电动机启动电容器

交流感应电机使用旋转磁场产生扭矩。三相电机因其可靠性和经济性而得到广泛应用。三相异步电机很容易实现旋转磁场，因为各个相之间的相位角偏移为 120 度。然而，单相交流电机需要外部电路来产生相位角偏移，以产生旋转磁场。该电路可以使用先进的电力电子技术来实现，或者更简单地使用电机电容器来实现。

交流单相感应电动机

单线圈交流感应电机

交流感应电动机通常使用两个或更多个线圈来产生旋转磁场，从而在转子上产生扭矩。当使用单个线圈时，它会产生脉动磁场，该磁场足以维持旋转，但不足以从静止状态启动电动机。单线圈电动机必须使用外力启动，并且可以向任一方向旋转。旋转方向取决于外力。如果电动机以顺时针方向启动，它将继续旋转并沿顺时针方向加速，直到达到由电源频率定义的速度。同样，如果初始旋转是逆时针方向，它将继续逆时针旋转。这些电动机不实用，因为它们无法可靠地自行启动旋转。

启动电容交流感应电动机

改进单线圈设计的一种方法是使用与电机启动电容器串联的辅助线圈。辅助线圈也称为启动线圈，用于产生初始旋转磁场。为了产生旋转磁场，流过主绕组的电流必须与流过辅助绕组的电流异相。启动电容器的作用是滞后辅助绕组中的电流，使这两个电流异相。当转子达到足够的速度时，辅助线圈通过离心开关与电路断开，电机仍然由单个线圈供电，从而产生脉动磁场。从这个意义上讲，这种设计中的辅助线圈可以看作是启动线圈，因为它仅在电机启动期间使用。

启动/运行电容交流感应电机

进一步改进单线圈单相感应电动机设计的另一种方法是引入辅助线圈，该辅助线圈不仅在电动机启动阶段保持通电，而且在正常运行期间也保持通电。与仅使用电动机启动电容器的交流电动机（在正常运行期间产生脉动磁场）相反，使用电动机启动电容器和电动机运行电容器的交流电动机在正常运行期间产生旋转磁场。电动机启动电容器的功能与前一种情况相同 - 在转子达到预定速度后，它会通过离心开关与电路断开。此后，辅助绕组通过电动机运行电容器保持通电。下图描述了这种设计。

电机启动和电机运行电容器

启动电容

电机启动电容器示例

电机启动电容器用于电机启动阶段，一旦转子达到预定速度（通常为该电机类型速度的 75%），电容器便会与电路断开。这些电容器的电容值通常超过 70 F。它们具有各种额定电压，具体取决于其预期用途。

运行电容器

一些单相交流电机设计使用电机运行电容器，即使启动电容器被离心开关断开，这些电容器仍与辅助线圈保持连接。这些设计通过产生旋转磁场来工作。电机运行电容器设计用于连续工作，只要电机通电，就会保持通电，这就是为什么避免使用电解电容器，而使用低损耗聚合物电容器的原因。运行电容器的电容值通常低于启动电容器的电容，通常在 1.5 F 到 100 F 的范围内。为电机选择错误的电容值会导致磁场不均匀，这可以表现为电机转速不均匀，尤其是在负载下。这会导致电机产生额外的噪音、性能下降和能耗增加，以及额外的热量，从而导致电机过热。

应用

电机启动和运行电容器用于单相交流感应电机。当单相电源比三相电源更实用时，例如家用电器，就会使用此类电机。然而，它们的效率不如三相交流感应电机。事实上，单相交流电机的效率比三相交流电机低 2 到 4 倍，这就是为什么它们只用于功率较小的电机。使用启动和运行电机电容器的典型应用包括电动工具、洗衣机、滚筒式烘干机、洗碗机、吸尘器、空调和压缩机。