电机与拖动电机与拖动项目六项目六 单相单相异步电动机异步电动机项目导读单相异步电动机是可直接使用单相交流电源的异步电动机，它结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便，广泛用于家用电器、医疗器械、电动工具、自动化仪表等领域，如冰箱、空调、洗衣机、电风扇等本项目主要介绍单相异步电动机的基本结构、工作原理、铭牌数据、机械特性，及其启动、调速和反转方法等内容任务一单相异步电动机的认识任务引入最近老张的食品厂由于员工增多而扩大了职工食堂的面积随着天气越来越热，职工食堂里仅有的一台空调明显不够用了恰好厂里不久前淘汰下来几台由小功率三相异步电动机驱动的风机，于是老张决定将这几台风机放到食堂给员工降温消暑但是职工食堂里使用的是单相220 V电源，需要将三相异步电动机改装成单相异步电动机才能使用思考：单相异步电动机的工作原理是什么？如何将三相异步电动机改装成单相异步电动机呢？一、单相异步电动机的基本结构图6-1 单相异步电动机的基本结构1定子部分主要包含机座、定子铁芯、定子绕组和端盖等部件1）机座机座的主要作用是固定定子铁芯，并借助两端的端盖将定子和转子连成一个整体2）定子铁芯机座定子铁芯是单相异步电动机主磁通磁路的一部分，采用0.350.5 mm厚的硅钢片冲压后叠成，有良好的导磁性能。
定子铁芯的内圆上有均匀分布的槽，一般为半闭口形，槽内嵌放定子绕组3）定子绕组定子绕组一般做成两相：运行绕组（又称主绕组）和启动绕组（又称副绕组）两相绕组在空间上的电角度相差 ，当向定子绕组中通入交流电时，就会产生旋转磁场定子绕组一般用高强度聚酯漆包线绕制，是单相异步电动机的电路部分4）端盖端盖主要起防护作用，对于容量很小的单相异步电动机，有时只需要一个端盖，另一个端盖则与机壳连成一体，形状如同一只杯子2转子部分转子部分由转子铁芯和转子绕组构成1）转子铁芯转子铁芯与定子铁芯相同，也是由0.350.5 mm厚的硅钢片冲压后叠成，铁芯槽内嵌放转子绕组2）转子绕组单相异步电动机的转子绕组一般用铝压铸而成，多采用笼式结构一、单相异步电动机的工作原理（a）单相交流电流波形 （b）电流位于正半周时的磁场 （c）电流位于负半周时的磁场图6-2 脉动磁场的产生过程1脉动磁场的产生脉动磁场的产生过程如下：p当单相交流电流位于正半周时，电流从定子绕组的左侧流入、右侧流出，产生的磁场如图6-2（b）所示磁场的大小随通入电流大小的变化而变化，但方向保持不变p 当单相交流电流为零时，磁场也为零p 当单相交流电位流位于负半周时，电流从定子绕组的右侧流入、左侧流出，产生的磁场方向发生了变化，如图6-2（c）所示。
磁场的大小仍随通入电流大小的变化而变化2两相绕组旋转磁场的产生特性（a）两相定子绕组 （b）两相电流波形图6-3 单相异步电动机的自行启动原理（a） （b） （c） （d） 图6-4 单相异步电动机旋转磁场的形成过程按照三相异步电动机产生旋转磁场的方法进行分析，可知此时单相异步电动机会产生一个与之类似的旋转磁场，该旋转磁场的形成过程如图6-4所示三、单相异步电动机的铭牌数据图6-5 单相异步电动机的铭牌1型号图6-6 单相异步电动机型号的含义型号反映了单相异步电动机的种类、技术指标、防护结构和使用环境等，如图6-6所示2额定值1）额定电流2）额定电压3）额定功率4）额定转速5）额定频率任务实施改装单相异步电动机一、实施目的（1）掌握单相异步电动机的工作原理2）熟悉将三相异步电动机改为单相异步电动机的方法二、实施器材（1）判断三相异步电动机三相定子绕组的首端和末端，抽出接线端的导线并剥削线头绝缘层，如图6-7所示三、实施步骤图6-7 剥削线头绝缘层 （2）如图6-8所示，将首端绿色导线和末端黄色导线并联接入接线排第一孔中；将首端红色导线和末端蓝色导线并联接入接线排第二孔中；将首端黄色导线和末端红色导线并联接入接线排第三孔中。
由此将三相异步电动机定子绕组接成三角形连接图6-8 连接三相异步电动机定子绕组（3）在接线排的另一侧接两根导线，作为220 V电源输入端，如图6-9所示在不确定电动机转向的情况下，可将两根导线接入接线排未使用的任意两孔中图6-9 连接电源线 （4）将运行电容的一根导线和一根电源线并联，运行电容的另一根导线接入接线排的中间孔里，如图6-10所示这就组成了单相电动机工作所需的两相绕组图6-9 连接电源线 （5）将启动电容的一根线接入运行电容、电源的公共接线端，如图6-11所示；另一根线接入低压断路器的进线端图6-11 连接启动电容 （6）用一根导线连接低压断路器的出线端与运行电容的非电源接线端，如图6-12所示7）将电路中的低压断路器闭合，然后接通电源，观察电动机的运行情况；待电动机运行稳定后将低压断路器断开，切除启动电容；运行一段时间后，关闭电源 图6-12 连接低压断路器（1）连接导线应选用与电动机电源线同规格的绝缘导线2）改装后的电动机功率会变小，且容易发热，因此仅供短时应急使用3）电动机启动完成后要及时切除启动电容四、注意事项任务二单相异步电动机的电力拖动任务引入老李家中用了多年的电风扇突然坏了，通电后电风扇不能启动。
老李用手拨动扇叶后，电动机可缓慢启动，运行一段时间后，电动机发热比较严重老李将电风扇关闭一段时间，待其降温后，重新通电，电风扇故障依旧存在，用手拨动扇叶也无法使其启动思考：单相异步电动机的机械特性是什么？根据上述故障现象，能否判断该电动机的故障原因？一、单相异步电动机的机械特性1运行绕组单独通电时的机械特性图6-13 运行绕组单独通电时的机械特性2双绕组通电时的机械特性图6-14 双绕组通电时的机械特性1）电阻分相单相异步电动机的分相原理二、单相异步电动机的启动1电阻分相单相异步电动机单相异步电动机按照启动方式的不同，可分为电阻分相单相异步电动机、电容分相单相异步电动机和罩极式单相异步电动机 （a）接线图 （b）相量图图6-15 电阻分相单相异步电动机的接线图与相量图 （a）接线图 （b）相量图图6-15 电阻分相单相异步电动机的接线图与相量图2）电阻分相单相异步电动机的启动将电源接通后，电阻分相单相异步电动机便开始启动，待电动机转速达到额定转速的70%80%时，启动完毕，电动机通过离心开关S将启动绕组和启动电阻从电源上切除，由此进入正常运行状态，这就是电阻分相单相异步电动机的启动过程。
电阻分相单相异步电动机的启动绕组和启动电阻只在电动机启动时作用，因此这种电动机也称电阻启动单相异步电动机优点：结构简单、价格低廉、使用方便；缺点：启动电流较大，启动转矩不大应用：电冰箱压缩机、小型机床、鼓风机等设备2电容分相单相异步电动机根据启动绕组是否参与正常运行，电容分相单相异步电动机可以分为三类：u 电容启动单相异步电动机u 电容运行单相异步电动机u 双电容单相异步电动机1）电容启动单相异步电动机 （a）接线图 （b）相量图图6-16 电容启动单相异步电动机的接线图和相量图将图6-15中的启动电阻R换成启动电容C，就构成了电容启动单相异步电动机，如图6-16（a）所示优点：启动转矩较大；缺点：成本较高应用：常用于电冰箱、小型空气压缩机、水泵、磨粉机、医疗机械等满载启动的设备2）电容运行单相异步电动机电容运行单相异步电动机的原理如图6-3（a）所示，它的启动绕组能够长期接在电源上工作当选择的启动电容合适时，电动机在运行时就会产生旋转磁场电容运行单相异步电动机实际上是一台两相异步电动机，只要任意改变运行绕组（或启动绕组）首端和末端与电源的接线，即可改变旋转磁场的方向，从而实现电动机的反转控制。
a）两相定子绕组图6-3 单相异步电动机的自行启动原理优点：体积小，重量轻，功率因数和效率较高，无需专门的启动装置，成本较低，结构简单，使用及维护方便应用：常用于电风扇、空调、洗衣机、通风机、复印机、录音机、电子仪器仪表等各种空载或轻载设备，是目前应用最普遍的单相异步电动机3）双电容单相异步电动机双电容单相异步电动机（即电容启动电容运行单相异步电动机）综合了电容启动单相异步电动机和电容运行单相异步电动机的优点，在启动绕组上接有两个电容器：启动电容 和运行电容 ，如图6-17所示图6-17 双电容单相异步电动机原理图优点：既有较高的功率因数和效率，又有较大的启动转矩；缺点：成本较高应用：常用于启动转矩大的电冰箱、水泵、小型机床等设备3罩极式单相异步电动机按励磁绕组的位置不同，罩极式单相异步电动机可分为罩极式单相异步电动机采用笼式转子，在磁极面约1/3处开有小槽，将一只闭合的铜制短路环套在小槽上，就好像把这部分磁极罩起来一样，因此称为罩极式单相异步电动机按照磁极形式的不同，它可以分为凸极式和隐极式两种结构，如图6-18所示 （a）凸极式 （b）隐极式图6-18 罩极式单相异步电动机的结构u 集中励磁式u 单独励磁式当在罩极式单相异步电动机的励磁绕组中通入单相交流电时，它所产生的脉动磁场在短路环的作用下形成一个连续移动的磁场，就如同旋转磁场一样，如图6-19所示。
a）磁场中心在左 （b）磁场中心居中 （c）磁场中心在右图6-19 罩极式单相异步电动机旋转磁场的形成过程（1）在励磁电流从零增大到点a这段时间，励磁电流产生的磁通是逐渐增大的，整个磁极的磁通分布不均匀 在被短路环罩住的那一部分，短路环会因磁场中磁通量的增大而产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的磁通要阻碍原磁通的变化，从而削弱了原磁场，使这部分合成磁通较疏； 在未被短路环罩住的部分，磁通较密 整个磁极的磁场中心线偏离几何中心线，位于磁极的左端，如图6-19（a）所示3）在励磁电流从点b减小到零这段时间，由于励磁电流减小，励磁电流产生的磁通随之减小，短路环内感应电流产生与原磁通方向相同的磁通，来阻碍原磁通的减小，故合成磁通比原磁通增大因此，被短路环罩住的这部分磁通较密，未被罩住的部分磁通较疏，整个磁极的磁场中心线偏离几何中心线，位于磁极的右端，如图6-19（c）所示2）在励磁电流从点a变化到点b这段时间，由于励磁电流变化缓慢，短路环中的感应电流对原磁场几乎无影响，磁极中的磁通可视为均匀分布，此时磁场中心线与几何中心线重合，如图6-19（b）所示由上述分析可以看出，罩极式单相异步电动机的磁场中心线在磁极中从左向右移动，在电流变化的半个周期内，磁场中心线移过一个磁极，即整个磁场转过了180。
用同样的方法分析可知，当电流变化到下半周期时，同一对的两个磁极的极性同时改变，磁场中心线仍然按原来的方向移动，当电流的下半周期结束时，磁场中心线转过了一对磁极，磁场旋转了一周，如此便使脉动磁场变成了旋转磁场，使单相异步电动机能够自行启动优点：结构简单、制造和维护方便、成本低、使用时噪声小；缺点：功率因数和效率较低，启动性能和运行性能较差应用：适用于小功率空载启动的设备，如换气扇、仪表风扇、录音机、电动工具等三、单相异步电动机的调速改变绕组主磁通调速是通过改变运行绕组与启动绕组的连接方式以及绕组的抽头，来改变绕组主磁通，从而实现调速的一种方法1改变绕组主磁通调速1）运行绕组串、并联调速图6-20 运行绕组串、并联调速u 当开关S1在高速挡时，两部分运行绕组并联，流过运行绕组的电流较大，主磁通较大，电动机的转矩较大，转速较高；u 当开关S1在中速挡和低速挡时，两部分运行绕组串联，流过运行绕组的电流较小，主磁通较小，电动机的转矩较小，转速较低根据绕组连接形状的不同，串中间绕组调速又可分为L型和T型两类，2）串中间绕组调速 图6-21 L型串中间绕组调速 图6-22 T型串中间绕组调速优点：材料省、耗电少、成本低；缺点：绕组的嵌线比较复杂。
绕组抽头调速是通过改变部分绕组的连线来改变绕组上的电压，从而实现调速的方法a）运行绕组抽头调速 （b）启动绕组抽头调速图6-23 绕组抽头调速3）绕组抽头调速类型：运行绕组抽头调速和启动绕组抽头调速在运行绕组上改变抽头来调速的方法称为运行绕组抽头。