单相交流异步电机旋转磁场产生原理

单相交流异步电机旋转磁场产生原理

单相交流异步电机与三相电机的核心区别在于电源为单相交流电（仅一相正弦电流），其旋转磁场的产生无法直接通过对称三相电流实现，需通过特殊绕组设计和相位差补偿来模拟旋转磁场效果。以下从基础限制、解决思路、具体原理和关键特性展开说明：

一、单相交流电的天然限制：脉动磁场

单相电机的定子若仅接入一组主绕组（通入单相交流电），产生的磁场为脉动磁场，其特性为：

• 磁场大小随时间按正弦规律变化（$B=B_m\sin \omega t$，$B_m$为幅值，$\omega$为角频率）；
• 磁场方向固定（始终沿绕组轴线方向交替变化，如N极和S极在轴线两端周期性切换）。

这种脉动磁场无法驱动转子旋转：因为脉动磁场可分解为两个大小相等、转速相同、方向相反的旋转磁场（正序旋转磁场和负序旋转磁场），二者对转子的电磁转矩相互抵消，转子受力平衡，无启动转矩（静止时转矩为零）。

二、旋转磁场的产生思路：分相法

为使单相电机产生有效的旋转磁场，需通过分相技术打破磁场的对称性，核心原理是：
在定子上设置两个空间互差90°电角度的绕组（主绕组+辅助绕组），并使两绕组通入的电流存在相位差（接近90°），利用“空间差+相位差”的叠加效应，合成旋转磁场。

三、分相法的具体实现：相位差与磁场合成

1. 绕组设计：空间布局

定子铁芯上安装两组绕组：

• 主绕组（运行绕组）：匝数多、线径粗，承担主要运行负载；
• 辅助绕组（启动绕组）：匝数少、线径细，与主绕组在空间上互差90°电角度（即绕组轴线垂直）。

2. 相位差实现：电流移相

通过电路设计使主绕组电流（$i_1$）与辅助绕组电流（$i_2$）产生相位差，常用方法有两种：

• 电容分相：辅助绕组串联电容，利用电容的容抗特性（电流超前电压90°），使$i_2$超前i1i_1