电动机基本原理介绍

第一节电动机的种类与标识一、电动机的种类电动机直流电动机交流电动机他励直流电动机并励直流电动机串励直流电动机复励直流电动机同步电动机异步电动机自励他励笼型电动机绕线式电动机电源种类励磁方式转子结构n=n1二、电动机的标识表11-1三相电动机的铭牌电机厂编号××××型号Y160–4功率15KW频率50HZ电压380V电流30.3A接法△转速1460r/min温升75℃绝缘等级E防护等级IP144重量150kg工作方式S1功率因数0.88出厂年月××××年××月1.额定电压UN表示电动机定子绕组规定使用的线电压，单位V或KV。2、额定电流IN表示电动机在额定电压及额定功率运行时，电源输入电动机定子绕组中的线电流，单位A。表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。3、额定功率PN电动机在额定状态下运行时，转轴输出的机械功率，单位W或KW。线电压ABCXYZ线电压AZBYXC如：A48.6/A2.11/4、额定转速nN电动机在额定电压、额定频率和额定功率下工作时转轴的转速，单位r/min。5、定额定额也称为工作方式或运行方式，按持续运行时间分为连续（S1）、短时（S2）和断续（S3）三种基本工作制。6、接法指电动机在额定电压下定子三相绕组的连接方法Y/△例：1、铭牌标△，额定电压标380V表明电动机电源电压为380V是接成△。2、电压标380/220，接法标Y/△表明电源电压为380V是应接成Y形，电源电压为220V是应接成△形连接方式：Y/接法Y接法：接法：U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2U1BW1U2YZ接线盒：W1U1ZV1YU2W1V2V1W2V1W2V2V2U1U2W2V1W17、额定频率fN指接入电动机的交流电源的频率，单位HZ。8、绝缘等级与温升绝缘等级表示电动机所用绝缘材料的耐热等级。温升表示电动机允许发热的限度。表11-2电机的绝缘等级和极限工作温度（℃）绝缘材料级别极限工作温度YAEBFHC90105120130155180180以上产品代号是由异步电动机类型代号(Y)、电动机特点代号（用字母表示）和设计序号（用数字表示）等三个小节顺序组成。规格代号是由中心高或铁心外径、机座长度（mm）、铁心长度、功率、转速等来表示。中小型电动机长度用国际通用符号来表示：S-短机座，M-中机座，L-长机座。特殊环境代号是各种特殊环境条件的代号。极数及特殊环境代号规格代号（用数字或国际通用符号拼用）产品代号（用字母，设计序号用数字表示）1239、型号例⑵YB160M-4WF特殊环境代号：W表示户外用、F表示化工防腐用。规格代号：表示中心高160mm，中机座，4极。产品代号：Y表示异步电动机，B表示隔爆型。Y355M2-4例⑴产品代号：表示异步电动机。规格代号：中心高355mm、中机座、2号铁心、4极。电动机在额定状态下，输入的有功功率与视在功率的比值。额定负载时一般为0.7~0.9，空载时功率因数很低约为0.2~0.3。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。10、功率因数(cos1)：P2PNcos1第二节直流电动机一、直流电动机直流电动机并励直流电动机串励直流电动机复励直流电动机自励他励他励直流电动机图11-3直流电动机励磁方式示意图特点:调速性能好，启动、制动、过载转矩大，容易控制；但它的结构复杂、制造成本高，维护量大，需配备直流电源。应用：多用于对启动和调速等性能要求比较高的场所，如挖掘机、造纸机、轧钢机、城市电车、电瓶车等。MMMM他励式并励式串励式复励式+接励磁电源-+接电源-+接电源-+接电源-+接电源-直流电动机的原理模型1—磁极；2—电枢；3—换向器；4—电刷二、直流电动机的制动制动：加上一个与电动机转向相反的转矩，用来使电动机迅速停转或限制电动机的转速。1、机械制动：给一个人为的机械阻力，制动转矩是用机械制动闸的摩擦力转矩来产生。特点:结构简单2、电磁制动：使电动机本身在制动时产生与其旋转方向相反的电磁转矩。按产生转矩的方法不同分为能耗制动（电阻制动）、反接制动和回馈制动（再生制动）。特点：操作方便，制动转矩大第三节异步电动机的构造与工作原理一、构造三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。图11-4封闭式三相笼型异步电动机结构图1—轴承；2—前端盖；3—转轴；4—接线盒；5—吊环；6—定子铁心；7—转子；8—定子绕组；9—机座；10—后端盖；11—风罩；12—风扇（一）定子定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。（2）定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图11-5所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕组。（a）定子铁心（b）定子硅钢片图11-5定子铁心及冲片示意图（3）定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1,V1,W1，末端分别标为U2,V2,W2。这六个出线端在接线盒里的排列如图11-2所示，可以接成星形或三角形。（二）转子主要有转子铁心、转子绕组和转轴组成（1）转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线式异步电动机与笼形异步电动机。①绕线式绕组与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环（滑环）上，通过电刷装置与外电路（变阻器）相连，以改善电动机的运行性能。见图11-6。图11-6绕线形转子与外加变阻器的连接滑环电刷变阻器②笼形绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图11-7（a）所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图11-7（b）所示。100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。（a）铜排转子（b）铸铝转子图11-7笼形转子绕组（三）其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数低；气隙太小，功率因数高，装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。二、异步电动机的工作原理三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，旋转磁场的磁力线被转子导体切割，根据电磁感应原理，转子导体产生感应电动势。转子绕组是闭合的，则转子导体有电流流过。设旋转磁场按顺时针方向旋转，且某时刻为上为北极N下为南极S，如图11-8所示。根据右手定则，在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外，用⊙表示；在下半部则由外向里，用表示。图11-8感应电动机原理NSn0n异步电动机模型笼型转子定子旋转磁场以速度n1切割转子导体感生电动势（发电机右手定则），在转子导体中形成电流，使导体受电磁力作用形成电磁转矩，推动转子以转速n顺n1方向旋转（电动机左手定则），并从轴上输出一定大小的机械功率。(n不能等于n1)n1电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机1nn无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果1nnn1TnTmTst)(Tfn机械特性曲线TL起动：TstTL(负载转矩)，电机起动转速n，转矩Tcc点：转矩达最大Tm，转速n继续，T，沿cb走bb点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL，暂时TTL,nsI2Tn电动机的自适应负载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段s=0s=1和转子电阻的关系22'RR2'RR2的改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。2Rmsms'0TnstTstTmmss'ststTT结论：机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。硬特性（R2小）软特性（R2大）0Tn不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。第四节异步电动机的起动stI起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的4~7倍。定子电流原因：起动时n=0，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：三相异步机的起动方法：（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般（全压起动）采用直接起动。（2）降压起动。Y－起动自耦变压器降压起动延边三角形起动（3）绕线式异步电动机起动（转子串电阻起动）。Y－起动：正常运行lUAZBYXClI起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为z31llYIIAZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'StstYTT31PPUU31（2）Y－起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合)(2UTSTY－起动也时ststTI,。S1S2图11-11鼠笼式电动机Y-△启动线路例4:三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7，求：（1）接法时的启动电流Ist（2）若启动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A解：（2）31llYIIIstY=Ist/3=140/3=47A自耦变压器降压起动用自耦变压器降压启动时，先合上电源开关S1，再把转换开关S2的操作手柄推向“启动”位置，这时电源电压接在三相自耦变压器的全部绕组上(高压侧)，而电动机在较低电压下启动，当电动机转速上升到接近于额定转速时，将转换开关S2的操作手柄迅速从“启动”位置投向“运行”位置，这时自耦变压器从电网中切除。图11-10自耦变压器降压起动S1S2为获得不同的启动转矩，自耦变压器的次级绕组常备有不同的电压抽头，例如次级绕组电压为初级绕组电压的60％和80%等，以供具有不同启动转矩的机械使用。这种启动方法不受电动机定子绕组接线