单相双值电容电动机原理与接线

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  在我们的日常生活中，电动机的身影随处可见，它们作为能量转换装置，将电能转换为机械能，用于各种电气设备的驱动与控制。

  电动机的类别型号各异，比较常见的有三相交流电动机、单相交流电机、直流电机、伺服电机、步进电机等，它们的结构不一，但都是基于电磁感应原理而工作。显然，单相双值电容电动机的工作原理也不外如是。那么，电动机是如何根据电磁感应原理工作的呢?或者说，电动机是如何转动的?

  一、交流电动机转动原理

  众所周知，导体切割磁力线会产生感应电动势(感应电压)，此时该导体能对外输出电压，相当于一个电压源。如果该导体是接在闭合回路中的，那么它就会产生感应电流。所谓“导体切割磁力线”，本质其实是穿过导体组成的闭合回路中的磁力线数目(即磁通量)发生了改变。如下图1-1所示，随着导体的移动，导体与开关、检流计组成的回路中穿过的磁力线也会发生改变，所以导体两端会产生感应电压。

  图1-1

  电动机的转子能够转动就是基于以上原理。我们以鼠笼型异步电动机为例，鼠笼式电动机的转子去掉铁芯后形似鼠笼，如下图1-2所示的左边所示，所以称为鼠笼绕组。转子铁芯的每槽中有一根导条，导条两端分别用端环短接起来形成闭合绕组。

  图1-2

  而转子能够转动，要归功于定子绕组产生的旋转磁场。在电机起动之初，转子是不动的，为了使转子转动，就得给它施加一个力，这个力就是电磁力。换言之，只要转子导条有电流流过，而且在磁场中，导条就会受到力的作用发生偏转，从而使转子转起来。

  但鼠笼绕组并没有外加电源，那它哪来的电压与电流?没错，这靠的是定子绕组提供的旋转磁场。在定子绕组旋转磁场的作用下，转子导条与磁场发生相对运动，从而产生感应电压，又由于这些导条与端环形成回路，所以就有了电流!至此，问题又来了，旋转磁场是如何产生的?

  二、定子绕组旋转磁场的形成

  给三相异步电动机通以三相交流电，它的转子就能正常转动，不像单相电动机那样需加电容。如下图1-1所示为三相电动机定子绕组星形接法示意图，基于三相电路的特性，此时流过每相绕组的电流为幅值相等、初相位依次相差120°的正弦交流电。

  图1-3

  根据电磁感应定律，流过正弦交流电的定子绕组会产生正弦交变的磁场(磁通)，简单来说，交流电流在每相定子绕组上产生的磁场是大小和方向都在不断变化的，是一个脉动磁场。显然，一相绕组的磁场不会旋转，但如果同时给三相绕组通入三相交流电，这三个绕组产生的合成磁场，便会在空间上不断旋转。

  如下图1-3所示，假设三相绕组的电流参考正方向均为自首端流入末端，得到三个相电流波形图。

  图1-3

  从图1-3可以得出，随着角度(ωt)的变化，每相电流相继变化。例如在ωt=120°时，L2相电流i2 为0;L1相的电流i1 为正，这表明，此时电流的实际方向和参考正方向一致，即从定子绕组的U1端流入，从U2端流出;同理，L3相电流i3 为负，表明电流实际方向和参考方向相反，即从定子绕组的W2端流入，从W1端流出。

  如果你观察得仔细一点，你甚至会发现，120°时i1 和i3 两相电流是大小相等、方向相反的!这是肯定的，因为i2 为零，根据KCL，i1 和i3 大小必然大小相等。

  综上，可以得出，由三相绕组电流产生的合成磁场如下图1-4所示。其中的“ · ”表示电流方向从纸面流出，“×”表示电流方向从纸面流入。

  图1-4

  例如当ωt=270°时，结合图1-3，i2 、i3 为正，i1 为负，所以对于U相而言，电流从U2端流入(U2端子为“×”)，从U1端流出(U2端子为“ · ”)，根据右手螺旋定则，U1端拇指向外，四指方向即为顺时针方向，同理也可以得到其他相绕组的端子产生的磁场方向。

  从图1-4的整体而言，可以很快的发现，随着角度的变化，合成磁场不断旋转，这就是旋转磁场。

  在旋转磁场的作用下，电动机的转子就会发生旋转。三相电动机由于有三相绕组，所以旋转磁场能自发的产生，但在单相电动机中，若只有一相绕组，显然，旋转磁场不会产生，那该怎么办呢?我们接着往下看。

  三、单相交流电动机转动原理

  单相交流电动机，顾名思义，其电源是单相交流电，例如低压的单相220V。由于单相绕组产生的磁场是脉动磁场，不能旋转，所以单相电动机会有一个附加的绕组，用于产生另一个磁场。

  有了两个绕组还不够，因为它们所承受的电压为同一个电压，所以流过两个绕组的电流相位相同，都滞后电压一个角度，它们产生的磁场方向也随之相同。

  在此基础上，在任一个绕组上串接一个电容，如下图1-5所示，由于电容电流超电压一个角度，就可以使流过两个绕组的电流在相位上相差90°。

  图1-5

  另外，让两个绕组在空间上夹角为90°，分别流过相位差为90°的电流，产生的磁场就是旋转磁场，如下图1-6所示。其磁场方向的分析方法与三相电动机的一样。

  图1-6

  例如在ωt=135°时，两个绕组的电流均为正，也就是说，电流都是从首端流入，如图1-6的中间所示，电流从A、B端流入，所以是“×”，依次类推，就可以得出单相电动机的旋转磁场示意图。

  知道了单相电动机的旋转原理后，回顾主题，单相双值电容电动机的工作原理也是大同小异，只不过是在原有基础上增加一个电容，即两个电容并联，在与其中一个绕组串联，如下图1-7所示。

  图1-7

  增加一个电容，就可以使电动机承受更大的起动电流，即更易于电动机的起动。其中与离心开关串联的电容为起动电容，另一个就为运行电容，当转子转速达到一定或额定时离心开关会自动跳开，起动电容被断开。

  四、单相双值电容电动机的接线

  单相双值电容电动机其实际接线图之一如下图1-8所示。

  图1-8

  图1-7和图1-8在电源线的接法上略有不同，但问题不大。对于单相双值电容电动机的接线并不是唯一的，但运运行绕组和起动绕组、运行电容和起动电容应该加以区分。

(技成培训网原创，作者：杨思慧，未经授权不得转载，违者必究)