1. 外形与基本结构
单相交流异步电动机的外形酷似三相交流异步电动机,常见外形如图2-3(a)所示。其内部结构除了只有1个定子绕组(或只有1个主绕组1个副绕组)外,其余皆与三相交流异步电动机基本相同。
2. 旋转过程
如前所述,三相交流异步电动机定子中3个互成120°、电性能对称的绕组接通三相电源时,必然在其内部空间产生旋转磁场,转子在旋转磁场作用下转动起来。对单相电动机而言,其定子中只有一个绕组,所接电源只是三相电源中的单相电,只能产生单方向的脉动磁场,而不是旋转磁场。显然,要想使单相交流异步电动机的转子转动起来,就要想办法使只有两个方向的脉动磁场旋转起来。
欲使单相交流异步电动机转动起来,必须增加辅助装置。辅助装置不同,单相交流异步电动机的启动过程也不相同。根据辅助装置不同,单相交流异步电动机分为单相电容启动式电动机、分相启动式电动机及罩极式电动机三大类。
(1)单相电容启动式电动机。这种单相交流异步电动机的定子绕组由主绕组(又称运行绕组)L1、副绕组(又称启动绕组)L2组成,其中副绕组L2与适当容量的电容C及自动开关K(离心开关或电磁开关)串联后与L1相并联,如图2-3(b)所示。
(a)外形
(b)单相电容启动式电动机
(c)分相启动电动机
图2-3 单相电容启动式与分相启动式电动机
单相电容启动式电动机刚接通220 V交流电源时,由于电容C的作用,使该支路中的交流电流相位超前电源90°。该电流和通过绕组L1中的电流共同形成一个旋转磁场,鼠笼式转子便在这个旋转磁场的作用下,顺着旋转磁场的方向转动起来。其转速同样低于3 000r/min,一般为2 800 r/min。
根据启动电容作用的差别,单相电容启动式电动机又分电容启动式电动机和永久分相式电容电动机两种。前者在电动机转速达到额定转速的75%～80%时,开关自行断开,副绕组脱离电源,故副绕组也被称为启动绕组。由于启动绕组只在启动的短时间内通电,一般用较细的导线绕制,匝数也比较少。这种电动机的特点是启动电流小,启动转矩大。主要应用于小型电锯、电刨及单相水泵等;后者的辅助绕组中没有自动开关K,因而不管是启动还是运行,电容和辅助绕组均接在电路中。由于主副绕组共同产生的旋转磁场比较强,这种电动机的过载能力、效率、功率因数都比前者要好,主要应用于家用电器中的电风扇、排风扇、抽油烟机等。
另外,还有一种单相电阻启动式电动机,其结构与转动过程与此相似。
(2)分相启动式电动机。这种电动机的结构与单相电容启动式电动机相似,其区别是主、副绕组间的相位角很大,在鼠笼式转子中形成的感应电流也较大,故转动力矩相应大一些,主要应用于电冰箱、洗衣机、空调器等家用电器中。实际应用中,多将启动电容Cs和运行电容结合起来,如图2-3(c)所示。
(3)罩极式电动机。这种电动机又分为凸极式和隐极式两种,应用中前者比较普遍。凸极式电动机的转子仍是鼠笼式,而定子形状如图2-4所示。磁极旁侧开有一个沿轴向的线槽,将磁极分成大小不等的两部分。大的部分称为主磁极,小的部分称副磁极。在副磁极上套有一短路铜环,其作用相当于一个副绕组。电动机运行时,副绕组和主绕组一起产生旋转磁场。罩极式电动机因铜环把部分磁极罩起来而得名。
图2-4 罩极式电动机定子形状
罩极式电动机在磁极的中间部位装有铁板形状的磁分流器,以改善其启动特性和运行特性。一般来讲,罩极式电动机的整体性能不如前两种单相电动机,但因其结构简单、制作成本低,可以方便地制成二极式或四极式,运行噪声较小,对其他电器的干扰程度低,应用也很广泛,多用于小功率的电风扇、电吹风中。
