第一章 单相异步电动机
【教学目标】
1．知识目标：了解单相异步电动机的基本结构和分类；掌握单相异步电动机的基本工作原理。
2．能力目标：使学生掌握单相异步电动机的起动、反转、调速的方法；初步具有检修常见故障的能力。
3．情感目标：激发学生浓厚的学习兴趣，培养学生严谨的科学态度，锻炼实际分析能力，培养动手能力。 【教学重点】
单相异步电动机的基本工作原理。 【教学难点】
电动机的反转、调速方法。 【教学方法】
读书指导法、分析法、演示法、练习法。 【课时安排】
2课时（90分钟）。 【教学过程】
〖导入〗（3分钟）
由于单相异步电动机的电源是单相交流电源，在家庭中使用十分方便，所以单相异步电动机被广泛用于各种日用电器中，如电风扇、洗衣机、电冰箱等。不同日用电器中的单相异步电动机在类型、结构上虽有差别，但其基本结构和工作原理是相同或相似的。
〖新课〗
第一节 单相异步电动机的结构和工作原理
一、单相异步电动机的基本结构
拆卸一台单相异步电动机（如电风扇电动机），观察其内部结构。
单相异步电动机的基本结构也是由定子、转子两大部分，以及机壳、端盖、轴承、风扇等部件构成，如图所示。
1．定子
电动机的定子由定子铁心和定子绕组构成，如图所示。 2．转子
转子由转子铁心、转子绕组和转轴构成，如图所示。 转子绕组一般有笼形转子和绕线式转子绕组两种。 3.其他部件
单相异步电动机的其他部件还有机壳、前后端盖、风叶等。
二、单相异步电动机的工作原理
1．运转原理
异步电动机属于感应电动机。
实验装置如图(a)所示，在一个马蹄形磁铁上装有旋转手柄，两磁极之间放一个可以自由转动的笼型转子，磁极和转子之间是空气隙，没有机械或电气的联系。当我们转动手柄使磁铁旋转时，现象：
（1）笼型转子随着磁极一起转动。磁极转得快，转子跟着转得快；磁极转得慢，转子也跟着转得慢。
（2）若改变磁极旋转方向，笼型转子也跟着改变旋转方向。
（3）仔细观察还会发现，笼型转子的转速总是低于磁极的转速，两者的转速不能同步，即所谓“异步”。
图(b)来分析说明：
设磁极按逆时针方向旋转，形成一个旋转磁场，置于旋转磁场中的转子导条切割磁感应线，产生感应电动势，由于笼型转子绕组是闭合结构，所以转子绕组中产生感应电流。根据右手定则，可以判断出位于N极下的导条感应电流方向为进入纸面；而位于S极下的导条感应电流方向为穿出纸面。又因为载流导体在磁场中会受到电磁力的作用，根据左手定则可判断出位于N极下的导条受力方向向左；位于S极下的导条受力方向向右。这样，在笼型转子上就形成一个逆时针方向的电磁转矩，从而驱动转子跟随旋转磁场按顺时针方向转动起来。
若磁极按顺时针方向旋转，同理，转子也会改变方向朝顺时针方向转动。另外，磁场若加快旋转切割转子速度，转子上感应电流及电磁转矩将增大，则转子转速加快。
“异步”解释：异步电动机的转子转向与旋转磁场转向一致，如果转子与旋转磁场转速相等，则转子与旋转磁场之间没有相对运动，转子导条不再切割磁感应线，没有电磁感应，感应电流和电磁转矩为零，转子失去旋转动力，在固有阻力矩的作用下，转子转速必然低于旋转磁场转速，所以称其为异步电动机。
如果电动机转子与旋转磁场以相同的转速旋转，这种电动机称为同步电动机。
异步电动机旋转磁场转速（也称同步转速n0）与转子转速n之差称为转差，转差与同步转速n0的比值用“转差率”s表示：
n?n s?0n0
转差率s是反映异步电动机运行状态的一个重要参数。异步电动机额定转速时的转差率称为额定转差率sN，一般很小（约2%～5%），即异步电动机在额定状态下运行时的转速ｎＮ很接近同步转速ｎ0。
例2-1 一台直流电动机在正常运行时外加直流电源电压220V，电枢电流为10A电枢电阻为0.5?，求反电动势。
2．旋转磁场
从上述原理分析可知，单相异步电动机必须首先建立一个旋转磁场，才能驱动笼型转子旋转。
（1）单相绕组的定子磁场
单相异步电动机能电后不能自行起动，需要拨动一下电动机的转子，电动机才能朝拨动的方向转动起来。
结论：
① 单相绕组只能建立脉动磁场。
② 在脉动磁场下电动机的起动转矩为零，即电动机不能自行起动，但在外力作用下起动后能够运行。
（2）两相绕组的定子磁场
单相绕组的电动机只有一相绕组，无法建立一个旋转磁场。 异步电动机旋转磁场的同步转速n0为：
60fn0?
P
式中，f为交流电源的频率；P为定子磁极对数。
单相异步电动机形成圆形旋转磁场的对称条件：
① 两相绕组在空间上相差90?电角度； ② 两相电流的相位相差90?电角度；
③ 两相绕组电流大小相等、匝数相同、分布相同。
圆形旋转磁场的特点：是在定子内圆任意位置上的磁场强度均相同。 结论：
① 两相绕组空间位置不同；两相电流相位不同，就能产生旋转磁场。其轨迹一般是椭圆。
② 旋转磁场的转速n0 = 60f / P 。
③ 旋转磁场的旋转方向总是从电流超前的绕组转向电流滞后的绕组。
第二节 单相异步电动机的分类
分相式单相异步电动机：电动机定子铁心上嵌放了主绕组（运行绕组或工作绕组）和辅助绕组（起动绕组），且两绕组在空间互差90?电角度，如图所示。为使两绕组在接同一单相电源时能产生相位不同的两相电流，往往在起动绕组中串入电容或电阻（也可以利用两绕组自身阻抗的不同）进行分相的电动机。
一、电阻起动式电动机 1. 电路构成
图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中“1” 为主绕组，匝数比启动绕组多，主要呈感性。 “2” 为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的电流I2超前于工作绕组的电流I1 ·一个φ角，两者之间有一定的相位差，从而可以形成旋转磁场, 产生起动转矩。
2. 特点
起动绕组一般是按短时工作设计, 因此串有一个起动开关S , 当转速上升到一定程度时, 开关自动断开起动绕组, 由工作绕组维持运行。由于φ角不大, 因此电阻起动式电动机的起动转矩较小。
3. 应用
适用于空载或轻载起动的场合。
二、电容起动式电动机
1. 电路构成
图示为单相电容起动式电动机的原理图。电动机的启动绕组中串联了一个电容器，选择合适的电容量，可使工作绕组与启动绕组的电流相位差接近900，产生近似于圆形的旋转磁场。
2. 特点
具有较大的启动转矩，且启动电流较小，因而这种电动机的起动性能较好。电容启动式电动机的起动绕组也是按短时工作设计, 因此串有一个起动开关S , 当转速上升到一定程度时, 开关自动断开起动绕组, 由工作绕组维持运行。
三、电容运转式电动机
1. 电路构成
图示为单相电容运转式电动机的原理图。与电容启动式电动机相比较，其启动绕组中不串起动开关S，因此启动绕组和启动电容器在电动机启动后也参与运行，因此称为电容运转式电动机。
2. 特点
这种电动机运行时输出功率大、功率因数高、过载能力强、噪声低、振动小。其缺点是起动性能不如电容起动式电动机好。
3. 应用
广泛应用于各种小功率的电动类日用电器中
四、电容起动运转式电动机
为了使电动机的起动和运行性能都比较好，可以在启动绕组中串联两个相互并联的电容器，其中C1与启动开关S串联。电动机启动时，两个电容器都参与工作；启动结束，由S断开启动电容器，只有C2参与运行，这样电动机的启动与运行性能都能得到保障。
第一章单相异步电动机
