繞組）斷開或讓起動電容斷開不參加工作。當離心開關損壞或農村電壓較低經常燒毀起動電容時，可改用延時繼電器（220V型）來代替離心開關。方法是將電動機內部離心開關上的兩根線接在一起，在機外串入延時繼電器的常閉觸點（為了讓觸點耐用，需將多組觸點并聯使用或再增加中間繼電器）。時間繼電器的線圈的供電可與主繞組并聯來實現，動作時間調在2~6s。經多次實踐，效果很好，在農村電壓較低時也能避免燒毀起動電容的情況，用戶很滿意。

實踐繼電器有機械式和數字式兩種產品，選用哪種產品都行。大多采用機械式延時繼電器，因價格便宜，用戶容易接受。

單相異步電機的原理

單相異步電動機是由單相交流電源供電的旋轉電機，其定子繞組為單相。當接入單相交流電時，它在定轉子氣隙中會產生一交變脈動磁場，所以單相異步電動機不能自啟動。［2］在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以單相交流繞組通入單相交流產生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和，從而在氣隙中建立正轉和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體，并分別在轉子導體中產生感應電動勢和感應電流。

該電流與磁場相互作用產生正、反電磁轉矩。正向電磁轉矩企圖使轉子正轉；反向電磁轉矩企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加起來就是推動電動機轉動的合成轉矩。

不論是正轉磁場還是反轉磁場，他們的大小與轉差率的關系和三相異步電動機的情況是一樣的。若電動機的轉速是n，

則對正轉磁場而言，轉差率為：s+=（n1-n）/n1=s

對反轉磁場而言，轉差率為：s-=（-n1-n）/-n1=s

單相異步電動機的T-s曲線見左圖

由圖可知單相異步電動機的主要特點有：

（1）n=0，s=1，T=T++T-=0，說明單相異步電動機無啟動轉矩，如不采取其他措施，電動機不能啟動。

（2）當s≠1時，T≠0，T無固定方向，它取決于s的正、負。

（3）由于反向轉矩存在，使合成轉矩也隨之減小，故單相異步電動機的過載能力較低。

電容分相式起動工作原理

啟動時開關K閉合，使兩繞組電流I1，I2相位差約為90°，從而產生旋轉磁場，電機轉起來；轉動正

常以后離心開關被甩開，啟動繞組被切斷。

罩極式單相電機的工作原理

定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環，并在其中產生感應電流。短路環中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環部分和沒有短路環部分產生的磁通有了相位差，從而形成旋轉磁場，使轉子轉起來。

上圖中電機的轉動方向：瞬時針旋轉。因為沒有短路環部分的磁通比有短路環部分的磁通領先。

單相電機啟動和運行原理圖解

啟動原理：當單相正弦電流通過定子繞組時，電機就會產生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉。..

啟動原理：當單相正弦電流通過定子繞組時，電機就會產生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉磁場，當轉子靜止時，這兩個旋轉磁場在轉子中產生兩個大小相等、方向相反的轉矩，使得合成轉矩為零，所以電機無法旋轉。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉時（如順時針方向旋轉），這時轉子與順時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變小；轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變大。這樣平衡就打破了，轉子所產生的總的電磁轉矩將不再是零，轉子將順著推動方向旋轉起來。

單相電不能產生旋轉磁場。要使單相電動機能自動旋轉起來，可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產生（兩相）旋轉磁場，在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自行啟動旋轉起來。

它有兩個繞組，一般主繞組線徑較大一點，還有一個啟動繞組（副繞組），啟動繞組串聯一個電容器，是它的電壓遲后電流90度，這樣兩組繞組得到不同的磁場，形成了旋轉磁場，電動機就轉起來了。

以分相起動式為例，簡單說一下，如圖1所示，系由輔助起動繞組來輔助啟動，其起動轉矩不大。運轉速率大致保持定值。主要應用于電風扇，空調風扇電動機，洗衣機等電機。

單相電容運轉異步電機工作原理及故障分析

可見對稱兩相繞組通入對稱兩相電流產生的旋轉磁勢與三相電機產生旋轉磁勢一樣。其旋轉速度與電源頻率和電機極數有關：即n＝2×60f/p，

其中“f”—電源頻率（Hz）

“p”—電機極對數

“n”—磁場旋轉轉速，即電機同步轉速（r/min）

當電機中磁場以n速度旋轉時，處于旋轉磁場中的轉子導條就會切割磁力線而產生感應電勢和感應電流，感應電流在磁場的作用下產生電磁力和電磁力矩，行成一定的轉速n’。一般情況下電機轉速n’不等于旋轉磁場轉速n。因為n’=n時，轉子導條相對旋轉磁場是靜止的，導條中就不會產生感應電勢和感應電流，電機就不會產生電磁力矩，電機轉速就會自然下降。因轉子速度始終低于旋轉磁場速度，故稱此種電機為“單相異步電動機”。

四、電容運轉單相異步電動機

前面講到，單相繞組產生的是一個脈振磁勢，因此單相電機的啟動轉矩為零，即電機不能自行啟動，要使單相電機能夠自行啟動，就必須如同三相異步電機一樣，在電機內部產生一個旋轉磁場。產生旋轉磁場最簡單的方法是在兩相繞組中通入相位不同的兩相電流。因此在單相異步電機中必須有兩套繞組，一套為工作繞組，另一套為副繞組或啟動繞組，工作繞組或主繞組M與副繞組A的軸線在空間相隔90°電角度，副繞組串聯一個適當的電容C（電容選配不當會使電機系統變差，如片面增大或減小電容量，負序磁場可能加強，使輸出功率減小性能變壞，磁場可能會由圓形或近似圓形變為橢圓形）再與工作繞組并接于電源。由于副繞組串聯了電容，所以副繞組中的電流在相位上超前于主繞組電流，這樣由單相電流分解成具有時間相位差的兩相電流M和A（也就是事實上的兩相電流），因而電機的兩相繞組就能產生圓形或橢圓形的旋轉磁場。

由于大多數情況下兩相繞組總是不對稱的，諧波分量較多，因此單相異步電機的性能總要比三相異步電機差得多。諧波對電機的影響主要有以下三個方面：

1、使電機的附加損耗增加；

2、引起電機振動并產生噪音；

3、產生附加轉矩，使電機的啟動發生困難（某些位置較大、某些位置又較小、某些位置干脆就不能啟動，削弱辦法之一，就是采用斜槽轉子。這就是我們看到的轉子槽是斜的原因之一）

六、電機的調速方法及原理

作為單相異步電動機其調速方法有三種：

（1）變極調速；

（2）降壓調速；

（3）抽頭調速。

變極調速（簡介）

在單相電機中，有倍極調速和非倍極調速之分。倍極調速電機一般定子上只有一套繞組，用改變繞組端部聯接方法獲得不同的極對數以達到調整旋轉磁場的轉速。在極數比較大的變極調速中，定子槽中安放兩套不同極數的獨立繞組，實際上相當于兩臺不同極數的單速電機的組合，其原理和性能與一般單相異步電機一樣

降壓調速

降壓調速方法很多，如串聯電抗器（吊扇）、串聯電容、自耦變壓器和串連可控硅調壓調速。空調中最常用的調壓調速是可控硅（塑封）調壓調速。

可控硅調速是改變可控硅導通角的方法，改變電動機端電壓的波形，從而改變了電動機的端電壓的有效值。可控硅導通角α1=180°時，電機端電壓為額定值，α1＜180°時電壓波形如下圖實線部分，電機端電壓有效值小于額定值，α1越小，電壓越低，如下圖：

塑封PG電機就是可控硅降壓調速。對于塑封PG電機，其繞組工作原理與抽頭電機一致，但不同之處在于塑封PG電機的輸入電壓不是直接接到電源上的，而是通過電控的輸出端施加電壓于電機上的，其電控的輸出電壓是可調節的。其電氣原理圖見圖3，調速是利用電機輸出轉矩與電機輸入電壓成近似一次關系，通過改變電機輸入電壓來改變電機的輸出轉矩，起到調節電機轉速的作用，其原理如下圖示：

該結構是在電機的軸上裝有一個磁環，它一般有6極磁環及2極磁環2種。當電機轉子旋轉一圈時，磁環也旋轉一圈，磁環與PG板中的霍爾元件相感應，6極磁環會在PG板的OUTPUT（白）腳中輸出3個脈沖，2極磁環會輸出1個脈沖，這樣根據輸出脈沖的數量就可以知道電機的轉速。在電控中設定有預定的轉速值，將它與從PG塊中采樣取得的轉速值相比較，當轉速偏低時，則提高電控的輸出電壓（可控硅導通角變大），當轉速偏高時，則降低電控的輸出電壓（可控硅導通角變小），這樣通過PG信號的反饋調節電控輸出電壓就實現了對電機的平滑調速。由于電控的輸出電壓不會高于其輸入電壓，因此在電機設計時要保證電機達到高風檔的轉速時其電控的電壓不高于工作的額定電壓。如我國額定電壓為220VAC，則設計時的電控電壓一般設計為180VAC~200VAC左右。此參數值設定太低則造成電機材料浪費，且電控若損壞擊穿后電機直通市網電壓，其電機溫升會較高；若此參數值設定過高則會造成市網電壓降低時，有可能達不到設定的額定轉速，影響空調的能力

抽頭調速（重點）

電容運轉電動機在調速范圍不大時，普遍采用定子繞組抽頭調速。此時定子槽中放置有主繞組、副繞組及調速繞組，通過改變調速繞組與主、副繞組的聯接方式，調整氣隙磁場大小及橢圓度來實現調速的目的。

一般電容運轉單相電機，主繞組與副繞組嵌在不同的槽中，繞組與鐵芯間由聚酯纖維無紡布（DMDM或DMD）隔開，其在空間一般相差90度電角度，且副繞組通過串聯一個工作電容器后與主繞組并接于電源。當電機通電后，主繞組與副繞組在氣隙中共同形成一個有方向有幅值強度的旋轉磁場。其方向與主、副繞組所處的空間位置等有關，它決定了電機的轉向；其幅值強度則與主副繞組的參數設計有關，它決定了電機輸出力矩的大小。該旋轉磁場與轉子鼠籠轉子相互作用，使電動機按一定的方向旋轉。若調換主副繞組的空間位置，則旋轉磁場的旋轉方向會相反，該反方向的旋轉磁場與轉子相互作用，使電動機的轉向也會相反。

抽頭調速可分為T型抽頭調速和L型抽頭調速。L型抽頭調速又可分為主繞組抽頭L-1型和副繞組抽頭L-2型。目前最常用的是T型抽頭調速和副繞組抽頭L-2型調速。原理線路圖見下

T型抽頭調速優點：中、低檔運行繞組溫升低；缺點：電機高檔效率低，主繞組易形成匝間短路（見企業技術標準13設計案例的DC03.043-001“YDK29-8E電機匝間短路案例分析”）。

L型抽頭調速優點：電機高檔效力高，繞組不易形成匝間短路；缺點：中、低檔運行繞組溫升高。

不論哪種調速，都各有優缺點，選用哪種除要考慮設計時要達到哪個結果，還要考慮電機的經濟性，一般L型較經濟）。

七、電動機主要參數介紹

A）空載輸入電流：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，流入電動機的電流稱為空載電流。單位：A或mA。

B）空載輸入功率：是指電機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容下、空載運行（軸上輸出功率為零）情況下，輸入電動機的功率。這部分功率消耗主要表現在磁場儲能，定、轉子繞組銅耗和鋁耗，交變磁通在鐵芯損耗，通風、軸承磨擦產生機械損耗。單位：W（瓦）

C）負載輸入電流：是指電動機在額定工作電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負載運行在額定轉速下，所輸入電機的電流。單位：A或mA。

D）額定負載輸出功率：是指電動機在額定電壓、額定電源頻率、額定電容、帶額定負載運行在額定轉速下，軸伸所輸出的有功功率。單位：W（瓦）

E）溫升：指電動機在額定測試條件下運行，內部繞組與鐵芯部分的溫度相對于測試環境溫度的升高值。目前較常用的測試溫升方法為繞組電阻法。

F）噪音：電機噪音可分為機械噪音和電磁噪音。機械噪音通常由電機裝配不良定、轉子摩擦及軸承聲等形成。電磁噪音通常由定、轉子氣隙不均勻或磁場過于飽和造成，定、轉子氣隙不均勻受裝配零部件同軸度的影響較大，磁場過于飽受所設計功率較大電機的材料限制造成。噪音用分貝dB表示。

八、空調電動機常見的技術問題及解決方法

A）整機噪音及振動：電機噪音值在某一頻段存在峰值，此噪音峰值頻段與整機固有頻率相接近或重合，形成共鳴、共振和整機噪音。整機預防及解決措施：在電機確認階段將電機噪音峰值頻段與整機固有頻率錯開（這就是一般情況下一次送樣不能成功的原因之一，也是我們一般遵循的，只要是系統中的對電機有影響的零部件如支架和風輪風葉等的改變，就必須裝整機做噪音等測試）電機，空調鈑金件上加阻尼膠，調整風葉形狀、增加電機支架剛性（如04年今年3月份汕頭出現較多71S振動和噪音嚴重的問題，后將電機支架加強后上述現象全部消失）、電機安裝腳上加膠墊，調整空調板金件的形狀、厚度，調整電機極數、定轉子的槽配合、定轉子直徑、定轉子氣隙、轉子斜槽度、鐵芯長度、軸承距離等。

B）轉速不一致：風葉的變化（不同廠家不同模號）、蒸發器片距變化、風道的變化、測試環境的變化（溫度、濕度）、電機工藝波動的原因（鋁環、定子端部高度控制、繞線模具變化、氣隙變化、硅鋼片材料變化等）。

C）電磁聲：定子橢圓、同軸度大、軸承距過大、端蓋強度不夠、磁路設計不對稱。

D）軸承聲：裝配過程軸承損壞、軸承油脂聲、軸承與軸承室配合松動。

E）摩擦聲：定轉子相擦、錯片、異物、漆瘤及風輪風葉變形和轉軸彎曲等。

F）轉速低：轉子導條和端環截面過小、定轉子氣隙偏大；

G）溫升高：鐵芯長度偏低、漆包線截面偏小（即鐵、銅耗過大）、散熱不良；

H）電機冒煙：

（1）子繞組匝間短路；

（2）焊接線不良致使接觸電阻過大，電機發熱；

（3）電容器擊穿，致使電路的容性成分消失，電機單相運行（事實上電機無法運行，處于堵轉狀態）；

I）電機帶電：電機內部或引出線絕緣不良；

J）電機轉速下降

電機部分繞組匝間短路；

電容器容量衰減；

轉子斷條：

K）電機失速（保護）或不轉

霍爾元件失效；

可控硅擊穿。即使霍爾元件正常，信號有反饋，但因可控硅已經擊穿，電壓已不可調；

轉子被異物卡滯或電機無電和燒毀；

九、哪些參數變化可引起電機成本增加

在電機設計已是最優化狀態下，下述要求可增加成本：

1、負載不變情況下，要求提高轉速（即提高功率）；M∝P/VM：力矩P：功率V：轉速

2、負載不變情況下，要求降低溫升；

十、影響溫升的因素

1．氣隙（g=0.2-0.5，一般選0.25到0.35）變小氣隙越小，諧波漏抗越大，導致最大轉矩和啟動轉矩降低；同時雜耗增大、效率降低、溫升增高；

2．增多槽數槽數多了，電機的漏抗減小，導致最大轉矩和啟動轉矩有所增加，效率和功率因數有所增加，因為繞組分散，繞組接觸鐵芯的散熱面積增加，溫升會降低；

3.定轉子槽配合如果槽配合選擇不當，可引起較大的附加轉矩（使啟動性能變壞，甚至啟動不起來）、附加損耗增大，導致溫升增高；

4．增加鐵芯長度以降低磁密（磁密很飽和時）、增大漆包線直徑以降低電密、使用鐵損小的硅鋼等從而降低溫升。

十一、電機使用時的注意事項

不得用手提拉引出線來提取電機以免拉斷引出線；

不得徒手握電機軸伸以免軸伸生銹；

不得旋轉同步電機輸出軸，特別是通過連桿擺動的同步電機（舉例百年，今年六月百年裝上電機后，用手快速搬動導風條，至使眾多電機齒輪斷裂…）；

不得用手提拉引出線來提取電機以免拉斷引出線；

不得徒手握電機軸伸以免軸伸生銹；

不得旋轉同步電機輸出軸，特別是通過連桿擺動的同步電機（舉例百年，今年六月百年裝上電機后，用手快速搬動導風條，至使眾多電機齒輪斷裂…）；