5,7 单相异步电动机的基本结构和工作原理
特点,
1,为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；
.,2,由单相交流电源供电的旋转电机；
3,具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。
所以单相异步电动机被广泛用于 电风扇, 洗衣机, 电唱机, 吸
尘器, 医疗器械 及 自动控制装置 中 。
一,单相异步电动机的磁场
单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。
当接入单相交流电源时, 它在定, 转子气隙中产生一个 如图所
示 的脉动磁场 。
由上可见,
此磁场在空间并不旋转，
只是磁通或磁感应强度的大小
随时间作正弦变化,即
ts i nBB m ??
在电机系统中, 常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称 脉动
磁场, 其磁场曲线 如图 (a)所示
可以证明, 一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁
场 （ 用磁感应强度 B表示 ）, 可以分解成两个转速相等而方向相反
的旋转磁场 和, 如图 （ b） 所示, 磁感应强度的大小为,1mB 2mB
221 /BBB mmm ??
两个旋转磁场的同步转速为,pfn 600 ?
如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来是静止的，通电
后转子仍将静止不动。
两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转
矩, 如图所示 。
若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动起来，最后达到
稳定运行状态。
单相 异步电动机没有 启动能力,但一经推动后，它却能转动起
来。
由此可得出结论,
（ 1） 在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力, 即启
动转矩为零；
（ 2） 单相异步电动机一旦启动, 它能自行加速到稳定运行状态,
其旋转方向不固定, 完全取决于启动时的旋转方向 。
因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的
启动转矩问题。
二、单相异步电动机的启动方法
单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场, 就可以建立
启动转矩而自行启动, 下面介绍常见的单相异步电动机 。
电容分相式异步电动机
如图所示 为电容分相式
异步电动机的接线原理图 。
当选择参数使 BY绕组中的电流在相位上超前 AX绕组中的电流
900时, 通电后能在定, 转子气隙内产生一个旋转磁场, 如图所示,
在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。
若在启动绕组 BY支路中, 接入
一离心开关 QC,如图所示 。 电动机
启动后, 当转速达到额定值附近时,
借离心力的作用, 将 QC打开, 此后
电动机就成为单相运行了, 此种结
构型式的电动机, 称为电容分相式
电动机 。 也可不用离心开关, 即在
运行时并不切断电容支路 。
值得指出, 欲使电动机反
转, 不能像三相异步电动机那
样掉换两根电源线来实现, 必
须以掉换电容器 C的串联位置
来实现, 如图所示, 即改变 QB
的接通位置, 就可改变旋转磁
场的方向, 从而实现电动机的
反转 。 洗衣机中的电动机, 就
是靠定时器中的自动转换开关
来实现这种切换的 。
4,8 同步电动机的基本结构和工作原理
一、同步电动机的基本结构
定子,由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常是三相对称绕
组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成
转子,包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置
的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。
同步电动机按
转子主磁极的形状
分为隐极式和凸极
式两种，它们的结
构 如图所示。
二、同步电动机的工作原理和运行特性
1．工作原理
同步电动机的基本工作原理可用 下图 来说明。
电枢绕组通以对称三相交流电流后, 气隙中便产生一电枢旋转
磁场, 其旋转速度为同步转速
p
fn 60
0 ?
在转子励磁绕组中通以直流电流后,
同一空气隙中, 又出现一个大小和极性固
定, 极对数与电枢旋转磁场相同的直流励
磁磁场 。 这两个磁场的相互作用, 使转子
被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转,
即, 同步, 电动机也由此而得名 。
2,机械特性
在电源频率 f 与电动机转子极对数 p为一定的情况下, 转子的转
速为一常数, n=n0,因此同步电动机具有恒定转速的特性, 它的运
转速度是不随负载转矩而变化的 。 同步电动机的机械特性 如图所示 。
三、同步电动机的启动
同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有像异步电
动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而
且它的启动困难。 如图所示,
为了启动同步电动机, 采用了异步启动法, 即在转子磁极的极
掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕组, 如图所示 。
启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以
产生旋转磁场。
等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，
产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，
便可把转子拉入同步。
同步电 动机异
步启动法原理接线
图 如图所示 。
启动步骤如下,
1） 励磁电路的转换开关 QB投合到 1的位置, 使励磁绕组与直
流电源断开, 直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受
旋转磁场的作用产生较高的感应电势, 发生危险；
2） 按鼠笼式异步电动机的方法启动, 给同步电动机的定子绕
组加上额定电压, 时转子转速升高到接近同步转速 。 必要时可采用
降压启动；
3） 将励磁电路转换开关 QB投合到 2的位置, 励磁绕组与直流
电源接通, 转子上形成固定磁极, 并很快被旋转磁场拖入同步；
4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到
要求数值。
四, 同步电动机的特点
1,由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；
2,由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入
要比异步电动机高得多；
3,同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高
等特点。
因此, 在低速和大功率的场合, 如大流量低水头的泵, 面粉厂
的主转动轴, 橡胶磨和搅拌机, 破碎机, 切碎机, 造纸工业中的纸
浆研磨机, 匀浆机, 压缩机, 直流发电机, 轧钢机等都都是采用同
步电动机来传动的 。
特点,
1,为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；
.,2,由单相交流电源供电的旋转电机；
3,具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。
所以单相异步电动机被广泛用于 电风扇, 洗衣机, 电唱机, 吸
尘器, 医疗器械 及 自动控制装置 中 。
一,单相异步电动机的磁场
单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式 。
当接入单相交流电源时, 它在定, 转子气隙中产生一个 如图所
示 的脉动磁场 。
由上可见,
此磁场在空间并不旋转，
只是磁通或磁感应强度的大小
随时间作正弦变化,即
ts i nBB m ??
在电机系统中, 常把磁通大小随时间做正弦变化的磁场称 脉动
磁场, 其磁场曲线 如图 (a)所示
可以证明, 一个空间轴线固定而大小按正弦规律变化的脉动磁
场 （ 用磁感应强度 B表示 ）, 可以分解成两个转速相等而方向相反
的旋转磁场 和, 如图 （ b） 所示, 磁感应强度的大小为,1mB 2mB
221 /BBB mmm ??
两个旋转磁场的同步转速为,pfn 600 ?
如果仅有一个单相绕组，则在通电前转子原来是静止的，通电
后转子仍将静止不动。
两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个方向相反的转
矩, 如图所示 。
若此时用手拔动它，转子便顺着拔动方向转动起来，最后达到
稳定运行状态。
单相 异步电动机没有 启动能力,但一经推动后，它却能转动起
来。
由此可得出结论,
（ 1） 在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动能力, 即启
动转矩为零；
（ 2） 单相异步电动机一旦启动, 它能自行加速到稳定运行状态,
其旋转方向不固定, 完全取决于启动时的旋转方向 。
因此，要解决单相异步电动机的应用问题，首先必须解决它的
启动转矩问题。
二、单相异步电动机的启动方法
单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场, 就可以建立
启动转矩而自行启动, 下面介绍常见的单相异步电动机 。
电容分相式异步电动机
如图所示 为电容分相式
异步电动机的接线原理图 。
当选择参数使 BY绕组中的电流在相位上超前 AX绕组中的电流
900时, 通电后能在定, 转子气隙内产生一个旋转磁场, 如图所示,
在此旋转磁场作用下，鼠笼转子将跟着旋转磁场一起旋转。
若在启动绕组 BY支路中, 接入
一离心开关 QC,如图所示 。 电动机
启动后, 当转速达到额定值附近时,
借离心力的作用, 将 QC打开, 此后
电动机就成为单相运行了, 此种结
构型式的电动机, 称为电容分相式
电动机 。 也可不用离心开关, 即在
运行时并不切断电容支路 。
值得指出, 欲使电动机反
转, 不能像三相异步电动机那
样掉换两根电源线来实现, 必
须以掉换电容器 C的串联位置
来实现, 如图所示, 即改变 QB
的接通位置, 就可改变旋转磁
场的方向, 从而实现电动机的
反转 。 洗衣机中的电动机, 就
是靠定时器中的自动转换开关
来实现这种切换的 。
4,8 同步电动机的基本结构和工作原理
一、同步电动机的基本结构
定子,由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常是三相对称绕
组，并通有对称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成
转子,包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置
的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。
同步电动机按
转子主磁极的形状
分为隐极式和凸极
式两种，它们的结
构 如图所示。
二、同步电动机的工作原理和运行特性
1．工作原理
同步电动机的基本工作原理可用 下图 来说明。
电枢绕组通以对称三相交流电流后, 气隙中便产生一电枢旋转
磁场, 其旋转速度为同步转速
p
fn 60
0 ?
在转子励磁绕组中通以直流电流后,
同一空气隙中, 又出现一个大小和极性固
定, 极对数与电枢旋转磁场相同的直流励
磁磁场 。 这两个磁场的相互作用, 使转子
被电枢旋转磁场拖着以同步转速一起旋转,
即, 同步, 电动机也由此而得名 。
2,机械特性
在电源频率 f 与电动机转子极对数 p为一定的情况下, 转子的转
速为一常数, n=n0,因此同步电动机具有恒定转速的特性, 它的运
转速度是不随负载转矩而变化的 。 同步电动机的机械特性 如图所示 。
三、同步电动机的启动
同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点,但却没有像异步电
动机那样得到广泛应用，这不仅是由于它的结构复杂、价格贵，而
且它的启动困难。 如图所示,
为了启动同步电动机, 采用了异步启动法, 即在转子磁极的极
掌上装有和鼠笼绕组相似的启动绕组, 如图所示 。
启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相对称电压以
产生旋转磁场。
等转速接近同步转速时，再在励磁绕组中通入直流励磁电流，
产生固定磁极的磁场，在定子旋转磁场与转子磁场的相互作用下，
便可把转子拉入同步。
同步电 动机异
步启动法原理接线
图 如图所示 。
启动步骤如下,
1） 励磁电路的转换开关 QB投合到 1的位置, 使励磁绕组与直
流电源断开, 直接通过变阻器构成闭合回路以免启动时历次绕组受
旋转磁场的作用产生较高的感应电势, 发生危险；
2） 按鼠笼式异步电动机的方法启动, 给同步电动机的定子绕
组加上额定电压, 时转子转速升高到接近同步转速 。 必要时可采用
降压启动；
3） 将励磁电路转换开关 QB投合到 2的位置, 励磁绕组与直流
电源接通, 转子上形成固定磁极, 并很快被旋转磁场拖入同步；
4）用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数调节到
要求数值。
四, 同步电动机的特点
1,由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的结构复杂；
2,由于需要直流电源、启动以及控制设备，故它的一次性投入
要比异步电动机高得多；
3,同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、运行效率高
等特点。
因此, 在低速和大功率的场合, 如大流量低水头的泵, 面粉厂
的主转动轴, 橡胶磨和搅拌机, 破碎机, 切碎机, 造纸工业中的纸
浆研磨机, 匀浆机, 压缩机, 直流发电机, 轧钢机等都都是采用同
步电动机来传动的 。
