最近有几位网友谈到“单相电机”的调频调速问题，在此，就我所知，介绍一下，作为抛砖引玉，不当之处请各位同行批评指正。 一 单相电机的特点： 相对需要380V三相的电机而言，有些电机只需要220V的单相电压，这类电机俗称“单相电机”，单相电机主要是小功率的电机，在一些地区，民电和三相工业电价格不同，用户也喜欢使用单相电机的来降低用电成本，虽然输入是单相220V电源，这些电机的绕组却有两组，通过一个电容移相而起动，因此这类电机准确叫法为“单相输入的两相电机”，加上专用变频器（非通用变频器，下面要谈到）后，移相是通过变频器实现的，相差90度，因此，电容就不再需要了。 单相交流电动机和三相交流电动机的电磁规律一样，但工作原理不同，电动机旋转的条件是：转子导体电流能与气隙磁场相互作用使转子导体能受到电磁力的作用，在该电磁力的作用下，电动机的转子才能转动起来，其转向与气隙磁场的旋转方向相同。三相交流电动机的绕组在空间互差120°，三相磁势和电势大小相等相位上互差120°，气隙磁场为旋转磁场。而单相电动机定子上有两个绕组，一个是工作绕组，一个是起动绕组，两个绕组在空间互差90°，其定子磁势为脉动磁势，产生两个正反向的磁场，合成电磁转矩为零，电动机不能自己起动。为了使单相异步电动机能产生起动转矩，就必须设法使得起动时电动机内部能够产生一个旋转磁势。常用的方法有分相起动和罩极起动两种，分相起动即电容起动电动机。 为获得圆形旋转磁场，要求起动绕组的脉振磁势的振幅和工作绕组的脉振磁势的振幅大小相等，但在脉振的时间相位上两者相差90°。为此，要求起动绕组中的电流与工作绕组中的电流在时间相位上相差90°。通常采用在起动绕组上串联电容的办法来满足这一要求。这时起动绕组中的电流超前单相电压一个电角度，而工作绕组的电流滞后单相电压一个电角度。当电容配置适当时，就能在电机气隙中产生一个圆形旋转磁场使电动机顺利起动。 　　如果设计时考虑到起动绕组不仅能供起动时用，而且能长期接在电网上工作。则从电机内部来说，就是一台“两相”异步电动机，可以提高过载能力和改善功率因数。 二 单相电机变速的思路 单相电机当然是可以通过调压调速的，这里就不在讨论了，但若变频调速，就有很多工作要做，大家可能注意到了，国外产品中是没有“单相电机变频变速器”的，在国外，通常的解决办法是，采用“单相输入三相输出变频器”，去带动一个三相电机，在国外，三相电机是主流，价格也便宜，在国内，“单相电机需要调速”是很具有中国特色的，原因有二：1，单相电机用量极大，价格很便宜，2，民电和三相工业电价格不同，可以省不少电费。鉴于此，很多人希望单相电机也能变速，例如，风机就是一个例子。 问题是，单相电机可以用通用变频器调速吗？ 有一个说法：“去掉电容器，在电容器位置引出二根线再加上原来另一根输入线，可直接接入变频器即可”，这个观点，变频器论坛版主王老师的看法是：“如果将电容起动电动机中的电容器去掉，所能见到的三个头就相当于一个变压器线圈的中间抽了一个头（两头两根线，再加上中间抽头，共三根线），或者说就像是一个电位器的结构一样，需要说明的是起动绕组和工作绕组的匝数各不相同，即阻抗也不同。通用变频器的逆变器的三相输出是互差120°的，并分别从每相桥的桥臂中点引出的，是悬浮的，这样的输出加到上述所述的绕组上是可想而知的。”“通用变频器是不能直接拖动单相电动机的，别试了，毫无意义。” 可行的方案有以下三个： 1 使用变频器的某一相输出直接作为单相变频电源使用，这样对变频器来说是一种缺相运行状态。用这种方法，如果输出功率不大是可以的，太大变频器就会显示缺相保护，当然，对某些变频器，通过改变参数可以将输出缺相保护功能设定为无效，问题是花几千块钱买个变频器只用其中一相，带个几百块钱的单相电机，你舒服吗？而且变频器输出端不容许接电容的，容性负载会缩短寿命，其耐压不够，变频输出端有高次谐波是电容器的大敌，也易短路带来电器事故，另一方面，由于电容在频率改变的时候，将不再可以保证恒定的相差。 2 可以在通用变频器后面加一个变压器（按变频状态设计），然后在变频器的付边 再接单相电动机。变频器输出端加变压器，三相变两相220V输出。总的来说，单相电机的种类太多，变频器论坛版主王老师的这个方法是可以安全使用的方法。变压器起一个隔离和阻抗（容性和感性）匹配的作用。 3 采用专门设计的单相输入两相输出变频器，当加上“专用”变频器后，变频器的输入端有两个接线柱，接入220V电源，变频器的输出端有四个接线柱，用于分别和两个绕组相连，此时，移相电路已经被做在变频器里了，当然电容就不需要了。 另一方面，由于电容在频率改变的时候，将不再可以保证90度的相差，因此，从这个角度讲，电容也是必须去掉的。 关于专门设计的单相输入两相输出变频器，请参考下面的我的一个帖子： 高性价比LJK-1单相输入两相输出交流电机开环变频调速器 在国内，“单相电机需要调速”是很具有中国特色的，原因有二：1，单相电机用量极大，价格也便宜，2，民电和三相工业电价格不同，可以省不少电费。鉴于此，很多人希望单相电机也能变速，由于小功率单相电机的价格通常在500元以下，因此与之配套的变频器也应该在这个价位，为了得到结构简单、运行可靠、维护方便、成本较低的小功率单相电机调速系统，采用功率MOSFET构成变频调速系统，是一种较优的选择方案，在小功率范围内，MOSFET器件价格相对比较低廉，因此这种变频调速系统具有比较高的性价比，该系统充分利用了小功率MOSFET管导通电阻小，开关速度快的优点，其构成的变频调速系统成本低，工作可靠，适用于广泛的工业应用场合。 为了满足变频调速过程中需要的V/F=常数的要求，系统采用电压恒定闭环控制（为电流截止恒压负反馈 ），频率开环控制的“小闭环”设计方案，频率输出不受市电过压或欠压的影响，V/F=常数的要求由函数发生器来完成。 上下桥臂互锁电路保证MOSFET器件开通和关断之间的延时时间，以保证逆变器可靠工作。 采用高品质快速光电隔离器以获取陡峭的MOSFET器件上下沿驱动信号。 该变频调速器主要技术指标如下： 功率范围： 50~600W 接线：单相（两个接线柱）220V输入，两相（四个接线柱）输出，不需电容； 　　　　调速: 12 Hz ~120Hz； 　　　　不需风扇: 维护更为方便,无噪音运行； 　　　　过载能力: 150% 20秒； 　　　　额定电流: 2～4A； 　　　　交流电压允许波动范围: 200至240V 50Hz ； 　　　　允许市电频率波动范围: ±5% ； 　　　　控制方式: V/F控制； 　　　　元件； 采用MOSFET； 　　　　频率给定分辨率: 模拟输入端子输入：8位时：0.5 Hz； 也可通过旋钮控制频率 　　　　频率精度: 模拟量输入时最大输出频率的±1%~±2% 　　　　周围温度: -10℃~+50℃(不冻结)周围湿度 90%RH以下(不结雾) 　　　　保存环境: -20℃~+65℃ 　　　　周围环境: 屋内(应没有腐蚀气体,易燃气体,油雾,尘埃等) 该变频调速器适合于小功率单相输入两相输出交流电机的范围不大（10∶1以内）的调速控制，由于价格低廉（500元以下），尤其适合需要大量使用变频器的工业控制场合。 华中科技大学自控系 周先生 联系电话： 13026136463