单相感应电动机

三相电机可以由单相电源运行。但是，它不会自启动。它可以在任一方向手动启动，在几秒钟内加速。由于没有使用一个绕组，它只会产生3-φ额定功率的2/3。

3-φ 电机在 1-φ 功率下运行但不启动

单相电机的单线圈

单相感应电机的单个线圈不产生旋转磁场，而是在0°和180°电度处产生最大强度的脉动场。

单相定子产生非旋转的脉动磁场

另一种观点是单相电流激发的单线圈产生两个反向旋转的磁场相量，每转在 0°（上图 a）和 180°（图 e）处重合两次。当相量旋转到 90° 和 -90° 时，它们在图 c 中抵消。

在 45° 和 -45°（图 b），它们沿 +x 轴部分相加，沿 y 轴抵消。图 d 中存在类似的情况。这两个相量的总和是一个在空间上静止但在时间上交替极性的相量。因此，不产生启动扭矩。

但是，如果转子以略低于同步速度的速度正向旋转，则相对于正向旋转相量，它将在 10% 滑差时产生最大扭矩。高于或低于 10% 的滑差将产生较小的扭矩。

转子相对于反向旋转的磁场相量将出现 200% - 10% 的滑差。除了双频纹波之外，反向旋转相量产生的扭矩很小（参见扭矩与滑差曲线）。因此，一旦转子启动，单相线圈就会产生转矩。

如果转子反向启动，它会在接近反向旋转相量的速度时产生类似的大扭矩。

单相感应电机在钢叠片圆柱体中嵌入铜或铝鼠笼，这是多相感应电机的典型特征。

分体式电容电机

解决单相问题的一种方法是构建一个两相电机，从单相中获得两相功率。这需要两个绕组相距 90° 的电机 电力，馈入两相电流 90° 及时。这就是所谓的永久分裂电容电机。

永磁分离式电容感应电机

这种类型的电机会在电机达到速度时承受增加的电流幅值和反向时移，并在全速时产生扭矩脉动。解决方案是保持电容（阻抗）小，以尽量减少损耗。

损耗小于罩极电机。但是，这种电机配置在高达 1/4 马力（200 瓦）的情况下运行良好，通常适用于较小的电机。通过将电容器与另一个绕组串联，可以轻松地反转电机的方向。这种类型的电机可以用作伺服电机，在本章其他地方进行了描述。

带有嵌入式定子线圈的单相感应电机

对于较大尺寸的电机，单相感应电机可能会将线圈嵌入定子中。但是，较小的尺寸使用较少的复杂度来构建具有凸极的集中绕组。

电容启动感应电机

在下图中，如果在电机达到转速后通过离心开关将其关闭，则可以使用更大的电容器通过辅助绕组启动单相感应电机。此外，辅助绕组的匝数可能比电阻分相电机中使用的线匝数要多得多，以减轻过度的温升。

结果是更多的启动扭矩可用于空调压缩机等重负载。这种电机配置运行良好，可提供多马力（多千瓦）尺寸。

电容启动感应电机

电容运转电机感应电机

电容启动电机的一种变体（下图）是用相对较大的电容器启动电机以获得高启动扭矩，但在启动后保留较小值的电容器以改善运行特性，同时不消耗过多电流。电容器运行电机的额外复杂性对于更大尺寸的电机来说是合理的。

电容运转电机感应电机

电机启动电容器可以是双阳极非极性电解电容器，它可以是两个 + 到 +（或 - 到 -）串联连接的极性电解电容器。此类交流额定电解电容器损耗如此之高，只能用于电动机启动等间歇工作（1秒开，60秒关）。

电机运转用电容器不得为电解结构，而应为低损耗聚合物型。

电阻分相电机感应电机

如果辅助绕组匝数少得多，则将较小的导线放置在 90° 电到主绕组，它可以启动单相感应电机。电感小，电阻大，电流的相移比主绕组小。

大约 30° 可以得到相位差。该线圈产生适中的启动转矩，在同步速度的 3/4 时由离心开关断开。这种简单（无电容器）的布置非常适合高达 1/3 马力（250 瓦）的电机驱动轻松启动的负载。

电阻分相电机感应电机

该电机比罩极电机（下一节）具有更大的启动扭矩，但不如由相同部件制造的两相电机。辅助绕组中的电流密度在启动过程中非常高，导致温度迅速升高，无法频繁重启或缓慢启动负载。

Nola 功率因数校正器

NASA 的 Frank Nola 在 70 年代中期提出了一种功率因数校正器，用于提高交流感应电机的效率。它基于感应电动机在低于满载时效率低下的前提。这种低效率与低功率因数有关。

小于单位功率因数是由于定子所需的磁化电流。随着电机负载的降低，该固定电流占电机总电流的比例更大。在轻载时，不需要全磁化电流。可以通过降低外加电压、提高功率因数和效率来降低。

功率因数校正器感应功率因数，降低电机电压，从而恢复较高的功率因数，降低损耗。

由于单相电机的效率大约是三相电机的 2 到 4 倍，因此 1-φ 电机具有节能潜力。由于需要所有定子励磁电流，因此满载电机没有任何节省。

电压不能降低。但是，如果电机未满载，则可能会节省一些成本。标称 117 VAC 电机的设计工作电压高达 127 VAC，低至 104 VAC。这意味着它在大于 104 VAC 的情况下运行时未满载，例如，117 VAC 冰箱。

功率因数控制器将线路电压降低到 104-110 VAC 是安全的。初始线电压越高，节省的潜力就越大。当然，如果电力公司提供接近 110 VAC 的电压，电机将更高效地运行，无需任何附加设备。

任何基本上空闲、25% FLC 或更低的单相感应电机都是 PFC 的候选者。但是，它每年需要运行大量小时。并且它闲置的时间越长，例如在锯木机、冲床或传送带中，在几年的运行中支付控制器费用的可能性就越大。

与更高效的 3-φ 电机相比，它应该更容易支付三倍的费用。对于每天仅运行几个小时的电机，PFC 的成本无法收回。

总结：单相感应电机

• 单相感应电机 在没有由接近 90° 的异相电流驱动的辅助定子绕组的情况下不能自启动 .一旦启动，辅助绕组是可选的。
• 永久分离式电容电机的辅助绕组 启动和运行时串联一个电容器。
• 一个电容启动感应电机 仅在启动时与辅助绕组串联一个电容器。
• 一个电容驱动电机 通常有一个大的无极性电解电容器与辅助绕组串联用于启动，然后在运行时使用一个较小的无电解电容器。
• 一个电阻分相电机的辅助绕组 由于电阻不同，在启动过程中会与主绕组产生相位差。

相关工作表：

• 交流电机理论工作表