第二节 单相电动机的运行方式及控制电路

一、单相电动机的运行方式

1.单相电阻启动式异步电动机

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，由于主绕组负责工作占三分之二，副绕组占三分之一槽数。此类电动机一般采用正弦绕组则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将副绕组接自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3-8所示为单相电阻启动式异步电动机接线原理图。

单相电阻启动式异步电动机具有中等启动转矩和过载能力，功率为40~370W适用与水泵、鼓风机、医疗器械等。

2.单相电容启动式异步电动机

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，定子线槽主绕组、副绕组分布与电阻启动式电动机相同，但副绕组线径较粗，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，如图3-9所示为单相电容启动式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120~750W，如小型空压机、磨粉机、电冰箱等满载启动机械。

3.单相电容运行式异步电动机

电容运行式异步电动机新型号代号为：DO₂，老型号代号为DO、JX，定子线槽主绕组、副绕组分布各占二分之一，主绕组和副绕组的轴线在空间相差90℃电角度，主、副绕组为并联电路。副绕组串接一个电容后与主绕组并接与电源，副绕组和电容不仅参与启动还长期参与运行，如图3-10所示为单相容运行式异步电动机接线原理图。单相容运行式异步电动机的电容长期接入电源工作，因此不能采用电解电容，通常一般采用纸介或油浸纸介电容。电容的容量主要是根据电动机运行性能来选取，一般比电容启动式的电动机要小一些。

电容运行式异步电动机，启动转矩较低一般为额定转矩的零点几倍，但效率因数和效率较高、体积小、重量轻，功率为8~180W，适用于轻载启动要求长期运行的场合，如电风扇、录音机、洗衣机、空调器、仪用风机、电吹风及电影机械等。

4.单相电容启动和运转式异步电动机

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），如图3-11所示为单相电容启动和运转式电动机接线图。

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8~750W，适用于性能要求较高的日用电器、特殊压缩泵、小型机床等。

5.单相罩极式异步电动机

单相罩极式异步电动机型号代号为：F，是电动机中最简单的一种，图3-12所示为单相罩极式异步电动机接线图。

（1）凸极式罩极异步电动机 一般采用凸极定子，主绕组为集中绕组，并在凸极极靴的一小部分上面套上电阻很小的短路环（又称罩极绕组，即副绕组）其结构如图3-13所示，转子与三相异步电动机的转子类似，是鼠笼式的。端盖的一端与机壳浇铸在一起，另外一端可以拆卸，端盖中装有滚珠轴承或套筒轴承。凸极式罩极步电动机的集中绕组起主绕组的作用，而罩极线圈则起副绕组的作用。当主绕组通过单相交流电源时便产生磁通，穿过罩极线圈（短路环）的那部分磁通在罩极线圈内产生一个在相位上滞后未罩部分的磁通。这两个在时间上、空间上有一定相位差的交变磁通，合成一个旋转磁场，于是电动机转子得到启动转矩，使转子由未罩部分向被罩部分的方向旋转。当电动机有了正常转速时，罩极线圈几乎不起作用了。

（2）隐极式罩极异步电动机 隐极式罩极异步电动机罩极定子、其冲片形状和一般异步电动机相同，主绕组和罩极绕组均为分布绕组，它们的轴线在空间相差一定的电角度（一般为45℃），罩极绕组导线线径较粗（一般为ϕ1.5毫米左右的圆铜线），匝数少（2-8匝），彼此串联如图3-14所示隐极式罩极异步电动机结构图。

隐极式罩极异步电动机的工作原理与凸极示电动机相同，其中电动机的旋转方向是从主绕组轴线转向罩极绕组轴线的。

单相罩极式异步电动机启动转矩和效率较低，但结构简单，成本低，功率为10W以下，适用于各种性能指标要求不高的小型风扇、电唱机、电吹风、电动模型和活动广告等。

当要改变隐极式罩极异步电动机的旋转方向时只要定子（转子）调头装配即可。

二、单相异步电动机正反转控制电路

1.电容启动式与电容启动运行式正反转控制电路

（1）单相电机正反转控制原理 图3-15所示表示电容启动式或电容启动/电容运转式单相电动机的内部主绕组、副绕组、离心开关和外部电容在接线柱上的接法。其中主绕组的两端记为U₁、U₂，副绕组的两端记为W₁、W₂，离心开关K的两端记为V₁、V₂。

这种电机的铭牌上标有正转和反转的接法，如图3-16所示。

在正转接法时，电路原理图如图3-17所示。在反转接法时，电路原理图如图3-18所示。比较图3-17和图3-18可知，正反转控制实际上只是改变副绕组的接法：正转接法时，副绕组的W₁端通过启动电容和离心开关连到主绕组的U₁端；反转接法时，副绕组的W₂端改接到主绕组的U₁端。

由于厂家不同，有些电动机的副绕组与离心开关的标号不同，接线图及接线柱正反转标志图如图3-19及图3-20所示。

（2）三相倒顺开关控制单相电机的正反转 现以六柱倒顺开关说明如下：六柱倒顺开关有两种转换形式。打开盒盖就能看到厂家标注的代号：第一种如图3-21所示，左边一排三个接线柱标L₁、L₂、L₃，右边三柱标D₁、D₂、D₃。第二种如图3-22所示，左边一排标L₁、L₂、D₃，右边标D₁、D₃、L₃。以第一种六柱倒顺开关为例，当手柄在中间位置时，六个接线柱全不通，称为“空档”。当手柄拨向左侧时，L₁和D₁、L₂上和D₂、L₃和D₃两两相通。当手柄拨向右侧时，L₁仍与D₁接通，但L₂改为连通D₃、L₃改为连通D₂。

图3-22所示是第一种六柱倒顺开关用于控制单相电机正反转的改造方法。实际上只是在L₁和1₃端之间增加了一条短接线。AC220V从L₁和L₂上输入，图3-21中的D₁和L₂分别接至图3-22的U₁和U₂接线柱，图3-21的D₃连到图3-22的V₁，图3-21的D₂连至图3-22的W₂。

当倒顺开关的手柄处于中间位置时，D₁~D₃无电，单相电机不转。当手柄拨向左侧时，L₁通过D₁连通U₁，又通过短接线、L₃、D₃连通V₁；L₂直接连通U₂，又通过D₂连通W₂。最后形成的电路如图3-17所示，即正转接法。当手柄拨向右侧时，L₁通过D₁连通U₁，又通过短接线L₃，D₂连通W₂；L₂上直接连通U₂，又通过D₃连通V₁。最后形成的电路如图3-18所示，即反转接法。

①三相倒顺开关控制电路，如图3-23所示，接线柱原理图如图3-19和图3-20所示。

电机倒顺开关的工作原理如下：

当倒顺开关处于“顺”位置时，主绕组电流为电源、开关2点、1点、U₁（始端）、U₂（末端）+8点一电源。副绕组电流为电源、开关2点、1点、3点、5点、4点、V₁（始端）、+V₂（末端）、C、K、6点、7点、8点、电源。

当开关处于“停”位置时，电源供电没有形成回路。主、副绕组都没有电流，故电机停转。

当开关处于“倒”位置时，主绕组电流为电源、开关、2点、3点、U₁、U₂、8点、电源。副绕组电流为电源、开关、2点、3点、5点、6点、W₂、K、C、V₂（末端）、V₁（始端）、4点、9点、8点、电源。与开关置“顺”位置时比较，改变了副绕组的始末端，副绕组中电流方向改变，电机转向随之改变。

倒顺开关买回来时，其内部1点与3点，4点与9点，6点与7点，都已连好，只须把3点与5点用短导线连一下即可安装使用。

②使用9触头船型开关控制，如图3-24所示。

开关控制原理与上相同，船型开关买回来时，需用短导线按照图中接线连一下即可安装使用。

2.电容运行式正反转控制电路

普通电容运行式电机绕组有两种结构。一种为主副绕组匝数及线径相同，另一种为主绕组匝数少，且线径粗，副绕组匝数多，且线径细。这两种电机内的接线相同，如图3-25所示。

（1）主副绕组及接线端子的判别 用万用表（最好用数字表） R×1挡任意测CA、CB、AB阻值，测量中阻值最大的一次为AB端，另一端为公用端C。当找到C后，测C与另两端的阻值，阻值小的一组为主绕组，相对应的端子为主绕组端子或接线点。阻值大的一组为副绕组，相对应的端子为副绕组端子或接线点。在测量时如两绕组的阻值不同，说明此电机有主、副绕组之分，如测量时，两绕组阻值相同：说明此电机无主副绕组之分，任一个绕组都可为主，也可为副。

（2）正反转的控制 对于不分主副绕组的电机，控制电路如图3-26所示。C₁为运行电容，K可选各种形式的双投开关。对于有主副绕组之分的单相电机，实现正反转控制，可改变内部副绕组与公共端接线，也可改变定子方向。如需经常改变转向，可将内部公用端拆开，参考电容启动进行式电机接线及控制电路。

三、单相异步电动机调速控制电路

单相电动机的转速与电动机绕组所加的电压有直接关系。电动机绕组上加的电压越高，定子旋转磁场越接近圆形旋转磁场，则电动机转速就越高（定子磁极数不变的情况下）。

由以上分析可知，如果电动机的磁极不变，电动机的转速与绕组所加电压成正比关系。调速方法有四种，都是设法采用不同的手段，通过改变绕组电压的大小，实现调速。

1.电抗器调速

图3-27所示电路由电抗器、互锁琴键开关、时间继电器、电容电器、电动机等组成。电抗器与普通变压器相类似，也是由铁芯和绕组组成，如图3-28所示。

按下A键时，电抗器只有一小段串入电动机副绕组，主绕组加的是全电源电压。这时副绕组的电压几乎与电源电压相等，电动机转速最高。当按下B键时，电抗器有一段线圈串入主绕组；与副绕组串的电抗线圈也比按下A键时增多了一段。这种情况下电动机的主绕组和副绕组电压都有所下降，电动机转速稍有下降。

当按下C键时，电动机的主绕组和副绕组与电抗器线圈串的最多，两绕组的电压最低，电动机转速也最低。

当电流通过电抗器时指示灯线圈中也感应有电压，从而点燃指示灯。由于在各挡速度时通过电抗器的电流不同，因而各档时指示灯的亮度也不同。

2.调速绕组调速

这种方法是在电动机的定子铁芯槽内适当嵌入调速绕组。这些调速绕组可以与主绕组同槽，也可和副绕组同槽。无论是与主绕组同槽，还是与副绕组同槽，调速绕组总是在槽的上层。

利用调速绕组调速，实质上是改变定子磁场的强弱，以及定子磁场椭圆度，达到电动机转速改变面貌的。

采用调速绕组调速可分为三种不同的方法。

（1）L-A型接法 如图3-29所示，L-A型接法调速时，调速绕组与主绕组同槽，嵌在主绕组的上层。调速绕组与主绕组串接于电源。

当按下A键时，串入的调速绕组最多，这时主绕组和副绕组的合成磁场（即定子磁场）最高，电动机转速最高。当按B键时，这时，调速绕组有一部分与主绕组串联，而另外一部分则与副绕组串联。这时主绕组和副绕组的合成磁场强度下降，电动机转速也下降了。依此类推，当我们按下C键时，电动机转速最低。

（2）L-B型接法 L-B型接法调速电路组成与原理同L-A电路，只是调速绕组与副绕组同槽，嵌在副绕组上层。调速绕组串于副绕组，如图3-30所示电路。

（3）T型接法 T型接法电动机的调速电路如图3-31所示。

此电路组成与图3-30所示电路组成元器件相同，调速原理也类同，只是调速绕组与副绕组同槽，嵌在副绕组的上层，而调速绕组则与主绕组和副绕组串联。

（4）副绕组抽头调速 副绕组抽头调速，是在电动机的定子腔内没有嵌单独用于调速的绕组，而是将副绕组引出两个中间抽头。这样，当改变主绕组和副绕组的匝比时，定子的合成磁场的强弱，以及定子磁场椭圆度都会改变，从而实现电动机调速，如图3-32所示。

当我们按下A键时，接入的副绕组匝数多，主绕组和副绕组在全压下运行，定子磁场最强，电动机转速最高。当按下B键时，副绕组的匝数为3000匝；主绕组加的电压下降，而且有900匝副绕组线圈通的电流与主绕组电流相同，这时，主绕组与副绕组的空间位置不再为90°电角度，所以定子磁场强度比A键按下时下降了，电动机转速下降。当按C键时，电动机定子磁场强度进一步下降，电动机转速也进一步下降。这就是副绕组抽头调速的实质。

3.电子调速

电子调速实质，是通过电子线路控制加在电动机定子绕组电压的大小，达到调速的目的，如图3-33所示。

在图3-33中，由电容C、R_W可变电阻、R限流电阻、SCR双向可控硅以及双向触发器等组成电子线路。此线路能够控制加在电动机定子绕组的电压，从而达到电动机调速的目的。

当电源与电路接通后，在电压正半波时，电容C通过R_W可变电阻和限流电阻R充电，电容C两端电压指数规律上升。电压上升速度取决于（R_W+R）C值的大小。（R_W+R）C值大，电容两端电压下升得慢，反之，电容电压上升得快。当电容电压上升到双向二极管正向导通电压（峰值电压U_P）时，双向触发器中的一支二极管导通，发出一个脉冲。该脉冲去触发双向可控硅中的一支可控硅管，使电动机通电。

当电源电压由正半波转为负半波的瞬间，由于导通的可控硅管两端电压为零，该支可控硅会自然关断，电动机瞬间断电，但是电动机转子有转动惯量，电动机仍然运转。

当电源电压变为负半波之后，R_W和R以及C组成的回路又给电容反方向充电。当电容电压上升到电压U_P时，双向触发器的另一支二极管导通，也发出一个脉冲，该脉冲触发双向触发器的另外一支可控硅管，该可控硅管保证电动机绕组在电源电压负半波时有一段时间有电流，电动机再次得电运行。

当电源电压由负半波转为正半波瞬间，导通的可控硅也会自然关断。电动机电压从220V~0V之间变化，电动机可以无级调速。