电动机结构原理

内容提要•本章先讲述三相异步电动机的工作原理、基本结构、主要系列，然后针对定子绕组的基本知识、绕组的感应电动势、三相异步电动机的空载、负载运行特性、功率及转矩平衡、工作特性等进行讨论。最后针对三相交流异步电动机的常见故障进行了分析介绍。4.1三相异步电动机的工作原理及结构4.1.1结构:定子、转子、气隙等。4.1三相异步电动机的工作原理及结构4.1.1结构:定子、转子、气隙等。1．定子部分定子作用：产生旋转磁场；组成：外壳、铁心、绕组。（1）外壳：机座：铸铁件，保护和固定定子绕组。外表有散热片散热性能好。端盖：铸铁件，作用：固定转子。接线盒：保护和固定绕组的引出线端子。吊环：起吊、搬抬三相电动机。定子部分（2）定子铁心是磁路的一部分，由薄硅钢片叠成。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。定子冲片定子铁心定子部分（3）定子绕组是电动机的电路部分，三相绕组对称。线圈由绝缘铜导线绕制。绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端标为U1,V1,W1，末端标为U2,V2,W2。排列如图，可以接成星形或三角形。（a）星形连接（b）三角形连接2．转子部分（1）转子铁心由薄硅钢片叠成，是磁路的一部分，也用来安放转子绕组。（2）转子绕组绕线形与笼形两种。①绕线形绕组是三相绕组，一般接成星形，三相首端引出到集电环上，通过电刷装置与外电路相连，可串入电阻或电动势以改善电动机的运行性能。1—集电环；2—电刷；3—变阻器转子部分②笼形绕组在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，两端用一个端环把导条连接起来，如图所示。也可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•3．其他部分•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，用以支撑转子轴。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降低；气隙太小，使装配困难，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。4.1.2工作原理1．旋转磁场的产生在空间位置上对称的定子绕组中通入时间相位上对称的三相交流电。设：图4.7三相交流电流波形图tiUsin)120sin(tiV)120sin(tiW工作原理设电流为正时，在绕组中从首端流向末端，为负时，从末端流向首端。当0度瞬间，U为零、V为负，W为正，产生的合成磁场，如图4.7（a）所示，右边是N极，左边是S极。图4.7两极旋转磁场示意图工作原理•当90度瞬间，U为正；V、W为负，产生的合成磁场，如图（b）所示。工作原理•当180度瞬间，U为零；V为正、W为负，产生的合成磁场，如图（c）所示。工作原理•当300度瞬间，U为负；V为零、W为正，产生的合成磁场，如图（d）所示。工作原理可见，在电机中形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场。当电流变化一个周期,磁场也旋转一周。当定子绕组连接形成的是两对磁极时，用相同的方法分析知：电流变化一个周期，磁场只转动了半圈，即转速减慢了一半，由此得：pfn601工作原理2．感应电动势的产生旋转磁场的磁力线被转子导体切割，产生感应电动势及电流。设旋转磁场顺转，且某时刻为上北极N下南极S。据右手定则可判断电流方向。图4.8三相电动机的转动原理工作原理3.转子的转动流过电流的转子导体在磁场中要受到电磁力作用，力F的方向可用左手定则确定。该电磁对转轴形成电磁转矩，使转子按照旋转磁场的方向旋转，转速为n。转速n总是小于而接近于旋转磁场的转速n1。工作原理4．转差率n1与n之差与n1之比称为转差率s，即转差率是异步电动机的一个基本参数，对分析和计算运行状态及其机械特性有着重要的意义。11nnns4.1.3三相异步电动机的铭牌1．型号国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是以电机中心高度为依据编制规格系列，如Y-200L2-6中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心高度的关系见表4.2和表4.3。异步电动机中心高度200mm6极2号铁心长机座（M——中机座）（S——短机座）表4-1三相异步电动机铭牌三相异步电动机型号Y2-200L-4额定功率30kW额定电流57.63A额定电压380V频率50HZ接法D额定转速1470r/min防护等级IP54工作制SIF级绝缘功率因数0.82效率0.84××电机厂在三相异步电动机的外壳上，固定有一牌子，称铭牌。铭牌上注明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）三相电动机的重要依据，如表4-1所示，铭牌的主要内容如下。主要系列中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心高度的关系见表4.2和表4.3。表4.2小型异步三相电动机表4.33中型异步三相电动机机座号1112131415定子铁心外径（mm）560650740850990中心高度（mm）375450500560620机座号123456789定子铁心外径（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90100112132160180225250280主要系列2．额定功率满载运行时轴上所输出的额定机械功率（kW）3．额定电压•指接到电动机绕组上的线电压，使用时应按规定加电压。4．额定电流•在额定电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流。•额定功率与其他额定数据之间有如下关系式：5.额定频率：NNNNNIUPcos3主要系列6．额定转速小于对应的同步转速n1。如n1=1500r/min，则nN=1440r/min。7．绝缘等级绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。8．定额允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种。（1）连续（2）短时•（3）周期断续主要系列9．接法星形（Y）和三角形（D）两种。定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相电动机。10．防护等级外壳的防护等级，IP是防护等级标志符号，数字分别表示电机防固体和防水能力。如IP44中第一位数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。4.1.4三相异步电动机的主要系列Y系列三相异步电动机主要系列的型号、名称、使用特点和场合见表4-4所示型号名称使用特点和场合Y(IP44)Y(IP23)(封闭式)小型三相异步电动机(防护式)为一般用途三相笼型异步电动机，可用于起动性能、调速性能及转差率无特殊要求的机械设备，如金屑切削、机床、水泵、运输机械、农用机械IP44——封闭式，能防止灰尘、水滴大量地进入电动机内部，适用于灰尘多、水土飞溅的场合1P23——防护式，能防止水滴或其他杂物从垂直线成600角的范围内，落入电动机内部，适用于周围环境比较干净、防护要求较低的场合YX高效率三相异步电动机电动机效率指标较基本系列平均提高3％，适用于运行时间较长，负载率较高的场合，可较大幅度的节约电能YD变极多速三相异步电动机电动机的转速可逐级调节，有双速、三速和四速三种类型，调节方法比较简单，适用于不要求平滑谓速的升降机、车床切削等YH高转差率三相异步电动机较高的起动转矩，较小的起动电流，转差率高机械特性软。适用于具有冲击性负载起动及逆转较频繁的机械设备，如剪床、冲床、锻冶机械等型号名称使用特点和场合YB隔爆型三相异步电动机电动机外客结构有隔爆措施，可用于燃性气体(如瓦斯和煤尘)或蒸气与空气形成的爆炸混合物的化工、煤矿等易燃易爆场所YCT电磁调速三相异步电动机由普通笼型电动机、电磁转差离合器组成，用晶闸管可控直流进行无级调速，具有结构简单、控制功率小，调速范围较广等特点，转速变化率精度可达小于3％，适用于纺织、化工、造纸、水泥等恒转矩和通风机型负载YR(IP44)(封闭式)绕线转子三相能在转子回路中串入电阻，减小起动电流，增大起动转矩；并能进行调速，适用于对起动转矩要求高及需要小范围调速的传动装置上YR(IP23)异步电动机(防护式)IP44与IP23的适用情况见表格前述YZYZR起重冶金三相异步电动机适用于冶金辅助设备及起动重机电力传动用的动力设备，电动机为断续工作制，基准工作制为S3、40％。YZ、YZR分别是笼型和绕线转子型