第9节 单相感应电机 (修订中)
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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，在几秒钟内达到速度。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电机从1-φ功率运行但不启动
# 1. 单相电机的单线圈
单相感应电动机的单线圈不产生旋转磁场，而是在0°和180°电时达到最大强度的脉动场。
单相定子产生不旋转的脉动磁场
另一种观点认为，由单相电流激励的单线圈会产生两个反向旋转的磁场相量，在 0°（上图-a）和 180°（图 e）每转两次重合。当相量旋转到 90° 和 -90° 时，它们在图 c 中相互抵消。
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。这两个相量之和是一个在空间上静止但在时间上极性交替的相量。因此，不会产生启动扭矩。
但是，如果转子以略低于同步速度的速度正转，它将在相对于正转相量的 10% 滑差处产生最大转矩。在 10% 滑差以上或以下将产生较小的扭矩。
相对于反向旋转的磁场相量，转子将出现 200% - 10% 的滑动。除了双频纹波之外，反向旋转相量产生的转矩很小（参见转矩与滑差曲线）。因此，一旦启动转子，单相线圈就会产生转矩。
如果转子以相反的方向启动，它将在接近反向旋转相量的速度时产生类似的大扭矩。
单相感应电机有一个铜或铝鼠笼嵌入钢叠片圆柱体中，这是多相感应电机的典型特征。
# 2. 永分裂电容电机
解决单相问题的一种方法是构建一个 2 相电机，从单相获得 2 相功率。这需要电机具有两个相隔 90 __°__电气间隔的绕组，并由两相电流及时偏移 90 __°__供电。这被称为永久分裂电容器 (opens new window)电机。
永分裂电容感应电动机
这种类型的电机在电机达到速度时会增加电流幅度和向后时移，并在全速时产生转矩脉动。解决方案是保持电容器（阻抗）较小，以尽量减少损耗。
损耗小于罩极电机。这种电机配置在高达 1/4 马力（200 瓦）的情况下运行良好，但通常适用于较小的电机。通过切换与另一个绕组串联的电容器，电机的方向很容易反转。这种类型的电机可以用作伺服电机，本章其他地方将对此进行介绍。
带嵌入式定子线圈的单相感应电机
对于较大尺寸的电机，单相感应电机可以将线圈嵌入到定子中。但是，较小的尺寸使用较少的复杂性来构建具有凸极的集中绕组。
# 3. 电容启动感应电机
在下图中，如果在电机达到速度后通过离心开关将其关闭，则可以使用较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。
电容启动感应电动机
# 4. 电容运行电机 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启动电机以获得高启动转矩，但在启动后保留较小值的电容以改善运行特性，同时不会消耗过多的电流。电容器运行电机的额外复杂性对于更大尺寸的电机是合理的。
电容运行电机感应电机
电机启动电容可以是双阳极无极性电解电容，可以是两个+到+（或-到-）串联的有极性电解电容。这种额定交流电的电解电容器具有如此高的损耗，以至于它们只能用于间歇工作（1 秒开，60 秒关），如电机启动。
用于电机运行的电容器不得采用电解结构，而应采用低损耗聚合物类型。
# 5. 电阻分相电机 感应电机
如果一个匝数少得多的辅助绕组，一根较小的导线与主绕组成 90 __°__电气，它可以启动单相感应电动机。由于电感较低且电阻较高，电流将比主绕组经历更少的相移。
可以获得大约30 __°的相位差。__该线圈产生适中的启动扭矩，在同步速度的 3/4 时由离心开关断开。这种简单（无电容器）的布置非常适合驱动容易启动的负载的高达 1/3 马力（250 瓦）的电机。
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成的两相电机那么多。辅助绕组中的电流密度在启动过程中非常高，以致于随之而来的快速温升排除了频繁重新启动或缓慢启动负载。
# 6. Nola 功率因数校正器
NASA 的 Frank Nola 在 1970 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动机的效率。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相关。
小于单位的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，该固定电流在电机总电流中所占的比例更大。在轻负载时，不需要满磁化电流。它可以通过降低施加电压、提高功率因数和效率来降低。
功率因数校正器检测功率因数，并降低电机电压，从而恢复更高的功率因数并减少损耗。
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，因此满载电机不会节省任何费用。
电压不能降低。但是，如果电动机未满载，则可能会节省一些费用。标称 117 VAC 电机设计为在高达 127 VAC、低至 104 VAC 的情况下工作。这意味着它在高于 104 VAC 的条件下运行时未满载，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，潜在的节省就越大。当然，如果电力公司提供接近 110 VAC 的电压，则电机将更高效地运行而无需任何附加设备。
任何基本上空闲的、25% FLC 或更少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。它闲置的时间越多，如木材锯、冲床或传送带，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。对于每天仅运行几个小时的电机，PFC 的成本无法收回。
摘要：单相感应电机
- 单相感应电动机在没有由接近 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。
- 永磁分体式 _电容电机_的辅助绕组在启动和运行过程中串联一个电容。
- _电容启动感应电动机_在启动时只有一个电容与辅助绕组串联。
- 电容器运行的_电动机_通常具有一个与辅助绕组串联的大型无极性电解电容器以用于启动，然后在运行期间具有一个较小的非电解电容器。
- _电阻分相电动机_的辅助绕组在启动期间由于电阻的差异而与主绕组产生相位差。
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