單相異步電動機的單相定子繞組,當(dāng)通入正弦交流電時,會產(chǎn)生一個交變的脈動磁場,如下圖所示。
這個磁場也是按正弦規(guī)律變化的,磁感應(yīng)強度的幅值bm為i=im時(t2瞬間)定子繞組軸線上的磁感應(yīng)強度,磁場的軸線即為定子繞組的軸線,在空間保持固定位置。
單相異步電動機中的磁場與三相異步電動機中的旋轉(zhuǎn)磁場不同。
振幅為bm的一個單相交變脈動磁場,可以分解成幅值恒定(等于bm)、轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)運(n0=轉(zhuǎn)/分)、但轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁場。因此由單相異步電動機的定子繞組產(chǎn)生的單相脈動磁場分解為幅值相等(都等于脈動磁場振幅的一半)、轉(zhuǎn)速相同(都為同步速)、但轉(zhuǎn)向相反的兩個波幅恒定的旋轉(zhuǎn)磁場和,即:==bm
在t=0時,兩個旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強度矢量和相反, 故其合成磁感應(yīng)強度b=0。到t =t1時,和按相反方向各自在空間轉(zhuǎn)過ωt1角度,故其合成磁感應(yīng)強度:
b=sinωt1+sinωt1=2×sinωt1= bmsinωt
由此可見,在任何瞬時t,合成磁感應(yīng)強度應(yīng)為:b= bmsinωt
如果電動機的轉(zhuǎn)子是靜止的,則分解而成的兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場分別在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大小相等、方向相反的電動勢和電流,因此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也是大小相等,方向相反,從而互相抵消。也就是說, 起動轉(zhuǎn)矩為零。這是單相異步電動機的特點,也是其缺點之一。
但是,如果將電動機的轉(zhuǎn)子推動一下,那么電動機就會繼續(xù)轉(zhuǎn)動下去。因為與電動機轉(zhuǎn)向相同的正向旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用和三相異步電動機一樣,它對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子頻率分別為;
= 和 =
而反向旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速很大,轉(zhuǎn)差率為:
====2-
因此反向旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢很大,電流的頻率:
==(2-)≈2
也很大,差不多是電源頻率的兩倍。在此頻率下,轉(zhuǎn)子的感抗也很大,而決定轉(zhuǎn)矩大小的i2cosφ2則很小。
單相異步電動機的兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(對應(yīng)于磁感應(yīng)強度和),分別同轉(zhuǎn)子作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為t'和t,它們大小不等(t<<t') ,方向相反。它們與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系跟普通三相異步電動機相似,可用下圖所示的t=f(s)曲線表示。
由圖可見,在0<< 1范圍內(nèi), 對于正向旋轉(zhuǎn)磁場來說,電機運行于電動機狀態(tài),t'是驅(qū)動轉(zhuǎn)矩;但對反向旋轉(zhuǎn)磁場,電機運行于電磁制動狀態(tài),t為一制動轉(zhuǎn)矩,因比合成轉(zhuǎn)矩t=t'-t>0,在該合成轉(zhuǎn)矩的作用下,電動機轉(zhuǎn)子得以繼續(xù)轉(zhuǎn)動。同理,在0<< 1范圍內(nèi),則t'為制動轉(zhuǎn)矩,而t驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,合成轉(zhuǎn)矩t=t'-t<0,使電動機制動或反轉(zhuǎn)。可見在s=1兩邊,合成轉(zhuǎn)矩曲線t=f(s)是對稱的。當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時, s=l,合成轉(zhuǎn)矩為零,因此電動機沒有起動轉(zhuǎn)矩;當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速正向旋轉(zhuǎn)時,電動機的合成轉(zhuǎn)矩為正, 驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,當(dāng)轉(zhuǎn)子以某一轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)時,合成轉(zhuǎn)矩為負(fù),其方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致,仍為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。這說明定子上只有一個工作繞組的單相異步電動機沒有固定的轉(zhuǎn)向,在兩個方向都可以旋轉(zhuǎn),運行時的轉(zhuǎn)向決定于起動時的轉(zhuǎn)動方向。只要借助于外力或采取某一措施使轉(zhuǎn)子沿某一方向轉(zhuǎn)動起來,轉(zhuǎn)子就將沿該方向繼續(xù)升速,直到合成電磁轉(zhuǎn)矩與總負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩相平衡時,轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定下來。
由于單相異步電動機中存在著正、反轉(zhuǎn)兩個磁場,它的功率因數(shù)、效率和過載能力均比同容量的三相異步電動機要低些。