1. 概述
罩极电机是微型单相感应电动机中最简单的一种，由于它具有结构简单，制造方便，成本低廉，运行可靠，过载能力强，维修方便等优点而被广泛地用于各种小功率驱动装置中。其缺点是运行性能和起动性能较差，效率和功率因子较低，一般用于空载或轻载起动的小容量场合。如电风扇、加湿机、空清机等。
2. 工作原理
一个没有罩极环仅有主绕组的电机，是没有起动转矩，在实际中是无法使用的，为了获得起动转矩，采用附图副绕组的措施。这个绕组不是靠外接电源供电，而是靠它与主绕组轴线间保持有θ＜90°的偏角，见图1。主绕组通电后，其中一部分主磁通φm′会穿过这一短路环，感应电势产生电流，短路环则如变压器的副绕组一样，产生去磁通φk，与φm′合成后在罩极区间将是φs，最后决定了罩极环上的电势Ek，这样在主极与罩极的不同区间使有时间相位不同的φm与φs在脉振，构成了椭圆磁场，产生了起动转矩。在转子是闭路的条件下，转子就会 起动。由于φm是超前φs的，磁场是从超前的磁通移向滞后的，所以电机的旋转方向是由主极移向罩极的顺时针方向。
图1 罩极电机的原理及矢量图
3. 技术指标及术语
3.1 技术指标
额定功率
额定电压
额定电流
额定转速
3.2 术语
3.2.1 效率
电机输出功率与输入功率之比。
3.2.2 功率因子 COSΦ
电机输入有效功率与视在功率之比。
3.2.3 起动扭力Tst
电机在额定电压，额定频率和转子堵住时所产生的扭力。
3.2.4 最大扭力Tmax
电机在额定电压，额定频率和运行温度下，转速不发生突降时产生的最大转矩。
乙二醇二甲醚3.2.5 噪音
电机在空载稳态运行时A计权声功率级dB(A)。
3.2.6 振动
如何正确对待金钱电机在空载稳态运行时振动加速度有效值（m/s2）。
4. 基本结构
罩极电机是结构最简单的一种单相电动机，其结构可以分为两类，一类是隐极式，从外形来看，定转子均匀开槽，转子为鼠笼式。定子上有主绕组和自行闭路的副绕组或称为
罩极绕组。两绕组可以做成等线圈式，也可以分别做成正弦绕组。不过两绕组要不成正交的安放，即绕组轴线间夹角小于90度。它的定子上有主副两套绕组，但其主绕组大多采用集中绕组形式，副绕组则是一个置于局部磁极上的短路线圈，即罩极线圈（也称短路环）。这类电机又可以分为两种，一种如图2（a）、（b）所示的圆形结构，它的定子可明显的看出凸极型式。主绕组套在磁极上，罩极环则嵌于磁极一角，且多为一个。另一种是方形结构，铁芯如变压器一样，见图2（c），主绕组背套于一根铁心柱上，磁极与转子则在铁芯的另一根柱上，在磁极一角多放两个罩环。在罩极电机中，只要设法产生旋转的气隙磁场，电机就有自起动能力，并可正常运转。在罩极电机中，定子主副绕组、轴线在空间非正交安置，并为了改善罩极电机的性能，采用了各种措施，如阶梯气隙、磁桥等，出现了磁的不对称，又因副绕组中的电流是靠主绕组感应产生的，造成了电的不对称，分别产生时间和空间相位都不相同的磁势，合成为一个类似旋转磁势的运动磁势，它在空间建立的运动磁场与转子相互作用，就可以使之起动和运转。 5. 特性分析
5.1 罩极电机效率是偏低的，仅在=5～30%之间，因此多用在小功率驱动中。
5.2 罩极电机的主、副相电流变化均不大，故多以电机不动时的电流来计算它的损耗和温升。所以罩极电机会在堵转时运行也不至发生问题，运行可靠是它的最大有点。
电力监测
5.3 罩极电机的起动和最大转矩倍数规定为T*st=0.3，T*max=1.3，均属偏小。因此，罩极电机主要用于对起动转矩要求不高的地方。
5.4 罩极电机经特殊设计，可以在两个方向上旋转。这样的罩极电机磁极在两个极尖上都开有放罩极绕组的槽口。根据需要闭合一个罩极绕组，电机就在那个方向旋转。
5.5 罩极电机可以像单相异步电机那样采用降压或抽头调速。绕组抽头调速的电机，就是在电机的绕组上附加多绕些调速线圈。把这些调速线圈串入回路连于电源上去时，如同电机回路中串入一个电抗一样。达到了降速的目的。
6. 结构因素对性能的影响
6.1 磁桥（磁分路片）
磁桥的作用是改善气隙的磁通分布，改善电机的机械特性，引入磁桥是故意增大极间漏磁，虽然低了激磁电抗，使激磁电流增大，最小转矩减小，但由于磁桥磁通Φb不与转子匝链，从而增加了主、副绕组的互磁通，使一个极下的气隙磁通由矩形变为梯形，如图3（d）所示，从而减小了谐波分量。 图3
磁桥对电机性能的影响可阐述如下：
6.1.1 转矩转速特性（T-n）曲线
若取消磁桥，电机漏磁减小，使激磁电抗增大，电机的最大转矩Tmax增大。但是，由于此时气隙磁通由梯形变为矩形波，谐波增大，从而谐波转矩分量（主要是3次）增大，使电机在中低速区的T减小并产生明显的凹下。若磁桥太宽，造成漏磁太大，使激磁电抗降
低过多，虽然谐波小了，T-n曲线趋（qu）于平滑，但根据磁通连续性定理，气隙磁通必然减小，不但Tmax下降过多，而且也导致Tst减小，故亦不可取。
6.1.2 起动转矩Tst
当磁桥宽度从0增加时，Tst先是较快增大，过最大值（此时应为最佳宽度）后逐渐下降。合适的磁桥宽度可使Tst增大到无磁桥时的1.2～1.5倍。
由此可见，磁桥宽度是重要的。为了既能改善磁桥磁势波形，又不致使转矩下跌过多，磁桥设计时总使其处于磁密过饱和状态。一般取磁桥磁密在2.2 T以上，以限制它的过度漏磁。为此，在初始设计中可如下取值：在图2（a）中，为保持一定刚度，磁分路片不能太薄，故可减小其轴向长度，可取铁芯迭（die）长的1/2～1/3。在图2（b）（c）中，两凸极由极尖相连而成一体，为保证机械强度，显然极尖宽度不能太小，故用作磁桥是不行的。为此应在靠近交轴线处的外侧冲制对称的两个半圆凹口，以其剩下的宽度作为磁桥宽度。一般取原宽度之半，因为从幅值看可简单认为美极磁通在整个极中分布均匀，即极内磁密处处相等，而凸极中磁密总在1.1～1.5 T左右，今磁桥宽度若为极尖宽度的1/2，则磁桥中磁密总在2.2 T以上。
图5示出了某8W方形电机磁桥宽度对机械特性的影响。
6.2 阶梯气隙
在前极尖处局部增大气隙，即成阶梯气隙。气隙大了，磁阻就大，由于磁力线总是力图缩短其路径，故阶梯气隙中的磁通密度总是小于主气隙的。从电磁比看，阶梯气隙磁阻与主气隙的磁阻相连，磁阻（电阻）大者磁通（电流）小。因此，阶梯气隙的采用使一个极下的气隙磁通由矩形波变为阶梯波，如图3(e)所示，从而减小了谐波分量。效果比阶梯气隙还要好的是渐变气隙，由于从前极尖开始气隙长度逐渐减小，从而使气隙通波成为斜坡形，如图3（f）所示。与阶梯气隙起同样作用的还有前极尖处冲制闭合长孔（圆形电机）或外侧冲制长凹口（方形电机），用增大局部区间磁阻的办法使该处气隙磁通小于主气隙。但由于渐变气隙难于控制，冲长孔又模具复杂，故实际中已很少采用。
阶梯气隙的作用不光可改善运行性能，而且可增加起动转矩。这也正是磁力线的特征造成的，在阶梯气隙与主气隙交界处，部分磁通从主气隙上的定子出发到达阶梯气隙上的转子，也就是说磁力线向阶梯气隙处扭弯，使路径变长，磁阻增大，而转子则力求以磁路磁阻最小来取向，这样就产生了一个由大气隙向主气隙方向的转矩。由于阶梯气隙位于前极
尖处，该转矩与旋转磁场方向是一致的。
阶梯气隙长度δc和宽度（以弧角表示）θc对T-n曲线的影响如下：δc不变，θc加大；或θc不变，δc加大；两者效果大致相同。当δc（θc）加大时，Tst和Tmax都会增大，而且由于谐波转矩减小的缘故，中速区的凹下减小。但过大的δc（θc）将使Tmax反而减小，并且特性变软，工作点的转差率增大，从而损耗增加，效率降低，不过Tst则比无阶梯气隙时始终要大一些，可见δc和θc的取值是很重要的。根据资料推荐，一般取值范围在：δc/δ=2.5～3.5，θc/θp=0.15～0.20.
6.3 罩极环
罩极环的作用是使定子产生一个旋转磁场脉振磁通Φ。没有罩极环时，仅由主绕组构成单绕组电机，在气隙中产生一个脉振磁通Φ，如图3（a），故而电机非但没有起动能力，而且运行时的正转矩较小。有了罩极环，Φ的一部分Φm穿过主气隙，另外一部分Φl穿过罩极区，从而在环内感生电流。由于罩极环是个感性组件，环内电流产生的磁通恒为阻止Φl的变化，从而造成了罩极区的合成磁通Φs滞后于主磁通Φm。这样，气隙中就有了两个脉振磁通Φm和Φs，如图3（b）。由于Φm和Φs在时间上有一相位差，两轴线在空间又错开一
个角度，从而合成一个旋转磁场，产生起动转矩，使电机起动和运转。但是，由于两者的轴线夹角θ小于90°（θ=90°时将感应不出Φs了），相角差φ也小于90°（因环有电阻），再有Φs又小于Φm，故两者的合成磁场永远是个椭圆。并且由于Φs恒滞后于Φm，故合成磁场的旋转方向总是从主极移向罩极，即电机是不能改变转向的。
6.3.1 罩极度
罩极度Ks定义为罩区磁极宽度占整个磁极宽度的百分比，它的大小对电机性能影响很大。假如两个脉振磁场的强度相同，则Ks越小，两轴线夹角θ就越接近90°，旋转磁场的椭圆度越小。但是，由于Φs是主绕组感应产生的，2018未来科学大奖Ks越小，Φs越弱，旋转磁场的椭圆度越大。由此可见，势必存在一个最佳的Ks值，它权衡了两个磁场的夹角和幅值，使合成磁场的椭圆度最小。分析与实验表明，单罩环电机的最佳罩极度为33%（即1/3）左右，此时的Tmax和Tst均较大，而且T-n曲线也比较平坦。
由实验知道，Ks大时，T-n曲线的中速区凹下很小，但Tst较低。极限Ks=100%时，主副绕组轴线重合，相当于一台短路变压器，副绕组中感生电流最大，这时只能产生脉振磁场，Tst=0。减小Ks时，Tmax变化很小，Tst先增大，但中速区凹下逐渐变大；Ks＜33%以后，
Tst又趋减小，极限Ks=0时，Tst=0。
在方形铁芯中，由于结构上的允许，一般采用两个罩环，构成三绕组电机。在三相对称电机中，一个极（下行频率180°电角度）中每相各占60°，即60°相带。而双环电机虽不可能实现这种对称分布，但道理是一样的，从而大小环取长补短，电机特性明显比单环好得多：Tmax和Tst均增大，且中速区下凹不严重。实验表明，在双环电机中，当主极取110°左右，大环70°左右，小环则在大环的70°中占40°左右时，电机特性较好。换句话说，一般取大环Ks1=40%，小环Ks2=40%左右。
前面讲过：为了获得大的输出转矩，合成磁场应经可能接近圆形。为此要求Φm和Φs具备三个条件：强度相等，轴线在空间相差90°，电角度以及相位角相差90°。但这是相互矛盾的，由于Φs是主绕组磁通Φ感生的，故主副绕组轴线夹角越近江苏文惠网90°，两者的互感应越小，即Φs越弱。在极限位置90°时，主绕组产生的磁通不能穿过副绕组，这时副绕组中就不能感生电流，从而Φs为0，不能产生转矩。为了在较小的罩极度时能产生较大的副相磁通Φs，采用磁桥是完全必要的。由于磁桥的存在，使小部分磁通不经由气隙→转子→气隙从一个极到达另一个极，而是通过磁桥，也就是说这一小部分磁通是不与转子匝链的是属于
漏磁通。这样一来，由于罩极环中的部分磁通不通过气隙，故罩极环部分的磁路磁阻减小，从而环中的磁通Φs增大。也可理解为磁桥增加主副绕组之间的互感，从而互感通增大。
6.3.2 罩环的损耗
罩环的位置确定以后，其本身的参数对电机性能也有很大影响。罩环电阻rs对起动转矩有一最佳值，rs过大或过小，均会使Tst下降。在通常所见的电机中，一般来说，凡是仅有一匝的粗铜线或扁铜线，rs偏小，而用漆包线绕制的多匝型副绕组则rs偏大。rs偏大时，在空间位置许可的情况下，可尽量换用粗一档线。对rs偏小的电机，若换用黄铜之类的等直径线，电密不变，rs又提高了，电机性能将改善。罩环漏抗xs的增大将使Tst下降，为此罩环端部应尽可能紧贴迭（die）片，且其槽应尽量靠近定子内径，以力求减小其漏磁通。
6.3.3 罩环的阻抗
尽管罩环的匝数少，环内的感应电势很小，但由于其阻抗极小，故环内电流通常是很大的，使损耗很大，温度很高，尤其是在堵转时，可达150℃以上（半导体点温计）。由于
罩环是参与运行的，从而使电机的效率很低，也使电机具有在超载甚至堵转时整机电流变化不大，不易发生故障的优点。若电机设计不合理或罩环接头焊接不良，罩环发热将相当严重，甚至可烧断焊点，使电机不能正常工作，因此罩环的焊接质量是绝对不能轻视的。
6.4 主绕组阻抗（电阻r1及漏抗x1）
主绕组阻抗增大，其上的压降增大，由于这是属于无用的消耗，导致绕组中感应电势降低，由于感应电势为E1=4.44fW1kdp1Φ，当电源频率f和匝数W1不变时，E1降低，意味着每极磁通Φ减小，从而电机出力减小。
增大主绕组电阻r1时，损耗增加，输出减小，温升增加；但是，当r1增加时，并不是输出的减小等于损耗的增加，而是损耗增量中的一部分由电源输入来补偿，一部分由输出减小来补偿。因此，减小r1（例如线径减细一档）而不减变匝数时，对固定负载而言，电机的输入增大，输出略有减小，转速有所降低，功率因子则略有上升，温升明显上升。对风叶类活动负载而言，由于其功耗基本上与转速的三次方成正比，转速稍减时，所需转矩下跌很多，故电机表现为输入减小，输出略有减小，温升稍有上升。因此，对风扇电机来说，当采用阻抗保护时，若堵转温度超过标准，可考虑改用细一档的线，往往能解决问题，而
对转速风量的影响是很小的。
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