5.2　单相异步电动机

5.2.1　单相异步电动机的基本结构

单相异步电动机一般由机壳、定子、转子、端盖、转轴、风扇等组成，有的单相异步电动机还具有启动元件。

（1）定子

定子由定子铁芯和定子绕组组成。单相异步电动机的定子结构有两种形式，大部分单相异步电动机采用与三相异步电动机相似的结构，也是用硅钢片叠压而成的。但在定子铁芯槽内嵌放有两套绕组：一套是主绕组，又称工作绕组或运行绕组；另一套是副绕组，又称启动绕组或辅助绕组。两套绕组的轴线在空间上应相差一定的电角度。容量较小的单相异步电动机，有的则将其铁芯制成凸极形状的，如图5-13所示。磁极的一部分被短路环罩住。凸极上放置主绕组，短路环为副绕组。

（2）转子

单相异步电动机的转子与笼型三相异步电动机的转子相同。

（3）启动元件

单相异步电动机的启动元件串联在启动绕组（副绕组）中，启动元件的作用是在电动机启动完毕后，切断启动绕组的电源。常用的启动元件有以下几种：

①离心开关。离心开关位于电动机端盖的里面，它包括静止和旋转两部分。其旋转部分安装在电动机的转轴上，它的3个指形铜触片（称动触点）受弹簧的拉力紧压在静止部分上，如图5-14（a）所示。静止部分是由两个半圆形铜环（称静触点）组成的，这两个半圆形铜环中间用绝缘材料隔开，它装在电动机的前端盖内，其结构如图5-14（b）所示。

当电动机静止时，无论旋转部分在什么位置，总有一个铜触片与静止部分的两个半圆形铜环同时接触，使启动绕组接入电动机电路。电动机启动后，当转速达到额定转速的70%～80%时，离心力克服弹簧的拉力，使动触点与静触点脱离接触，使启动绕组断电。

②启动继电器。启动继电器是利用流过继电器线圈的电动机启动电流大小的变化，使继电器动作，将触点闭合或断开，从而达到接通或切断启动绕组电源的目的。

5.2.2　单相异步电动机的工作原理

单相异步电动机的工作原理：在单相异步电动机的主绕组中通入单相正弦交流电后，将在电动机中产生一个脉振磁场，也就是说，磁场的位置固定（位于主绕组的轴线），而磁场的强弱却按正弦规律变化。

如果只接通单相异步电动机主绕组的电源，电动机不能转动。但如能加一外力预先推动转子朝任意方向旋转起来，则将主绕组接通电源后，电动机即可朝该方向旋转，即使去掉了外力，电动机仍能继续旋转，并能带动一定的机械负载。单相异步电动机为什么会有这样的特征呢？下面用双旋转磁场理论来解释。

双旋转磁场理论认为：脉振磁场可以认为是由两个旋转磁场合成的，这两个旋转磁场的幅值大小相等（等于脉振磁动势幅值的1/2），同步转速相同（当电源频率为f，电动机极对数为p时，旋转磁场的同步转速，但旋转方向相反。其中与转子旋转方向相同的磁场称为正向旋转磁场，与转子旋转方向相反的磁场称为反向旋转磁场（又称逆向旋转磁场）。

单相异步电动机的电磁转矩，可以认为是分别由这两个旋转磁场所产生的电磁转矩合成的结果。

电动机转子静止时，由于两个旋转磁场的磁感应强度大小相等、方向相反，因此它们与转子的相对速度大小相等、方向相反，所以在转子绕组中感应产生的电动势和电流大小相等、方向相反，它们分别产生的正向电磁转矩与反向电磁转矩也大小相等、方向相反，相互抵消，于是合成转矩等于零。单相异步电动机不能够自行启动。

如果借助外力，沿某一方向推动转子一下，单相异步电动机就会沿着这个方向转动起来，这是为什么呢？因为假如外力使转子顺着正向旋转磁场方向转动，将使转子与正向旋转磁场的相对速度减小，而与反向旋转磁场的相对速度加大。由于两个相对速度不等，因此两个电磁转矩也不相等，正向电磁转矩大于反向电磁转矩，合成转矩不等于零，在这个合成转矩的作用下，转子就顺着初始推动的方向转动起来。

为了使单相异步电动机能够自行启动，一般是在启动时，先使定子产生一个旋转磁场，或使它能增强正向旋转磁场，削弱反向磁场，由此产生启动转矩。为此，人们采取了几种不同的措施，如在单相异步电动机中设置启动绕组（副绕组）。主、副绕组在空间一般相差90°电角度。当设法使主、副绕组中流过不同相位的电流时，可以产生两相旋转磁场，从而达到单相异步电动机启动的目的。当主、副绕组在空间相差90°电角度，并且主、副绕组中的电流相位差也为90°时，可以产生圆形旋转磁场，单相异步电动机的启动性能和运行性能最好。否则，将产生椭圆形旋转磁场，电动机的启动性能和运行性能较差。

5.2.3　单相异步电动机的基本类型

单相异步电动机最常用的分类方法：按启动方法进行分类。不同类型的单相异步电动机，产生旋转磁场的方法也不同，常见的有以下几种：①单相电容分相启动异步电动机；②单相电阻分相启动异步电动机；③单相电容运转异步电动机；④单相电容启动与运转异步电动机；⑤单相罩极式异步电动机。

常用单相异步电动机的特点和典型应用见表5-3。

表5-3中的前4种电动机都具有两个空间位置上相差90°电角度的绕组，并且用电容或电阻使两个绕组中的电流之间产生相位差，从而产生旋转磁场，所以统称为分相式单相异步电动机。

5.2.4　单相异步电动机的使用与维护

（1）改变分相式单相异步电动机转向的方法

分相式单相异步电动机旋转磁场的旋转方向与主、副绕组中电流的相位有关，由具有超前电流的绕组的轴线转向具有滞后电流的绕组的轴线。如果需要改变分相式单相异步电动机的转向，可把主、副绕组中任意一套绕组的首尾端对调一下，接到电源上即可，如图5-15所示。

（2）改变罩极式单相异步电动机转向的方法

罩极式单相异步电动机旋转磁场的旋转方向是从磁通领先相绕组的轴线（Ф_U的轴线）转向磁通落后相绕组的轴线（Ф_V的轴线），这也就是电动机转子的旋转方向。在罩极式单相异步电动机中，磁通Ф_U永远领先磁通Ф_V，因此，电动机转子的转向总是从磁极的未罩部分转向被罩部分，即使改变电源的接线，也不能改变电动机的转向。如果需要改变罩极式单相异步电动机的转向，则需要把电动机拆开，将电动机的定子或转子反向安装，才可以改变其旋转方向，如图5-16所示。

（3）单相异步电动机使用注意事项

单相异步电动机的运行与维护和三相异步电动机基本相似，但是，单相异步电动机在结构上有它的特殊性：有启动装置，包括离心开关或启动继电器；有启动绕组及电容器；电动机的功率小，定、转子之间的气隙小。如果这些部件发生了故障，必须及时进行检修。

使用单相异步电动机时应注意以下几点。

①改变分相式单相异步电动机的旋转方向时，应在电动机静止时或电动机的转速降低到离心开关的触点闭合后，再改变电动机的接线。

②单相异步电动机接线时，应正确区分主、副绕组，并注意它们的首尾端。若绕组出线端的标志已脱落，电阻大的绕组一般为副绕组。

③更换电容器时，应注意电容器的型号、电容量和工作电压，使之与原规格相符。

④拆装离心开关时，用力不能过猛，以免离心开关失灵或损坏。

⑤离心开关的开关板与后端盖必须紧固，开关板与定子绕组的引线焊接必须可靠。

⑥紧固后端盖时，应注意避免后端盖的止口将离心开关的开关板与定子绕组连接的引线切断。

（4）离心开关的检修

单相异步电动机定子绕组和转子绕组大多数故障的检查和修理与笼型三相异步电动机类似，这里仅介绍单相异步电动机特有的离心开关和电容器的检修。

①离心开关短路的检修　离心开关发生短路故障后，当单相异步电动机运行时，离心开关的触点不能切断副绕组与电源的连接，将会使副绕组发热烧毁。

造成离心开关短路的原因，可能是机械构件磨损、变形；动、静触点烧熔粘接；簧片式开关的簧片过热失效、弹簧过硬；甩臂式开关的铜环极间绝缘击穿以及电动机转速达不到额定转速的80%等。

对于离心开关短路故障的检查，可采用在副绕组线路中串入电流表的方法。电动机运行时如副绕组中仍有电流通过，则说明离心开关的触点失灵而未断开，这时应查明原因，对症修理。

②离心开关断路的检修　离心开关发生断路故障后，当单相异步电动机启动时，离心开关的触点不能闭合，所以不能将电源接入副绕组，电动机将无法启动。

造成离心开关断路的原因，可能是触点簧片过热失效、触点烧坏脱落，弹簧失效以致无足够张力使触点闭合，机械机构卡死，动、静触点接触不良，接线螺钉松动或脱落，以及触点绝缘板断裂等。

对于离心开关断路故障的检查，可采用电阻法，即用万用表的电阻挡测量副绕组引出线两端的电阻。正常时副绕组的电阻一般为几百欧左右，如果测量的电阻值很大，则说明启动回路有断路故障。若进一步检查，可以拆开端盖，直接测量副绕组的电阻，如果电阻值正常，则说明离心开关发生断路故障。此时，应查明原因，找出故障点予以修复。

（5）电容器的使用与检修

①电容器的常见故障及其可能原因

a.过电压击穿。 电动机如果长期在超过额定电压的情况下工作，将会使电容器的绝缘介质被击穿而造成短路或断路。

b.电容器断路。 电容器经长期使用或保管不当，致使引线、引线端头等受潮腐蚀、霉烂，引起接触不良或断路。

②电容器常见故障的检查方法　通常用万用表电阻挡可检查电容器是否击穿或断路（开路）。将万用表拨至R×10kΩ或R×1kΩ挡，先用导线或其他金属短接电容器两接线端进行放电，再用万用表两支笔接电容器两出线端。根据万用表指针摆动可进行判断：

a.指针先大幅度摆向电阻零位，然后慢慢返回数百千欧位置，则说明电容器完好。

b.若指针不动，则说明电容器已断路（开路）。

c.若指针摆到电阻零位不返回，则说明电容器内部已击穿短路。

d.若指针摆到某较小阻值处，不再返回，则说明电容器泄漏电流较大。

5.2.5　单相异步电动机常见故障及其排除方法

①分相式单相异步电动机的常见故障及其排除方法见表5-4。

②罩极式单相异步电动机的常见故障及其排除方法见表5-5。