在交流电机中,当定子绕组通过交流电流时,建立了电枢磁动势,它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流生脉振磁动势,该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和,从而在气隙中建立正转和反转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体,并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流 。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转;反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。不论是正转磁场还是反转磁场,他们的大小与转差率的关系和三相异步电动机的情况是一样的。若电动机的转速是n,则对正转磁场而言,转差率为:s+=(n1-n)/n1=s对反转磁场而言,转差率为:s-=(-n1-n)/-n1=s单相异步电动机的T-s曲线见左图由图可知单相异步电动机的主要特点有:(1)n=0,s=1,T=T++ T- =0,说明单相异步电动机无启动转矩,如不采取其他措施,电动机不能启动。(2)当s≠1时, T≠0,T无固定方向,它取决于s的正、负。(3)由于反向转矩存在,使合成转矩也随之减小,故单相异步电动机的过载能力较低。电容分相式起动工作原理启动时开关K闭合,使两绕组电流I1,I2相位差约为90°,从而产生旋转磁场,电机转起来;转动正常以后离心开关被甩开,启动绕组被切断。罩极式单相电机的工作原理定子通入电流以后,部分磁通穿过短路环,并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化,致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差,从而形成旋转磁场,使转子转起来。上图中电机的转动方向:瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通先。
如图1(a)图所示,i1和i2两个电流在相位上相差90°,图1(b)所示为在空间布置上相差90°电角度的两相绕组。将i1通入绕组A-X、i2通入绕组B-Y。线端 A、B为绕组首端,线端X、Y为绕组末端。正电流从绕组的首端流入,负电流从绕组的末端流入。图1(c)各图显示了i1和i2两个电流5个瞬时所产生的磁场情况,从图中可以看出,当电流变化一周时,磁场也旋转了一周。综上所述,我们只要将相位上相差90°的两个电流,通入在空间相差90°电角度的绕组,就能使单相异步电动机产生一个两相旋转磁场。在它的作用下,转子得到起动转矩而转动起来进行工作。
简单的说,单相异步电动机的工作原理是建立在脉振磁动势可以分解为两个幅值相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁动势理论的基础上。电动机固有特性是不能自行起动,但一经起动即可连续的旋转,由此设法加强正向旋转磁动势,削弱反向旋转磁动势,使磁动势变为椭圆形旋转磁场,从而可解决起动问题。
罩极式电机具有结构简单、制造方便、造价低廉、使用可靠、故障率低的特点。它多用于轻载起动的负荷。凸极式集中绕组罩极电机常用于电风扇、电唱机等。隐极式分布绕组罩极电机则用于小型鼓风机、油泵等。
分相式电机具有结构简单、造价低廉、使用方便、故障率低的特点。分相式电机的起动转矩一般是满载转矩的两倍,因此它的应用范围很广,如电冰箱、空调机的配套电机。单相分相式电机具有中等起动转矩和过载能力,适用于低惯量负载、不经常起动、负载可变而要求转速基本不变的场合,如小型车床、鼓风机、电冰箱压缩机、医疗器械等。
单相电容式电机又分为单相电容起动式电机、单相电容运转式电机、单相电容起动与运转式电机。单相电容起动式电机具有较高的起动转矩,一般达到满载转矩的3-5倍,故能适用于满载起动的场合。多用于电冰箱、水泵、小型空气压缩机及其他需要满载起动的电器和机械中。单相电容运转式电机的起动转矩较低,但功率因数和效率比较高。它体积小、重量轻、运行平稳、振动与噪声小、可反转、能调速,适用于直接与负载联接的场合,如电风扇、通风机、录音机及各种空载或轻载起动的机械。单相电容起动与运转式电机具有较好的起动性能,较高的功率因数、效率和过载能力,可以调速。适用于带负载起动和要求低噪声的场合,如小型机床、泵、家用电器等。[1]