科普：什么是单相电机？应用广泛的电气 “小能手”
时间：
2022-07-28
在现代电气化生活与生产中，电机作为将电能转化为机械能的关键设备，种类繁多，其中单相电机凭借独特优势，在诸多领域扮演着不可或缺的角色。
在现代电气化生活与生产中，电机作为将电能转化为机械能的关键设备，种类繁多，其中单相电机凭借独特优势，在诸多领域扮演着不可或缺的角色。近日，随着科技不断进步，单相电机的相关技术与应用再次引发关注，让我们一同深入了解这一常见却又十分重要的电气设备。
单相电机，全称小功率单相异步电动机，一般指使用单相交流电源（AC220V）供电的电动机 。其结构相对简洁，通常在定子上配备两相绕组，转子采用普通鼠笼型设计。正是基于定子上两相绕组的分布差异，以及供电情况的不同，使得单相电机具备多样的起动特性和运行特性。
从工作原理来看，当单相正弦电流通过定子绕组时，电机内会产生一个交变磁场。此磁场强度与方向随时间呈正弦规律变化，不过在空间方位上固定不变，故而被称作交变脉动磁场。这一交变脉动磁场能够分解为两个转速相同、旋转方向相反的旋转磁场。在转子静止状态下，这两个旋转磁场在转子中产生大小相等、方向相反的转矩，导致合成转矩为零，电机无法自行启动。但倘若借助外力使电动机向某一方向旋转，比如顺时针方向，此时转子与顺时针旋转磁场间的切割磁力线运动减弱，而与逆时针旋转磁场间的切割磁力线运动加剧，平衡被打破，转子便会顺着推动方向持续旋转起来。
为了让单相电机能够自动启动，常见的做法是在定子中增设一个起动绕组。起动绕组与主绕组在空间位置上相差 90 度，并且串接一个合适的电容，如此可使两者电流在相位上近似相差 90 度，即运用分相原理。当两个在时间和空间上都存在 90 度相位差的电流，分别通入对应的绕组时，就会在空间产生旋转磁场。在这个旋转磁场的作用下，转子能够自动启动。待转速上升到一定程度后，通过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，正常运行时仅由主绕组工作。当然，实际应用中也有很多起动绕组并不断开的情况，这类电机被称为电容式单相电动机，改变其转向，只需改变电容器串接的位置即可 。
此外，还有一种产生旋转磁场的方法 —— 罩极法，由此制成的电机被称为单相罩极式电动机。这类电动机的定子通常做成凸极式，分为两极和四极两种。每个磁极在 1/3 至 1/4 全极面处开有小槽，将磁极一分为二，在较小部分套装短路铜环，如同将这部分磁极罩起来，故而得名。当定子绕组通电后，磁极中产生主磁通，根据楞次定律，穿过短路铜环的主磁通会在铜环内产生一个相位滞后 90 度的感应电流，该电流产生的磁通在相位上同样滞后于主磁通，其作用类似于电容式电动机的起动绕组，能够产生旋转磁场，驱动电动机运转 。
在实际应用场景中，单相电机可谓无处不在。在日常生活方面，家用电器是其重要的应用领域。电风扇、吹风机、排气扇、洗衣机、电冰箱、空调等设备，都离不开单相电机提供动力。这些家电产品走进千家万户，极大地提升了人们的生活品质，而单相电机作为核心动力部件，保障了家电的稳定运行 。
在生产领域，单相电机同样大显身手。微型水泵、磨浆机、脱粒机、粉碎机、木工机械、医疗器械等小型设备，常采用单相电机作为驱动装置。虽然其功率相对较小，但在满足小型生产需求、提升生产效率方面发挥着关键作用 。
单相电机以其结构简单、成本低廉、使用方便等特点，成为电气领域中应用广泛的基础设备。随着科技的持续发展，针对单相电机的技术研究不断深入，未来有望在效率提升、性能优化等方面取得更多突破，进一步拓展其应用范围，为人们的生活与生产带来更多便利 。
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