两级电容式单相异步电动机原理

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精选答案

单相异步电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。

要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，

在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。因此，起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。

在单相异步电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。每个磁极在1/3--1/4全极面处开有小槽，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好象把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使单相异步电动机转动起来。

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两级电容式单相异步电动机是一种常用的家用电器，其工作原理如下：当单相正弦交流电通入电动机定子绕组时，在电动机的气隙中产生一个旋转磁场。旋转磁场的磁力线通过铁壳的机座。由于转子铁心是用高导磁材料（如铸铝）制成且外有铜条嵌入的笼型转子，所以电流通过转子导条时，导条中就会产生电流。由于通电导条在磁场中受到力的作用，即安培力，这个力在旋转磁场的作用下使转子转动。为了使转子能够连续不断地旋转下去，需要使旋转磁场不断地旋转起来。为此采用电容分相式原理来产生旋转磁场，即将移相后的单相电通过启动电容器和运行电容器的串联，使两电容上的电荷相互交错，从而达到相对两相电源而言相位互差90°的目的，从而使定子绕组中产生旋转磁场。此外，为了使电动机能从启动开始就转入正常运转状态，还必须在启动电路中接入一个启动开关，以便在启动初期将启动电阻接入电路，以减小启动电流并增大启动转矩。待电动机运转正常后，应将启动开关断开。总之，两级电容式单相异步电动机的原理基于单相交流电的特性以及旋转磁场的原理，通过适当的电容分相和启动电路的设置，使得电动机能够正常运转。如需了解更多可查阅专门电机书籍或请教电机专家。