1.2.2 單相異步電動機的基本結構與工作原理

1.單相異步電動機的基本結構

單相異步電動機一般由機殼、定子、轉子、端蓋、轉軸、風扇等組成，有的單相異步電動機還具有起動元件。

（1）定子

定子由定子鐵心和定子繞組組成。單相異步電動機的定子結構有兩種形式，大部分單相異步電動機的定子采用與三相異步電動機相似的結構，即用硅鋼片疊壓而成。但在定子鐵心槽內嵌放有兩套繞組：一套是主繞組，又稱工作繞組或運行繞組；另一套是副繞組，又稱起動繞組或輔助繞組。兩套繞組的軸線在空間上應相差一定的電角度。容量較小的單相異步電動機有的則制成凸極形狀的鐵心，如圖1-4所示。磁極的一部分被短路環罩住。凸極上放置主繞組，短路環為副繞組。

圖1-4 凸極式罩極單相異步電動機

（2）轉子

單相異步電動機的轉子與籠型三相異步電動機的轉子相同。

（3）起動元件

單相異步電動機的起動元件串聯在起動繞組（副繞組）中，起動元件的作用是在電動機起動完畢后，切斷起動繞組的電源。常用的起動元件有以下幾種：

1）離心開關。離心開關位于電動機端蓋的里面，它包括靜止和旋轉兩部分。當電動機靜止時，無論旋轉部分在什么位置，總有一個銅觸片與靜止部分的兩個半圓形銅環同時接觸，使起動繞組接入電動機電路。電動機起動后，當轉速達到額定轉速的70%～80%時，離心力克服彈簧的拉力，使動觸頭與靜觸頭脫離接觸，使起動繞組斷電。

2）起動繼電器。起動繼電器是利用流過繼電器線圈的電動機起動電流大小的變化，使繼電器動作，將觸頭閉合或斷開，從而達到接通或切斷起動繞組電源的目的。

2.單相異步電動機的工作原理

分相式單相異步電動機的工作原理：在單相異步電動機的主繞組中通入單相正弦交流電后，將在電動機中產生一個脈振磁場，也就是說，磁場的位置固定（位于主繞組的軸線），而磁場的強弱按正弦規律變化。

如果只接通單相異步電動機主繞組的電源，電動機不能轉動，但如能加一外力預先推動轉子朝任意方向旋轉起來，則將主繞組接通電源后，電動機即可朝該方向旋轉，即使去掉了外力，電動機仍能繼續旋轉，并能帶動一定的機械負載。

單相異步電動機為什么會有這樣的特征呢？下面用雙旋轉磁場理論來解釋。

雙旋轉磁場理論認為：脈振磁場可以認為是由兩個旋轉磁場合成的，這兩個旋轉磁場的幅值大小相等（等于脈振磁動勢幅值的l/2），同步轉速相同（當電源頻率為f，電動機極對數為p時，旋轉磁場的同步轉速），但旋轉方向相反。其中與轉子旋轉方向相同的磁場稱為正向旋轉磁場，與轉子旋轉方向相反的磁場稱為反向旋轉磁場（又稱逆向旋轉磁場）。

單相異步電動機的電磁轉矩，可以認為是分別由這兩個旋轉磁場所產生的電磁轉矩合成的結果。

電動機轉子靜止時，由于兩個旋轉磁場的磁感應強度大小相等、方向相反，因此它們與轉子的相對速度大小相等、方向相反，所以在轉子繞組中感應產生的電動勢和電流大小相等、方向相反，它們分別產生的正向電磁轉矩與反向電磁轉矩也是大小相等、方向相反，相互抵消，于是合成轉矩等于零。單相異步電動機不能夠自行起動。

如果借助外力，沿某一方向推動轉子，單相異步電動機就會沿著這個方向轉動起來，這是為什么呢？因為假如外力使轉子順著正向旋轉磁場方向轉動，將使轉子與正向旋轉磁場的相對速度減小，而與反向旋轉磁場的相對速度加大。由于兩個相對速度不等，因此兩個電磁轉矩也不相等，正向電磁轉矩大于反向電磁轉矩，合成轉矩不等于零，在這個合成轉矩的作用下，轉子就會順著初始推動的方向轉動起來。

為了使單相異步電動機能夠自行起動，一般在起動時，先使定子產生一個旋轉磁場，或使它能增強正向旋轉磁場，削弱反向旋轉磁場，由此產生起動轉矩。為此，人們采取了幾種不同的措施，如在單相異步電動機中設置起動繞組（副繞組）。主、副繞組在空間上一般相差90°電角度。當設法使主、副繞組中流過不同相位的電流時，可以產生兩相旋轉磁場，從而達到單相異步電動機起動的目的（故該種電動機稱為分相式單相異步電動機）。當主、副繞組在空間上相差90°電角度，并且主、副繞組中的電流相位差也為90°時，可以產生圓形旋轉磁場，單相異步電動機的起動性能和運行性能最好。否則，將產生橢圓形旋轉磁場，電動機的起動性能和運行性能較差。