第2章 单相电动机控制电路识图
2.1 单相异步电动机启动控制电路识图
2.1.1 离心开关控制电路
（1）电路原理图 对于单相异步电动机，在启动过程中，当转子转速达到同步转速的70％左右时，常借助于离心开关，切除单相电阻启动异步电动机和电容启动异步电动机的启动绕组，或切除电容启动及运转异步电动机的启动电容器。离心开关一般安装在轴伸端盖的内侧，电路图如图2-1所示。
图2-1 单相电阻启动异步电动机接线原理图
（2）工作过程 离心开关：它包括静止部分和旋转部分。静止部分装在前端盖内，旋转部分则装在转轴上，它利用转子转速的变化，引起旋转部分的重块所产生离心力大小的改变，通过滑动机构来闭合或分断触点，达到在启动时接通启动绕组的目的。电动机运转时重块飞离，触点断开，切断电源；电动机静止时，重块因有弹簧拉力而复位，触点闭合以备启动时接通电源。离心开关的结构比较复杂，电动机接通电源后，如触点氧化或被电火花烧蚀，接触不良，则电动机不能启动；如电动机启动后，重块不能飞离，则副绕组也参加了运行，不久副绕组就会因高温而烧毁。离心开关损坏，必须更换，触点接触不良，可以用小锉或细纱布修好。
单相电阻启动式异步电动机新型号代号为：BQ、JZ，定子线槽绕组嵌有主绕组和副绕组，主绕组负责工作占三分之二槽数，副绕组占三分之一槽数。此类电动机一般采用正弦绕组，主绕组占的槽数略多，甚至主副绕组各占三分之一的槽数，不过副绕组的线径比主绕组的线径细得多，以增大副绕组的电阻，主绕组和副绕组的轴线在空间相差90°电角度。电阻略大的副绕组经离心开关与主绕组并接于电源，当电动机启动后转速达到75％～80％的转速时通过离心开关将副绕组切离电源，由主绕组单独工作，如图2-2所示为单相电阻启动式异步电动机接线原理图。
图2-2 单相电阻启动式异步电动机接线原理图
单相电阻式启动异步电动机具有中等启动转矩和过载能力，功率为40～3kW。
2.1.2 电流启动继电器控制电路
（1）电路原理图 启动继电器控制电路如图2-3所示。有些电动机，如气泵电动机，由于它与压缩机组装在一起，并放在密封的罐子里，不便于安装离心开关，就用启动继电器代替。继电器的吸铁线圈串联在主绕组回路中，启动时，主绕组电流很大，衔铁动作，使串联在副绕组回路中的动合触点闭合，于是副绕组接通，电动机处于两相绕组运行状态。随着转子转速的上升，主绕组电流不断下降，吸引线圈的吸力下降。当到达一定的转速时，电磁铁的吸力小于触点的反作用弹簧的拉力，触点被打开，副绕组脱离电源。
图2-3 起动器构造与接线图
（2）工作过程 重力式起动器主要由励磁线圈、衔铁、电触点和电绝缘壳体等构成（如图2-3所示）。励磁线圈与电动机的运行绕组串联，当电动机启动时，通过运行绕组的电流比正常运行电流大4～6倍。因为电流通过励磁线圈所产生的磁场强度与电流成正比，因此，启动时磁场吸引大于衔铁组件的重力，衔铁带着动触点被吸向上，与静触点闭合；接通启动绕组电源，电动机随机启动运转，启动后随着转速迅速增加，通过绕组的电流也迅速减小。当电动机转速达到额定转速的75％以上时，励磁线圈磁场吸力已小于衔铁组件的重力，衔铁和动触点迅速落下，切断启动绕组电源，电动机进入正常运行状态。重力式起动器的优点是结构紧凑，体积较小，可靠性好，缺点是可调性差，如果电源电压波动较大，就会出现触点不能释放或接触不良而造成触点烧损。
能使起动器触点吸合的最小电流称为吸合电流，能使起动器触点下落断开的最大电流称为释放电流。吸合电流和释放电流是起动器的两个主要技术参数，它对电动机的正常启动有重要作用。如果电动机的压缩机和电动机无故障，起动器的吸合或释放主要受电源电压的影响，因此，对电动机的电源电压，要求其不能超出允许的最大波动范围。吸合电流与释放电流之差越小，则适应的电压范围越广，但对灵敏度的要求越高。起动器灵敏度一定时，提高电动机的启动电流和降低运行电流可扩大电动机工作电压的适应范围，但要涉及电动机的经济性和其他性能指标，因此，必须综合考虑，不能只追求单项指标，起动器的吸合电流与释放电流之差一般要求不高于0.5A。
2.1.3 电容器启动电动机控制电路
（1）电路原理图 电容器启动电动机控制电路如图2-4所示。电容启动式单相异步电动机新型号代号为：CO2，老型号代号为CO、JY。
图2-4 单相电容启动异步电动机接线原理图
单相电容启动式异步电动机启动性能较好，具有较高的启动转矩，最初的启动电流倍数为4.5～6.5倍，因此适用于启动转矩要求较高的场合，功率为120～3kW，如小型空压机等满载启动机械。
（2）工作过程 定子线槽主绕组、副绕组的分布与电阻启动式电动机相同，但副绕组线径较细，电阻大，主副绕组为并联电路。副绕组和一个容量较大的启动电容串联，再串联离心开关。副绕组只参与启动不参与运行。当电动机启动后转速达到75％～80％的转速时通过离心开关将副绕组和启动电容切离电源，由主绕组单独工作。
2.1.4 电容器启动运行控制电路
（1）电路原理图 电容器启动运行控制电路如图2-5所示。
图2-5 单相电容启动和运转式电动机接线图
（2）工作过程 单相电容启动和运转式异步电动机型号代号为：F，又称为双值电容电动机。定子线槽主绕组、副绕组分布各占二分之一，但副绕组与两个电容并联（启动电容、运转电容），其中启动电容串接离心开关并接于主绕组端。当电动机启动后转速达到75％～80％的转速时通过离心开关将启动电容切离电源，而副绕组和工作电容继续参与运行（工作电容容量要比启动电容容量小）。
单相电容启动和运转式电动机具有较高的启动性能、过载能力和效率，功率为8～3kW，适用于性能要求较高的日用电器、特殊压缩泵、小型机床等。
2.1.5 PTC起动器启动控制电路
（1）电路原理图 PTC起动器启动控制电路如图2-6所示。最新式的启动元件是“PTC”，它是一种能“通”或“断”的热敏电阻。PTC热敏电阻是一种新型的半导体元件，可用作延时型启动开关。使用时，将PTC元件与电容启动或电阻启动电动机的副绕组串联。在启动初期，因PTC热敏电阻尚未发热，阻值很低，副绕组处于通路状态，电机开始启动。随着时间的推移，电动机的转速不断增加，PTC元件的温度因本身的焦耳热而上升，当超过居里点Tc（即电阻急剧增加的温度点）时，电阻剧增，副绕组电路相当于断路，但还有一个很小的维持电流，并有2～3W的损耗，使PTC元件的温度维持在居里点Tc值以上。当电动机停止运行后，PTC元件温度不断下降，2～3min后其电阻值降到Tc点以下，这时又可以重新启动。
图2-6 PTC外形及结构图
1—PTC元件；2—绝缘壳；3—接线端子
PTC起动器的工作原理如图2-7所示。
图2-7 PTC特性曲线及电流曲线
1—半导体起动器；2—热保护继电器；3—运行绕组；4—启动绕组
（2）工作过程 电动机开始启动时，PTC元件温度较低，电阻较小，而且截面积很大，所以，可等效为直通电路，由于启动过程的电流要比正常运行电流高3～6倍，使PTC元件温度升高，至临界温度后电阻值突增至数万欧，能通过的电流可忽略不计，可视为断路，故又称其为无触点起动器。这种起动器的特点是：无运动零件，无噪声，可靠性好，成本低，寿命长，对电压波动的适应性强，电压波动只影响启动时间产生微小的变化，而不会产生触点不能吸合或不能释放的问题。但由于其通断性能取决于自身温度变化，所以，电动机停机后不能立刻启动，必须待其温度降到临界点以下时才能重新启动，一般要等3～5min。对于电动机来说，自动停车后一般均要5min以上才能启动，足以满足使用要求。另外，使用PTC起动器电动机启动后，启动绕组仍需要消耗3W左右的能量以维持发热量。