1.2 单相异步电动机

单相异步电动机由单相交流电源供电，使用方便，广泛用于家用电器、医疗仪器和自动控制系统中。

单相异步电动机的定子绕组为单相，转子是笼型的。在定子绕组中通入单相交流电流后，将产生一个位置固定、大小随时间做正弦变化的脉动磁场，如图1-28中虚线所示。磁场轴线与定子绕组轴线重合。

设脉动磁场的磁感应强度为B=B_msinωt，如图1-29a所示。上述脉动磁场B可以分解为两个旋转磁场B₁和B₂，B₁、B₂大小相等，幅值均为 ，B₁、B₂的转速相同，但旋转方向相反。图1-29b为脉动磁场B分解为两个旋转磁场B₁、B2的示意图。在t=0时，B₁与B₂方向相反，合成的B=0；t=t₁时，B₁、B₂按相反方向各转过ωt₁角，故合成的B=2· ，依比类推。可见，在任何瞬间，均有B=B₁+B₂成立。

图1-28 单相异步电动机中通入单相交流电后的脉动磁场

由三相异步电动机转动原理可知，两个旋转磁场将同时在转子上产生电磁转矩T₁和T₂，由于B₁与B₂旋转方向相反，因此，T₁与T₂对转子的转矩方向也是相反的。如图1-30的T=f（s）曲线所示。图中T为T₁与T₂的合成转矩。可以看出，在s=1（n=0）时，B1和B₂产生的电磁转矩T_1st和T_2st大小相等，方向相反，因此，在n=0时，合成转矩T_st=0。所以，单相异步电动机的起动转矩为零，不能自行起动。这是单相异步电动机的一个特殊问题。但是，如果采取措施，让单相异步电动机转动起来，则合成转矩不再为零，电动机将沿着起动时的旋转方向加速运转，并将稳定在与负载力矩平衡的某一工作点上。

为了使单相异步电动机具有自起动能力，须在电动机结构上采取某些措施，使之产生一定的起动转矩，目前常用的方法有以下两种。

图1-29 脉动磁场分解示意图

图1-30 转矩与转差率关系曲线

1.电容分相法

电容分相式单相异步电动机的定子中有两个绕组W₁和W₂，W₁和W₂在空间相差90°。绕组W₂通过电容C和控制开关S与W₁并联，如图1-31所示。电动机起动时，S在闭合位置，i₁滞后i₂90°，形成两相电流，借助三相异步电动机的工作原理容易理解，这两相电流可以产生一个合成旋转磁场，如图1-32所示。在这个旋转磁场的作用下，转子上产生旋转力矩，单相异步电动机起动运转。当电动机转速升高到一定值时，令开关S打开，将绕组W₂、电容C与电源断开，只有工作绕组W₁工作，电动机将在脉动磁场作用下运行。

图1-31 电容分相法连接电路

图1-32 工作原理示意图

如果将电容C和开关S改接为与线圈W₁串联，则电流i₁比i₂超前90°，这两相电流产生的合成旋转磁场方向改变，电动机反转。

2.罩极法

罩极式电动机的结构如图1-33所示。定子铁心为凸极形状，在每个磁极的 处开有槽，槽内嵌放短路铜环，被铜环套着的部分磁极称为罩极。

图1-33 罩极式电动机的结构

当在定子绕组中通入单相交流电流后，产生脉动磁场，短路环受脉动磁场的作用产生感应电流，这将使得罩极部分的磁通和其他部分磁极中磁通数量和相位均不相同，罩极下的磁通在时间上滞后，形成一个移动磁场，这个移动磁场将在转子上产生电磁转矩，使得电动机能够自行起动。

罩极式电动机的短路环是在制造时装好的，因此，这种电动机的转向是确定的，不能改变，罩极式电动机的优点是结构简单，制造容易，缺点是起动转矩小，铜环有功率损耗，只适用于小功率单相电动机。

单相异步电动机的功率因数、效率以及过载能力都比较低。一般功率都在1kW以下。

如果三相异步电动机的三根电源线中有一根断开，则成为单相运行，也称为断相。若断相发生在电动机起动之前，则不能起动。若断相发生在运行当中，则三相电动机仍能保持运转，但绕组中电流会增加。当三相电动机在较重负载时长时期断相运行将导致电动机过热而烧毁，所以一般不允许三相电动机单相运行，必要时应加断相保护。