单相电机的结构与原理分析

单相电机的结构与原理分析

摘要随着法拉第电磁感应技术、超大规模集成电路技术及电气工程自动控制理论的发展,单相电机在工业和生活中有着极其广泛的应用,本文详细介绍单相电机的结构和原理及类别分析。

关键词单相电机，电动机。

1引言

电动机是将能量转化为机械的一种装置，它将能量转化为机械的。它主要由一个定子绕组，用于产生磁场，或分布在一个定子组中的电磁铁绕组或转子所构成。利用电线圈产生旋转磁场，并在转子中产生磁电力旋转扭矩，在电流的作用下产生磁场，使电机转动。

单相电机( singlephase machine )指的是由220 v 交流电源提供的异步电机。

2单相电机的结构

单相电机主要由:端盖、定子、转子、电源接线、机壳、轴承组成。

电机定子包括三个部分：定子铁芯，定子绕组，机座上装有成对直流励磁主磁极，定子的主要功能是产生旋转磁场，而在旋转的磁场被电力线割断，从而产生输出电流。电机包括转子部分和定子两个部分，它们是用于实现转子部分和机械部件的电能转换设备。

3单相电机分类

单相电机分为两大类，即分相和罩极式，理论上说，让单相电机在两套绕组之间流过的交流电流存在一定相位差，并使两个空间中已错过一定角度的磁势或磁通之间存在一定相位差，就可以解决开机问题。

3.1分相式单相电机

分相式单相电机利用电容或电阻串启动绕组起到移相作用,使启动绕组和工作绕组的电流相位错开。

(1)电容分相单相电机

图( a )显示的是电容单相相电机原理连接线路。由于电容移相的作用更为明显，只要将电容串人大小相当(一般为20~ 50μf )，两个绕组之间的电流相差接近90°，这时合成磁场与圆形旋转磁场相近，因此启动转矩较大的电容同时起启动。这种单相电机的应用很广泛，启动后根据需要可以保留(即电容操作的电机)，或

切除(即称为开关电机，由置于该电机内的离心开关来执行)。如果要改变电机转向，只需对任意绕组出线端进行调整即可，此时两个绕组之间的电流相关系是反对的。

(2)电阻分相单相电机

这种电机启动绕组匝数少、导线细,与运行绕组相比电抗小、电阻大。采用电阻分相启动时,启动绕组电流超前于运行绕组,合成磁场为椭圆度较大的卵形旋转磁场,启动转矩小,仅用于空载或轻载局面,应用较少。电阻分相式单相电机的启动绕组一般按短时工作设计,启动后由离心开关切除,由工作绕组维持运行。图(b)所示为电阻分相单相电机的原理接线。

3.2罩极式单相电机

将定子磁极的一部分嵌放短路铜环或短路线圈(组)就构成了罩极式单相电机。

当定子绕组通通以单相交流电流时，由其产生的脉振磁场中大部分通过气隙直接与转子相连，另有一小部分通过罩极铜环产生感应磁通，并与其合成后通过气隙进入转子磁路。根据楞次定律，感应磁通始终阻碍了原磁通变化，而感应磁通则落后于原磁通的相位。这样，就有两个磁通在空间中错开了一定的角度，并且有一些相位差，合成的磁场就是一种椭圆型旋转的磁场。罩极式电机旋转方向由未盖极部分的罩极转向，其功率较低，启动旋转矩小，结构简单，价格便宜。罩极电机通常用于鼓风机、电扇等小型电机的使用。

4工作原理

当单相正弦电流经过定子绕组后，电机产生了一个交变磁场，这个电机的强度和方向在时間上随正弦的规律而变化，但在空间方向上是固定的，因此又称该磁场为交变脉动的磁场。这个交变脉动磁场可以分解成两个旋转的磁场，它们以相同的旋转速度和相反的方向，当转子停止时，这两个旋转的磁场产生了一个大小相同、方向相反的矩，使合成的磁场为零，因此电机不能旋转。当我们利用外力将电动机旋转到某一方向(如顺时针方向旋转)，这时在顺时针方向的转子和旋转磁场之间的切割磁线运动会变小；转子和逆时针旋转的磁场之间，切割出的磁力线的运动会变大。这样的平衡会被打破，转子产生的电磁矩不再是零，转子会顺着推进方向旋转。

为了使单相电机自动旋转，我们在定子内加上起动绕组，与主绕组相差90度，起动绕组应串接合适的电容，使与主绕组相差近似90度，这样在时间上两个相差90度的电流就会通入空间中相差90度，两个相差1990度的绕组将在空间中相差90度，从而使两个绕组能够在空间中相差。间部产生旋转(两个相)磁场，在这种旋转磁场的感应下，转子可以自动启动，起始后，待转速上升到某一值时，借助于安装在转子上的离心开关或其它自动控制设备，将起动绕组切断，在正常工作中只有一个主绕组。因此，起动绕组可作短时工作的方式。但是，有

很多情况下，起动绕组不断地打开，我们把这种电机称为单相电机，要改变它的转向，只需将辅助绕组接线的端头改变方向。

5启动方式

220 V交流单相电机启动方式:

第一个，分相启动，是通过辅助开始绕组进行启动的.它不会产生转矩。运行速度基本保持正常。主要用于电机、空调、洗衣机等电动机的制造。

第二个，电机在处于静止工作电态下离心控制开关自动接通，在自动给机供电之后由被启动的离心电容直接参与自动开机时的工作，当电机转子的转动旋速已经达到一定质量值70%至80%的速度时候，离心控制开关就开机会自动停止跳出，启动后的电容直接完成开机任务并被自动切断。启动时的绕流机组未同时参与电机工作但是当电机继续运动时并绕过一圈使该线圈仍在运行工作，然后电机启动。

第三个，电机在处于静止工作电态下离心控制开关自动接通，在自动给机供电之后由被启动的离心电容直接参与自动开机时的工作，当电机转子的转动旋速已经达到一定质量值70%至80%的速度时候，离心控制开关就开机会自动停止跳出，启动后的电容直接完成开机任务并被自动切断。而开始运行的每个电容器字串则连接到一个开始绕组上来进行开始运作。带有全离心式启动开关的柴油电机，如果机组不能很短的工作时间完全启动，那么它围绕在机组内的线圈就可能会很快被烧毁。

6结论

家用电器的发展和工业大量生产促进单相电机的迅速发展,单相电机设计成本低,装配结构拆卸简单,适合于大批量生产。总之,单相电机在生产生活上的应用非常广泛,学习单相电机的结构和工作原理也很容易,该技术也可以用在可持续发展的除草机,喷洒农药机等农业生产方面,提高农业生产的效率,单相电机技术在电机学领域会有更加广阔的前景。

参考文献(References)

[1]. 电机学[M].中国电力出版社,周鹗主编,1995

[2].M.波罗亚多夫:《直线感应电机理论》,科学出版社1985年

[3]. 上海电器科学研究所s《中小型三相异步电动机电磁计算程序》, 1971年