单相电机一般是指用单相交流电源(AC220V)供电的小功率单相异步电动机。 这种电机通常在定子上有两相绕组,转子是普通鼠笼型的(一般为铝制作而成)。 两相绕组在定子上成90°分布。
一、工作原理:
单相电机绕组图
启动绕组不通电时,单相正弦电流通过定子工作绕组,电机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以这个磁场称交变脉动磁场。 这个交变脉动磁场可以看作是两个转速相同、而旋转方向却相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电机无法旋转。 当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小; 转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。 这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。
我们平时维修电风扇时就深有体会,当风扇电机的启动电容完全失容或启动绕组断路时,电风扇通电不会转动。 这时我们会发现不通电情况下电机可以轻松拨动,而通上电电机就好像被磁性吸住一样,嗡嗡震动并阻力变大,这时我们加力使电机顺时针转它就顺时针旋转起来,如果加力使电机逆时针转它就逆时针旋转起来,也就是它的旋转方向不确定,只取决于我们加力的方向。
再思考下我们常常维修的家用冰箱,冰箱压缩机有的就没有运行电容,只有启动电阻,启动电阻在完成使命后成断路状态,也就是压缩机工作时只有工作绕组通电。
要使单相电机能自动旋转起来,并且旋转方向固定,就需要起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差90°,起动绕组串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差90°,即所谓的分相原理。 这样两个在时间上相差90°的电流通入两个在空间上相差90°的绕组,将会在空间上产生连续固定旋转磁场,在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,并且方向是固定的,不会产生方向不确定的现象。 要改变这种电机的转向,只要把辅助绕组的接线端头调换一下即可。
在单相电动机中,产生旋转磁场还有另一种方法——罩极法,电机称单相罩极式电动机。 此种电动机定子做成凸极式的,有两极和四极两种。 每个磁极在1/3~1/4全极面处开有小槽,把磁极分成两个部分,在小的部分上套装上一个短路铜环,好象把这部分磁极罩起来一样,所以叫罩极式电动机。 当定子绕组通电后,在磁极中产生主磁通,而穿过短路铜环的主磁通部分在铜环内产生一个在相位上滞后90°的感应电流,此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通,它的作用与电容式电动机的起动绕组相当,从而产生旋转磁场使电动机转动起来。
二、分相式单相电机分类
综合上所述,单相交流异步电机分为分相式和罩极式两大类。 我们常用的是有启动绕组与启动电容的分相式。 而分相式也有以下几种工作情况:
1.启动方式
第一种,启动绕组常工作型。 如图下所示,启动绕组来辅助启动,启动后并不断开,其启动转矩不算大。 主要应用于电风扇、空调风扇电动机、洗衣机等电机。
常工作型
第二种,离心开关型。 电机静止时离心开关是接通的,通电后启动电容参与启动工作,当转子转速达到额定值的70%~80%时离心开关便会自动跳开,启动绕组不参与运行工作,而电动机以运行绕组线圈继续运行,如下图所示。
离心型
第三种,离心开关加运行电容型。 电机静止时离心开关也是接通的,通电后启动电容与运行电容并联,一起参与启动工作,当转子转速达到额定值的70%~80%时离心开关便会自动跳开,启动电容完成任务,并被断开。 而运行电容仍串接于启动绕组参与运行工作。 这种接法一般用在空气压缩机、切割机、木工机床等负载大而不稳定的地方。 启动电容接入时加大了启动扭矩,以利于电机的快速启动,如下图所示。
离心并联型
2.正反转控制:
如下图是带正反转开关的接线图,通常这种电机的起动绕组与运行绕组参数完全一致的。 一般双杠洗衣机的洗衣电机用的是这种电机。 这种正反转控制方法简单,不用复杂的转换开关。
启动绕组与运行绕组参数一样
而对于启动绕组与运行绕组参数不同的电机,也就是启动绕组与运行绕组决不可以搞错的电机,要正反转控制,只能改变启动绕组接入方向或运行绕组接入方向。 对于有公共端接线的电机,如果分启动绕组与运行绕组,它的旋转方向是设计好的,例如我们常常维修的一般的双杠洗衣机,它的脱水电机分正反转的,决不能像上图一样去改变旋转方向。