單相感應電機是一種廣泛應用於家庭和工業的電機。它使用單相交流電作為電源,這使其特別適合於一般住宅環境中常見的電壓供應。單相感應電機的基本原理與三相感應電機相似,都是通過轉子和定子間的相互作用產生旋轉。然而,單相電機的最大挑戰在於單相電流無法自然形成旋轉磁場,這意味著單相感應電機無法自動啟動。為了解決這一問題,單相感應電機通常設計成具有輔助繞組或外部裝置來幫助啟動。
單相感應電機衍伸架構
單相感應電機的主要缺點在於其啟動性能較差。由於單相電機僅使用單一相位,無法產生旋轉磁場來啟動轉子,這使得電機在啟動時容易失效或啟動扭矩不足。此外,單相電機的效率較低,特別是在負載變化時,其運行性能不如三相電機穩定。這些不足促使工程師們發展出多種不同的配置模式來提高其啟動和運行性能。
這些模式包括:分相式(Split-Phase)、電容啟動式(Capacitor-Start)、電容運轉式(Capacitor-Run)、電容啟動-電容運轉式(Capacitor-Start-Capacitor-Run)。
分相式(Split-Phase)
分相式電機透過主繞組與輔助繞組的相位差來產生啟動扭矩。當電機達到一定速度後,輔助繞組會通過離心開關自動切斷,僅靠主繞組維持運行。這種設計成本低、結構簡單,但啟動扭矩小,適合輕負載應用,如小型風扇或輕型機械。

電容啟動式(Capacitor-Start)
電容啟動式電機在輔助繞組上串聯一個啟動電容,藉由增加相位差來產生更大的啟動扭矩。電機啟動後,電容和輔助繞組會被切斷,僅主繞組運行。此模式啟動性能佳,適合較重負載的設備,如壓縮機和水泵。

電容運轉式(Capacitor-Run)
電容運轉式電機在主繞組與輔助繞組間使用運行電容,不僅在啟動時有效,且在運行中保持電容連接。這樣可以提高運行效率,提供平穩運行,但啟動扭矩較小。適合長時間運行的應用,如風扇。

電容啟動-電容運轉式(Capacitor-Start-Capacitor-Run)
這種電機結合了啟動電容和運轉電容,提供高啟動扭矩和高效的運行性能。啟動後,啟動電容被切斷,運轉電容繼續參與運行。此模式性能最佳,適合需要強大啟動扭矩和長時間運行的高負載設備,如工業風機和壓縮機。

結論
由於單相感應電機在選擇上大多會考慮運行性能、啟動轉矩與成本,因此透過下表表格的方式比較四種架構下之差異。
架構 | 運行性能 | 啟動轉矩 | 成本 |
分相式 | 運行效率較低 | 小 | 低 |
電容啟動式 | 運行效率一般 | 大 | 中 |
電容運轉式 | 運行效率高,平穩且能效良好 | 小 | 中 |
電容啟動-電容運轉式 | 運行平穩,效率高 | 非常大 | 高 |
單相感應電機結構簡單、維護方便,大多適合用於風扇、洗衣機、水泵等日常設備。然而,單相感應電機在高負載或大功率需求的應用中並不如三相電機有效,因此常見於中小型電器和設備中。
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