由于受输、配电系统的限制,城市居民用电和大多数农村及边远地区的用电为单相交流电。随着家用电器的普及和农村经济发展的需要,以单相电源供电的小型电动机得到了广泛应用。在单相电源供电的电力拖动系统中,由于受到结构的限制,额定功率大于0.5kw时,采用单相感应电动机是不经济的。三相感应电动机的材料利用率高、性能稳定、对称运行时效率较高且开发时间短以及有较大的功率定额,因此,开发在单相电源上接近对称或对称运行的三相感应电动机具有重要意义。通过连接适当的移相元件及改变电机定子接线方式是三相电机在单相电源上运行的有效途径。采用电容器作为移相元件,是三相感应电动机在单相电源供电时实现基本对称运行或对称运行的最简单而实用的方法。在单相电源供电时以电容器作为移相元件的三相感应电动机,简称三绕组单相电容电动机。对于上述方法的应用,已提出了多种接线方式,有定子绕组的接线为△形,把单相电源和移相器连接到定子△接法不同的相端,使三相感应电动机在单相供电系统下起动和运行的所谓“Steinmetz”接法,现在习惯上称为△形接法;也有定子绕组的接线为Y形,把单相电源和移相器分别接在不同相间的Y形接法;有拆开绕组的采取电容移相器的SemihexTM接法和Smith接法。以上四种接线方法的优点较突出,是实际中常见或可以推广应用的接线方法。在以往的三绕组单相电容电动机运行性能的研究中,主要是根据电动机的稳态等效电路,利用对称分量法进行分析,在一定的条件下来选择和计算移相元件的数值,对电机的稳态性能进行计算。瞬态分析的文章则较为少见,已有文献对三相对称定子绕组Y接法和△接法接一个移相电容元件的情况,用瞬时对称分量模型、ABC相坐标模型对起动性能进行了仿真研究。对SemihexTM接法和Smith接法的三绕组单相电容电动机的瞬态过程则很少有人研究。三绕组单相电容电动机的制动过程、反转运行过程、故障运行过程、负载突变、调速以及电源电压骤降等瞬态过程的研究几乎是空白。本文综述了三相感应电动机由单相电源供电运行的发展历史、实现途径以及研究的目的、方法和意义;以对称分量法和三相感应电动机的瞬态数学模型为基础,全面、深入地研究了上述四种接法的三绕组单相电容电动机的稳态性能和瞬态性能。主要内容有:对三绕组单相电容电动机的正常运行情况,在最小不平衡电压条件下,利用对称分量法和三相感应电动机的等效电路,推导了移相电容的计算公式;由定子绕组的端点方程,推导出定子绕组端电压约束条件,建立起静止坐标系下统一的状态方程,编制计算机程序,通过实例对起动运行和稳定运行过程进行仿真计算,对仿真结果进行比较分析。其中,对Smith接法的三绕组单相电容电动机单值电容起动的瞬态特性进行了实测,验证了数学模型的正确性。对Smith接法的三绕组单相电容电动机提出一个简单的起动接线方案,进行了仿真计算,并且与双值电容起动情况作了对比。对双笼转子的△形接法、SemihexTM接法的三绕组单相电容电动机的起动过程进行了仿真计算。提出了三绕组单相电容电动机交流制动和直流制动的几种接线方式。根据定子电路的端电压约束条件和三相感应电动机在静止坐标系中的混合磁链模型建立起三绕组单相电容电动机交流制动及反转运行、直流制动和阻容制动时的状态方程。应用对称分量法,推导了交流制动和阻容制动的制动电容计算的数学表达式。编制计算机仿真程序,对三绕组单相电容电动机交流制动及反转运行、直流制动和阻容制动的瞬态过程进行了全面的仿真计算,给出仿真结果并进行分析。对SemihexTM接法电机的直流制动还给出了一个试验结果,验证了数学模型的正确性。推导出了Y接法、△接法、SemihexTM接法和Smith接法的三绕组单相电容电动机在定子绕组开路、定子绕组短路、电容器开路和电容器短路故障状态下的定子绕组端电压约束条件,建立了在这些故障状态下的统一的混合磁链型式的数学模型。通过实例对△接法、SemihexTM接法和Smith接法的三绕组单相电容电动机在上述故障状态下的运行情况进行了仿真计算,对仿真结果进行了分析。对其中的两种情况还做了实测,验证了所建立的数学模型的正确性。最后把AC斩波控制器和电气可调电容器应用于三绕组单相电容电动机,并且对其瞬态性能进行了仿真计算和对比研究。本文对三绕组单相电容电动机的起动、制动、故障运行和调速的瞬态过程进行了深入的分析研究,得出了一些有理论价值和工程实用价值的结论。