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-1-交流电机简介1概述交流电机是一种用来实现电能和机械能相互转换的旋转电磁机械。能量形式的转换依赖于定子和转子之间的气隙磁场。电机的作用原理，基于电磁感应定律和电磁力定律。电磁感应定律：表示导体在磁场中作切割磁力线运动时，将产生感应电动势。磁场方向、导体运动方向和感应电动势方向，三者之间的关系可用右手定则表示。它们的关系是：伸开右手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N极），使拇指指向导体运动的方向，那么四指的指向便是导体内感应电动势的方向，如图1所示。实际可以用它来判断：导体在磁场中运动时，其感应电动势（或感应电流）的方向，因此也把它叫做发电机定则，也就是发电机的工作原理。电磁力定律：表示载流导体在磁场中受力作用时，磁场方向、电流方向和载流导体受力方向，三者之间的关系可用左手定则表示。它们的关系是：伸开左手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N极），使四指指向电流的方向，那么拇指的指向便是导体受力的方向，如图2所示。实际上，可用它来判断载流导体在磁场中的运动方向，所以也把它叫做电动机定则，也就是电动机的工作原理。电动机的旋转方向就是根据这个定则判定的。电机进行能量转换时，必须具备能做相对运动的两大部件：一是建立磁场的部件；二是产生感应电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中，静止不动的部分称为定子，建立磁场的部件就是定子绕组；做旋转运动的部分称为转子，被感应部件就是转子绕组。定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。旋转电磁转矩由气隙中旋转磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统接收机械功率，向电系统输出电功率，向国民经济各部门及广大城乡提供电能。电动机从电系统接收电功率，向机械系统输出机械功率，作为驱动机械设备的动力。旋转电磁机械：就是我们所见到和所使用的电机是一种包含着三种结构部件、三种物理作用的机器。一种是导电部件（也就是定子线圈）它从电网接收电功率——三相交流电，在空气隙中产生一个旋转磁场。这个磁场穿过电机的第二部分：导磁部件——定、转子铁心，它们与定、转子之间的空气隙一起，构成了一个闭合回路，使得从定子到转子不停的传递能量。传递的方式是穿过气隙中的旋转磁场切割转子绕组，产生感应电流，感应电流所产生的磁场，与定子的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动电机转动。就这样，通过空气隙把从定子接收来的电磁功率，转换成驱动转子转动的机械-2-功率，通过转轴等机械部件，把机械功率传递给被拖动的机械设备。电机从吸收电功率，通过电磁转换，转换成机械能并传递给机械设备，是通过电、磁、机械三部分结构部件和物理作用来实现的。所以说电机是一种——电磁机械，因为电机是旋转的，所以是旋转电磁机械。用于实现电能和机械能转换的目的，是为我们传递能量，为我们工作服务。1•1交流电机的分类按电机功用分类：交流电机主要分为发电机和电动机。发电机主要分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机。汽轮发电机是两极高速同步电机，是依靠燃烧煤、核能等能源进行发电的。是火力发电厂、核能发电厂的主要设备之一，由汽轮机或燃气轮机驱动发电。水轮发电机是多极低速同步电机，是依靠水力的位能转换成动能作为能源来进行发电的，由水轮机驱动发电。柴油发电机由柴油机驱动发电，两者组成柴油发电机组。通常用作工矿企业、医院、楼房的应急备用电源；军事与民用通信、战地和野外作业，车辆船舶等特殊用途的独立电源，以及电网输送不到、又不适于建立火力发电厂地区的生活和生产所需的电源和多种移动电站等。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。当电机的三相对称绕组，接通三相交流电后，在空气隙中产生一个转速为n1=60f/p的旋转磁场。当电机的运行速度n始终保持与旋转磁场相同速度（即n=n1）的电动机称为同步电动机。主要用于轧钢机、球磨机、压缩机、鼓风机等。优点是能向电网输送无功功率，改善电网的功率因数。缺点是需要直流励磁，结构比较复杂，电机造价较贵。电机的运行速度n始终低于旋转磁场速度（即nn1）的交流电机称为异步电动机。异步电机具有结构简单、制造方便、运行可靠、维护简便、价格低廉等优点，因此被广泛的应用在石油、化工、电站、矿山、冶金等工业部门，用于驱动泵、风机、粉碎机等机械设备，在各种电气传动系统中，有90%左右的设备采用异步电机驱动。异步电机的缺点是：1，从电网中吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏；2，调速性能差，不能用于轧钢、造纸等转速要求严格恒定的设备中，也不能用于在运行中转速要求有所变化的设备中。1•2异步电机的分类按电压等级分类，异步电机可分为低压电机和高压电机。额定电压为660V及以下的三相异步电机称为低压电机；额定电压为3kV及以上的三相异步电机称为高压电机。按转子结构形式分类，异步电机又分为绕线型异步电动机和鼠笼型异步电动机。绕线型异步电动机：其定、转子均具有三相对称绕组。电机在起动过程中，可在转子电路中接入可变电阻，使起动电流始终保持在额定电流的两倍左右，而始终保持最大的起动转矩，因此电机的起动性能好。主要用于卷扬机等需要经常起动并频繁变换旋转方向（正反转）的机械设备中。鼠笼型异步电动机：其转子绕组由导条和端环焊接而成，形式很像捉老鼠的笼子，此类电机由此而得名，简称笼型电机。由于笼型电机结构最简单、价格最低廉，而且具有较高的运行效率和较好的-3-工作特性，能满足大多数工农业生产机械的要求，因此应用最广泛。我们凯泉公司生产的水泵，所配的电机均为鼠笼型异步电动机。下面主要介绍一下鼠笼型异步电动机。2异步电动机的结构异步电动机通常做成三相的，这样便于建立旋转磁场。图3-1、图3-2所示分别为小型和大中型的三相异步电动机，它们是由定子，转子两大部分和其他附件所组成。1）定子：定子是由定子铁心和定绕组组成。为了减少磁滞和涡流损耗，环形的定子铁心由冲了槽的硅钢片迭成。铁心槽内嵌放定子三相绕组，三相绕组的六个出线头固定在机座外壳的接线盒内，线头旁标有各相绕组的始末端标志。三相绕组可接成星形（）或三角形（Δ）。2）转子：转子铁心由硅钢片迭成并压装在转轴上，硅钢片上冲有均匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组。转子按其绕组的结构不同，可分成鼠笼型转子和绕线型转子两类。鼠笼型转子异步电动机其转子绕组为转子槽内放置没有绝缘的铜条，铜条两端用短路环焊接起来如鼠笼状。近年生产的中小型电动机，转子冲片间不涂绝缘漆，转子槽内导体和两端短路环连同风叶一起用铝铸成整体，如图1所示。为了改善起动性能，鼠笼转子一般都采用斜槽结构。此外，也有用双鼠笼和深槽结构的，双鼠笼转子上有内外两个鼠笼，外笼导体采用电阻率较大的黄铜条，内笼导体则采用电阻率较小的紫铜条。深槽转子绕组是利用狭长的导体，产生集肤效应，来改善起动性能。绕线型转子绕线型转子绕组与定子绕组相似，采用绝缘导线绕制的三相绕组。转子绕组的相数、极对数和定子绕组相同。三相转子绕组一般都接成星形（），三根引出线连接到固定在转轴上的三个滑环上，由一组支持在端盖上的电刷将滑环与外电路（如起动或调速用电阻）接通。3）其他附件：包括机座、端盖、风扇等。机座是由铸铁或钢板制成的，为支持定子、端盖等部件和承受并传递扭矩。端盖是由铸铁或钢板制成的，在其中心孔内装有轴承以便支持转子。电动机的通风冷却方式有自冷式、自扇冷式、管边通风式和外装冷却器等。-4-3异步电动机的工作原理图4为异步电动机的简单模型图。在一个可旋转的马蹄形磁铁中，放置一只可自由转动的鼠笼状短路绕组。当转动马蹄形磁铁时，鼠笼就会跟着它向相同方向旋转。这是因为磁铁转动后，它的磁力线切割鼠笼的导体，在导体中产生感应电动势，根据右手定则可确定电动势的方向（鼠笼上半部导体的电动势的方向朝里，用符号表示，下半部导体的电动势方向朝外，用符号⊙表示）如图4(b)所示。由于鼠笼导体是短路的，因此在电动势作用下导体中就有电流流通，电流方向与电动势方向相同。带电导体中的电流在磁场中要受力的作用，力F的方向可由左手定则决定。在图4(b)中，鼠笼式电动机的上半部与下半部所受力方向相反，大小相等，因此形成转矩。这个转矩将使鼠笼顺着磁场的转向转动起来，这就是异步电动机简单的运转原理。图4异步电动机原理示意图实际的异步电动机是利用定子三相绕组通入三相平衡电流，在电动机空气隙中产生了一个旋转磁场（图4(c)），这个磁场的转速n1称为同步转速，它由电源频率f以及定子绕组的极对数p来决定，即n1=60f/p。必须注意，鼠笼转子的转速n总是低于旋转磁场的同步转速n1，因为只有当转子与旋转磁场之间存在相对运动时，转子导体才能切割磁力线，感生电流，产生转矩。所以电动机转速与旋转磁场转速的转差是保证电动机运转的因素，这就是异步电动机“异步”二字的由来。由于异步电动机的运转以电磁感应为作用原理，因此也称“感应电动机”。-5-4异步电机的规格按其结构尺寸的大小，异步电机可分为大、中、小型电机。老系列电机（J、J2、JO、JO2、JS、JR、YL、YR）共分为22个机座号，其中：1~10号为小型电机；11~15号为中型电机；16~22号为大型电机。新系列（Y、YR系列）异步电机，按其电机轴的中心高来区分电机的大、中、小型。当电机的中心高在80~315mm范围的为小型电机；中心高在355~630mm范围的为中型电机；中心高在710~1000mm范围的为大型电机。5电机的铭牌数据1）型号产品型号是为了便于设计、制造、使用部门进行业务联系和简化技术文件中产品名称、规格、型式等叙述而引用的一种代号。主要由产品代号和规格代号构成。（1）产品代号由电机类型代号、电机特点代号和设计序号组成。电机类型代号用：Y——表示异步电动机；T——表示同步电动机。电机特点代号是表示电机的性能、结构或用途而采用的汉语拼音字母。如YB：B表示隔爆型。设计序号是指电机产品设计的顺序，用阿拉伯数字表示。如J2、JO2：2表示第二次设计。（2）规格代号是用机座号、中心高、铁心外径、机座长度、铁心长度、功率、转速或极数等表示。机座长度的代号采用国际通用字母符号表示：S表示短机座、M表示中机座、L表示长机座。铁心长度的代号用数字1、2、3……依次表示。（3）特殊环境代号各种特殊环境条件所用代号按有关标准选用，如TH表示湿带环境条件。产品型号举例小型异步电动机Y112S—6规格代号：表示中心高112mm、短机座、6极产品代号：表示异步电动机中型异步电动机Y355M2—4规格代号：表示中心高355mm、中机座、2号铁心长、4极产品代号：表示异步电动机大型异步电动机Y630-10/1180规格代号：表示功率630kW、10极、定子铁心外径1180mm产品代号：表示异步电动机-6-户外化工防腐用小型隔爆异步电动机YB160M4WF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2）额定功率指电动机在额定运行时的输出机械功率，就是轴端的输出功率，表明该电机的出力大小——即电机容量（用kW表示）。3）额定电压指电动机在额定运行时的线端电压（用V或kV表示）。国家标准规定的电压等级为220、380、1000、3000、6000、10000、13800、20000V等。电压等级的选择，主要是根据用户所在地的电源情况而定。电机容量越大，选择电压应该越高。否则，因为电流太大，制造有困难。容量越小，选用电压应该越低。否则，因线圈匝数太多、电流太小，制造也会有困难。目前，交流电机选用的最高电压为10000V。4）额定电流是指电动机在额定运行时的线端电流。它表示电动机输出额定功率时，其负载的大小（用A表示）。5）额定频率是指电机在额定运行时的频率，实际上是指电网的频率（用Hz表示）。我国是50Hz；朝鲜为60Hz。6）额定转速是指电动机在额定运行时的转速（用r/min表示）。所谓额定运行就是指电动机在额定电压、额定频率和额定负载下的运行。电机的额定同步转速，由电网频率f和电机的极对数P来决定。同步转速n1=60f/P。当f=50Hz时，不同极数电机的额定转速分别为下表所列数值