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为什么单相异步电机不能自行启动？
单相异步电机的主要特点是没有启动转矩，在任意方向启动后都能运行。所以为了解决启动问题，启动时要在单相异步电机的气隙中形成旋转磁场，而产生旋转磁场的条件是多相绕组（空间的）通入多相电流（时间的）。所谓多相，至少是两相。因此在单相异步电机中除了空间有相位差以外，流过它们的电流在时间上也必须有相位差，这样才能产生旋转磁场，使电机能够启动。
我们也可以这样理解：由于在单相异步电机的定子绕组中，通以单相电流所产生的磁场为脉动磁场，它的轴线在空间上是固定不转的，所以不能自行启动。为了获得启动转矩，单相异步电机一般装有副绕组，采取电阻分相或电容分相的办法使主、副绕组中电流有一定的相位差，从而产生启动转矩，使电机通电后能够启动运行。
分相式异步电机是如何启动的？
分相式单相异步电机的定子铁心上嵌有主绕组和副绕组，两者的轴线在空间上相距90°电角度，并接在同一电源上。如图2-12所示为分相式单相异步电机的接线原理图。
图2-12 分相式单相异步电机的接线原理图
单相电阻启动异步电机的接线如图2-12（a）所示，定子具有主绕组和副绕组，它们的轴线在空间上相差90°电角度。电阻值较大的副绕组经启动开关与主绕组并联后接于单相电源上。当转速上升到同步转速的75%～80%时，使开关S自动打开，切断启动绕组电路。开关S可使用装在电机轴上的离心开关，当转速升至一定程度靠离心力打开；也可以用电流继电器的触头作此开关，启动时开始电流大，触头吸合，转速上升至一定程度时电流渐小，触头打开。
单相电阻启动异步电机具有中等启动转矩和过载能力，适合于小型机床、鼓风机和医疗器械。
单相电容启动异步电机的接线如图2-12（b）所示，定子绕组分布与电阻启动异步电机相同，但副绕组和一个容量较大的电容器串联，经启动开关S，再与主绕组并联后接在单相电源上。当电机的转速达到额定转速的75%～80%时，通过启动开关将副绕组和电容切离电源，由主绕组单独工作。
当电容量的大小合适时，启动绕组的电流超前运行绕组的电流90°电角度。这样可使启动时电机中的磁动势接近于圆形旋转磁动势。
单相电机的启动转矩大，启动电流小，启动性能最好，适用于小型空气压缩机、磨粉机、水泵等。
单相电容运转异步电机的接线如图2-12（c）所示，单相电容运转异步电机的接线与单相电容启动异步电机相比，仅将启动开关去掉，使启动绕组和电容器不仅启动时起作用，运行时也起作用。这样可以提高电机的功率因数和效率，所以这种电机的运行性能优于电容启动异步电机。
单相电容运转异步电机启动绕组所串电容器的电容量，主要是根据运行性能要求而确定的，这种电机的启动性能不如电容启动异步电机好。电容运转电机不需要启动开关，所以结构比较简单，价格比较便宜，维护也简单一些，适用于风扇、洗衣机等。
单相电容启动和运转异步电机的接线如图2-12（d）所示，在启动绕组中串入两个并联的电容器：启动电容器和工作电容器。其中启动电容器串接启动开关S，启动时，闭合启动开关，两个电容器同时作用，电容量为两者之和，电机有良好的启动性能；当转速上升到一定程度，开关S自动打开，切除启动电容器，运行电容器与启动绕组参与运行，确保良好的运行特性。
电容启动和运转异步电机虽然结构较复杂、成本较高，维护工作量较大，但其启动转矩大，启动电流小，功率因数和效率较高，适用于空调机、小型空压机和电冰箱等。
单相罩极式异步电机是如何启动的？
如图2-13（a）所示，罩极式电机的定子多做成凸极铁心，铁心上套装集中绕组。每个磁极对应的一侧开有一个小槽，槽中套装短路铜环，罩住小部分铁心，称为罩极。
当定子绕组中通入单相交变电流后，将产生交变磁通，其中的? A 部分不穿过短路环，而? B 部分穿过短路环，并在环中感应出电动势和电流。由于感应电流总是阻碍磁通的变化，于是，磁通? B 的变化滞后于磁通? A 的变化。这就使得有不同空间位置的? A 和? B 在时间上也有了相位差，导致磁场从没有短路环的一侧向有短路环的一侧移动，形成一个移动磁场，可将其看成一个椭圆度很大的旋转磁场，使转子产生电磁转矩并旋转，如图2-13（b）所示。
单相罩极式异步电机的启动转矩、功率因数和效率均较低，一般可作小型风扇、电动模型以及各种空载或轻载的小功率电气设备。
图2-13 单相罩极式异步电机启动原理示意图
分相式单相异步电机如何实现反转？
要使单相异步电机反转，必须设法使旋转磁场反转。对于分相式单相异步电机，可以将电容器从一个绕组改接到另一个绕组，即可实现反转。
具体来说，若要改变电机的转向，可以将主绕组或副绕组中的任意一个绕组接电源的两引线对调（即将主绕组或副绕组任意一副反接），即可将气隙旋转磁场的旋转方向改变，随之转子转向也改变，如图2-14所示。
图2-14 分相式单相异步电机的反转
在单相电容运行异步电机中，若两相绕组做成完全对称，即匝数相等，空间相位相差90°电角度，则串联电容器的绕组中的电流超前于电压，而不串联电容器的那相绕组中的电流落后于电压。转向由串联电容器的绕组转向不串联电容器的绕组。电容器的位置改接后，旋转磁场和转子的转向自然跟着改变。用这种方法来改变转向，由于电路比较简单，所以用于需要频繁正反转的场合（如洗衣机中的正反转控制电路）。
单相罩极式异步电机如何实现反转？
单相罩极式异步电机，对调工作绕组接到电源的两个出线端，是不能改变其转向的。罩极电机转子的转向取决于罩极绕组轴线与主绕组轴线的相对位置。罩极绕组位于主绕组左侧，则转子向左旋转；罩极绕组位于主绕组右侧，转子向右旋转。若要使一台罩极电机可反向旋转，必须使其罩极绕组与主绕组的相对位置可变。
改变普通罩极电机旋转方向的最简单的方法是先将电机的转子抽出，再将转子反方向装入。
单相罩极式电机和带有离心开关的单相电机，一般不能改变转向。单相罩极式电机改变转向需要拆电机，很不方便。若两端的端盖不能互换时，无法实现反向旋转。
单相异步电机的调速方法有哪些？
单相异步电机的转速与电机绕组所加的电压有直接关系。如果电机的磁极不变，电机的转速与绕组所加电压成正比关系。所以，可以通过改变绕组电压的大小来实现调速。
分相式单相异步电机的调速，一般有四种方法，即电抗器调速、电机嵌调速绕组调速、定子绕组抽头调速和电子调速，这四种调速方法都是通过改变绕组电压的大小来实现单相异步电机调速的。
什么是电抗器调速？
在电机的电源线路中串联起分压作用的电抗器，通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值，从而改变电机两端的电压，达到调速的目的，如图2-15所示。
图2-15 电抗器调速的接线
电抗器调速的控制原理是什么？
如图2-16所示为电风扇电抗器调速控制线路，当将转换开关拨到“1”挡位时，电源电压全部加在电机上，电机高速运转；当将转换开关拨到“2”挡位时，电抗器降掉一部分电压，加在电机上的电压变低了，电机中速运转；当将转换开关拨到“3”挡位时，电抗器上的电压降得更大一些，加在电机上的电压变得更低，电机低速运转。
图2-16 电风扇电抗器调速控制线路
电抗器调速方法简单，可实现有级调速（一挡一挡地调节），通常应用于电风扇调速中，特别是在老式的吊扇中应用较多。
电抗器调速的优点在于容易调整各挡的调速比，定子绕组的绕制和维修都比较方便，但需要外加电抗器。
电抗器调速电机的定子绕组如何绕制？
电抗器调速电机的定子绕组只有工作绕组和启动绕组。如果定子铁心是16槽的，则一般采用16槽4极单层绕组。
16槽4极绕组的绕制方法及展开图如图2-17所示。主绕组有4个线圈：第1个线圈的一边嵌在第1槽里，另一边嵌在第4槽里，从第1槽穿入，从第4槽穿出；第2个线圈的一边嵌在第5槽里，另一边嵌在第8槽里，从第8槽穿入，从第5槽穿出；第3个线圈的一边嵌在第9槽里，另一边嵌在第12槽里，从第9槽穿入，从第12槽穿出；第4个线圈的一边嵌在第13槽里，另一边嵌在第16槽里，从第16槽穿入，从第13槽穿出。导线的穿入方向和穿出方向必须完全准确，以保证通电后产生N极和S极相间的4个磁极。
图2-17 16槽4极单层绕组的绕制方法及展开图
副绕组也有4个线圈，分别嵌在第3、6槽，第7、10槽，第11、14槽，第15、2槽中，各个线圈分别从3、10、11、2槽穿入，从6、7、14、15槽穿出，以保证通电后产生N极和S极相间的4个磁极。
主绕组的尾端a与副绕组的尾端b相接，作为公共端接到电源上。副绕组的头端B与电容器的一端相接，电容器的另一端与主绕组的头端A相接后接到电抗器上，再由电抗器接到电源上。
如果定子铁心是8槽的，则一般采用8槽4极双层绕组，绕制方法与16槽的相差不多，只是因为它的定子铁心只有8个槽，故能采用双层绕法，也就是在一个槽中嵌入两个线圈的各一边。
如图2-18所示，主绕组有4个线圈，分别嵌入第1、3槽，第3、5槽，第5、7槽，第7、1槽中，各个线圈分别从第1、5槽穿入，从第3、7槽穿出。副绕组也有4个线圈，分别嵌入第2、4槽，第4、6槽，第6、8槽，第8、2槽中，各个线圈分别从第2、6槽穿入，从第4、8槽穿出。
图2-18 8槽4极双层绕组的绕制方法和展开图
图中，a、b为公共端，A为主绕组，B为副绕组。
什么是抽头调速？
电容运转电机在调速范围不大时，普遍采用定子绕组抽头调速。此时定子槽中放置有主绕组、副绕组及调速绕组，通过改变调速绕组与主、副绕组的连接方式，调整气隙磁场大小及椭圆度来实现调速的目的。
一般电容运转单相电机，主绕组与副绕组嵌在不同的槽中，绕组与铁心间由聚酯纤维无纺布（DMDM或DMD）隔开，其在空间一般相差90°电角度，且副绕组通过串联一个工作电容器后与主绕组并接于电源。当电机通电后，主绕组与副绕组在气隙中共同形成一个有方向有幅值强度的旋转磁场。其方向与主、副绕组所处的空间位置等有关，它决定了电机的转向；其幅值强度则与主副绕组的参数设计有关，它决定了电机输出力矩的大小。该旋转磁场与转子相互作用，使电机按一定的方向旋转。若调换主副绕组的空间位置，则旋转磁场的旋转方向会相反，该反方向的旋转磁场与转子相互作用，使电机的转向也会相反。
抽头调速不需要在电机外增加电抗器，只要改变定子绕组的绕制方法就可以了。定子绕组除了有主绕组和副绕组外，还要加绕调速绕组（或称中间绕组）。即将电抗器和电机结合在一起，在电机定子铁心上嵌入一个调速绕组，通过调速开关改变电机气隙磁场的大小及椭圆度，可达到调速的目的。
抽头调速电机的控制原理是什么？
根据调速绕组与主绕组和副绕组的接线不同，抽头调速电机常用的有T形接法和L形接法，如图2-19所示。
（1）L形抽头法调速原理如图2-19（a）所示。定子的主绕组和副绕组在空间上互成90°电角度。调速绕组嵌在副绕组槽中，并与副绕组串联。当将转换开关K拨到1时，电源电压全部加在主绕组上，电机高速运转；当将转换开关K拨到2时，由于调速绕组的降压作用，使加在主绕组上的电压变低了，电机中速运转；当将转换开关K拨到3时，由于调速绕组的降压作用更大一些，故加在主绕组上的电压更低了，电机低速运转。L形抽头法是目前我国普遍采用的抽头调速方法。
（2）T形抽头法调速原理如图2-19（b）所示。调速绕组嵌在主绕组槽中，接在主绕组和副绕组之后。这种接法能够提高电机的效率并增加启动转矩，对低速挡启动有利。
图2-19 抽头调速的接线
抽头法调速与串电抗器调速相比较，抽头法调速用料省，耗电少，但是绕组嵌线和接线比较复杂。
抽头调速电机的定子绕组如何绕制？
抽头法调速的定子绕组包括主绕组、副绕组和调速绕组，绕制比较复杂。其绕制方法如图2-20所示。
图2-20 抽头调速定子绕组的绕制方法
a、c—快速挡；D—中速挡；C、b—慢速挡；A—接电源；G—接指示灯；B—接电容
主绕组有4个线圈，分别嵌在第1、3槽，第3、5槽，第5、7槽，第7、1槽中，各个线圈分别从第1、5槽穿入，从第3、7槽穿出，以保证产生N极和S极相间的4个磁极。其中第1个线圈大约在100匝处抽头，用来提供指示灯电压。
副绕组也有4个线圈，分别嵌在第2、4槽，第4、6槽，第6、8槽，第8、2槽中，各个线圈分别从第2、6槽穿入，从第4、8槽穿出。
调速绕组也有4个线圈，嵌入副绕组槽中，也就是分别嵌入第2、4槽，第4、6槽，第6、8槽，第8、2槽中，各个线圈分别从第2、6槽穿入，从第4、8槽穿出。
这三个绕组的连接方法：副绕组的头端B与电容器的一端相接，电容器的另一端与主绕组的头端A相接后接到电源上。主绕组的尾端a与调速绕组的尾端c相接后抽头，接到转换开关K的1端作为快速挡。从调速绕组第1个线圈和第2个线圈的连接处抽头，接到转换开关K的2端作为中速挡。调速绕组的头端C与副绕组的尾端b相接后抽头，接到转换开关K的3端作为慢速挡，再由转换开关K接到电源上。
什么是晶闸管调速？
晶闸管调速是用改变晶闸管导通角的方法来改变电机端电压的波形，从而改变电机端电压的有效值，从而达到调节电机转速的目的。
这种方法的优点是能实现无级调速，缺点是会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上，如图2-21所示。
请师傅介绍晶闸管调速电路是如何工作的？
电风扇晶闸管无级调速器在日常生活中的应用非常广泛，它是通过控制晶闸管的导通角来实现调速的，如图2-22所示。
图2-21 吊扇晶闸管调速器
图2-22 电风扇晶闸管无级调速
下面以交流的半个周期来说明：当导通角越小，就是导通开启时间越接近于起始过零时，在这半个周期内，导通的时间越长，通过晶闸管的功率积分值越大，也就是供给电机的电功率越大，这样转速就越高；当导通角越大，就是导通开启时间越远离起始过零时，在这半个周期内，导通的时间越短，也就是供给电机的电功率越小，这样转速就越小。其他的周期也就是这半个周期的重复。
调节电位器RP，改变VS的导通角，就可改变加在电机M两端的交流电压值，实现0～220V范围内的无级调速。
该电路还可用于白炽灯或其他家用电器的调光、调速。
什么是电容器调速？
市面上的电风扇调速器有两种：一种属于限制电流型的调速器，一种是限制电压型的调速器。电容调速器和老式电感调速器是限流型的，通过调整电流达到调速目的。晶闸管无级调速器、串联电容调速器属于限制电压型的调速器，通过改变加在电风扇绕组上的电压来调速。
电容调速器就是将一组电容器串联在供电线路中，利用电容的容抗来调节风扇电机的电压，从而达到调速的功能。如图2-23所示为电容调速器电路。
该调速器有5个挡位：开关置于“1”时，220V交流电压直通进入电机绕组，其余各个挡位分别串联一个电容器。电容对交流电有容抗，在频率不变情况下，电容量越小容抗越大，调速器输出的电压越低。该调速器其实就是一个容抗供电电路。
图2-23 电容调速器电路
什么是采用专用变频器调速？
对于高端应用的电容运转式单相异步电机，可采用专用变频器调速，如图2-24所示。
图2-24 电容运转式单相异步电机采用专用变频器控制图
将单相电容运转式电机绕组接入单相电源输入/单相输出变频器。若用一般的三相变频器对单相异步电机调速，可将绕组接于变频器的输出端（U、V、W）的任意两端，进行控制。
该方法要解决好高频对电容的危害以及影响副绕组的移相角度等问题，其中电容应使用耐高频、耐高压的固定电容。电抗器用于隔离电容对变频器的危害作用，并对高频谐波起滤波作用。变频器在降低频率调速时，i 1 增大，i 2 减小，旋转磁场的椭圆度增大，电机绕组的相位、转矩特性变差，可适当提高 PWM占空比，对绕组电压进行补偿，改善电机转矩特性。
此方法调速成本虽低，但范围较小，低速转矩较差。对于启动回路按短时工作设计的单相电容启动式电机，将其改为电容运转式电机后，同样适用上述方法，只不过转矩特性及控制方式要根据电机性能适当改变。
单相异步电机调速有广泛的应用领域。上述几种方法各有优缺点，选用调速方式时应根据单相异步电机类型、转矩特性、调速范围和经济性综合考虑。