電動機(jī)和發(fā)電機(jī)

1、電動機(jī)和發(fā)電機(jī)2015年8月11日星期二22:59:47by Z.Yw電機(jī)基本名詞術(shù)語2電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)6直流電動機(jī)原理14直流電動機(jī)模型22直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)36永磁直流電機(jī)52盤式永磁直流電機(jī)63三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場77同步電動機(jī)原理90永磁同步電動機(jī)101異步電動機(jī)原理113異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)124繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)139旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理模型156三相交流發(fā)電機(jī)原理模型161電動發(fā)電機(jī)165水輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造175可逆式抽水蓄能機(jī)組與廠房190汽輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造201永磁電機(jī)原理與構(gòu)造219二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流永磁電動機(jī)工作原理220二相三相輪流導(dǎo)通星形三相十二狀態(tài)無刷直流永磁

2、電動機(jī)工作原理237外轉(zhuǎn)子無刷直流永磁電動機(jī)252電機(jī)基本名詞術(shù)語Motor Common Terminology   電機(jī)基本知識電機(jī): 電機(jī)是借助于電磁原理工作的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備。只有給電機(jī)輸入能量，它才會輸出能量，在其輸入和輸出的能量中至少應(yīng)該有一方是電能。變壓器：是利用電磁原理將交流電能轉(zhuǎn)換成同頻但電壓等級不同的交流電能的設(shè)備。 發(fā)電機(jī)：是利用電磁原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的設(shè)備。直流發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能的發(fā)電機(jī)。交流發(fā)電機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成交流電能的發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)：其電動勢的頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）之比為恒定值，例如對于2極（1對磁極）同

3、步發(fā)電機(jī)，發(fā)電頻率與每秒轉(zhuǎn)速相同；對于12極（6對磁極）同步發(fā)電機(jī)，發(fā)電頻率為6倍每秒轉(zhuǎn)速。大型汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)，大多數(shù)交流發(fā)電機(jī)都是同步發(fā)電機(jī)，應(yīng)用非常廣泛。同步轉(zhuǎn)速:要使發(fā)電機(jī)供給電網(wǎng)50Hz的工頻電能，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須為同步轉(zhuǎn)速。同步轉(zhuǎn)速=50×60/p，p是磁極對數(shù)，例如一對磁極（2極）電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為3000r/min，二對磁極（4極）電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。異步發(fā)電機(jī)：帶負(fù)載時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同極數(shù)的同步轉(zhuǎn)速，例如二對磁極的異步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速大于1500r/min，也就是說發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率低于2倍每秒轉(zhuǎn)速，而且發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)頻率之比不是

4、恒定值，隨負(fù)荷加大轉(zhuǎn)差加大。異步發(fā)電機(jī)應(yīng)用很少，主要應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中。電動機(jī)：是利用電磁原理將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備。直流電動機(jī)：將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電動機(jī)。交流電動機(jī)：將交流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的電動機(jī)。交流電動機(jī)分成異步電動機(jī)（轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速）和同步電動機(jī)（轉(zhuǎn)速等于同步轉(zhuǎn)速），實(shí)際中以異步電動機(jī)應(yīng)用最為普及，同步電動機(jī)相對較少。發(fā)電機(jī)容量（發(fā)電機(jī)額定容量）：發(fā)電機(jī)在制造廠規(guī)定的額定轉(zhuǎn)速、電壓、功率因數(shù)以及額定的冷卻條件下運(yùn)行時，在出線端以千伏安表示的連續(xù)輸出容量，單位是kVA。電動機(jī)功率（額定功率）：在額定電壓、額定負(fù)載、規(guī)定的冷卻條件下運(yùn)行時，電機(jī)軸輸出的機(jī)械功率，單位是kW。電機(jī)

5、的效率：P2 與P1 的比值稱為電機(jī)的效率，用表示，即有=P 2 /P 1  ，P1 稱為輸入功率，表示單位時間內(nèi)輸入電機(jī)的能量；P2稱為輸出功率，表示單位時間內(nèi)電機(jī)輸出的能量。鐵損：當(dāng)磁通隨時間交變時，鐵心中將產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，兩者合稱為鐵耗。磁滯損耗：根據(jù)鐵磁性材料磁化曲線，當(dāng)鐵磁性材料處在交變磁場中，材料的磁化是沿其磁滯回線變化的，在圖1有三種主要的鐵磁性材料的磁滯回線，當(dāng)磁場強(qiáng)度由-H變化到+H時，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿綠色線變化，當(dāng)磁場強(qiáng)度由+H變化回-H時，材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿棕紅色線變化。材料在反復(fù)磁化中要消耗能量并轉(zhuǎn)化成熱量耗散，這就是磁滯損耗

6、。磁滯損耗與磁滯回線的面積成正比，軟磁性材料（如鐵芯）的磁滯損耗最小，硬磁性材料（如鋼，永磁體）的磁滯損耗大。圖1  磁滯回線渦流損耗：由于鐵磁性材料通常是導(dǎo)電體，當(dāng)線圈通有交流電時，鐵芯內(nèi)的磁通隨之變化，在鐵芯就會感生漩渦狀電流（渦流），見圖2左。渦流產(chǎn)生熱量耗散，稱為渦流損耗。為防止渦流損耗，可在鋼材中加入硅，使材料電阻增大；或者鐵心采用表面絕緣、厚度為0.35 或0.5mm 的硅鋼片疊壓成形，可有效防止渦流，見圖2右。圖2  渦流損耗與防止   電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子、定子：發(fā)電機(jī)與電動機(jī)都與機(jī)械能有關(guān)，在它們的結(jié)構(gòu)中有運(yùn)動部件，運(yùn)動部件通常都作旋轉(zhuǎn)運(yùn)

7、動，稱為轉(zhuǎn)子；相應(yīng)地固定部件就稱為定子。主磁路：是指主磁通 的路徑，變壓器的主磁路為閉合鐵心，見圖3左，淺藍(lán)色箭頭線是磁力線。旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主磁路，除定、轉(zhuǎn)子鐵心外，還包含兩段氣隙，見圖1右，淺藍(lán)色箭頭線是磁力線。圖3  變壓器與電機(jī)的主磁路鐵芯：承載磁通的磁路部件，不包括氣隙。機(jī)座（定子機(jī)座）：支承定子鐵心或鐵心組件以及定子繞組的構(gòu)件。 機(jī)座磁軛：為靜止凸極提供機(jī)械支撐的定子鐵芯部分。磁極：鐵芯的一部分，帶有或嵌有勵磁繞組或包含一塊或幾塊永久磁體。極靴：凸極靠近氣隙的部分。氣隙：磁路內(nèi)鐵磁性部分中的間隙。圖4  直流電機(jī)的電磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子磁軛：為旋轉(zhuǎn)凸極提供機(jī)

8、械支撐的轉(zhuǎn)子鐵芯部分。凸極：從軛部向氣隙方向伸出的一種磁極，圖5左圖的轉(zhuǎn)子有6個凸極，凸極安裝在轉(zhuǎn)子磁軛上。隱極：圓柱鐵芯的一部分，通過分布繞組的勵磁效應(yīng)起磁極作用,見圖5右，小齒間的槽用來嵌放分布的勵磁繞組，大齒則是磁極。槽：鐵芯上的凹槽，在其中放置繞組導(dǎo)體。齒：兩個相鄰槽之間的鐵芯部分。圖5  凸極轉(zhuǎn)子與隱極轉(zhuǎn)子繞組：一般是用帶絕緣的導(dǎo)體（主要用銅）繞制而成的線圈或線圈組合。繞組的作用有流通電流、產(chǎn)生磁場、感應(yīng)電動勢、承受一定的電壓電流和功率。繞制而成的線圈或線圈組合。一臺電機(jī)至少有兩個繞組。勵磁繞組：產(chǎn)生磁場的繞組，磁場相對于該繞組是靜止的。電樞：電機(jī)帶電樞繞組的部分。電樞繞組

9、：對旋轉(zhuǎn)電機(jī)而言，起機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的核心作用的繞組稱為電樞繞組，它與外部電力系統(tǒng)聯(lián)接，用以吸收或送出有功功率。例如同步電機(jī)的定子繞組、直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組。匝：組成一圈的一根或一組導(dǎo)體。銅損耗：電流在繞組電阻上引起的損耗稱為銅損耗，簡稱銅耗。電刷：與換向器或集電環(huán)作滑動接觸形成電連接的導(dǎo)電部件。集電環(huán)：與電刷接觸的導(dǎo)電金屬環(huán)，換向器（整流子）：對于發(fā)電機(jī)，換向器把電樞繞組中的交變電動勢轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妱觿菹蛲獠枯敵?；對于電動機(jī)，它是把外界供給的直流電流轉(zhuǎn)變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。換向器是由多個換向片組合而成，是直流電機(jī)的關(guān)鍵部件。軸承：支持轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)件。推力軸承：承受軸向負(fù)載并限制軸向移動的軸

10、承。導(dǎo)軸承：限制立式機(jī)組軸線在一定范圍內(nèi)擺動的軸承。旋轉(zhuǎn)方向：從電機(jī)的傳動端朝非傳動端沿軸向看電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。機(jī)械角度：從幾何上把電機(jī)圓周分成 360°，為機(jī)械角度。電角度：對于交流電機(jī)來說，電樞線圈中感生的按正弦變化的電勢的一個周期為360電角度。若電機(jī)有p對磁極，電機(jī)旋轉(zhuǎn)時的電角度為p×機(jī)械角度。直流電動機(jī)原理Direct Current Motor Principle在本動畫課件中對直流電動機(jī)的基本原理作一介紹，這是一個方形導(dǎo)線框，在線端頭焊接兩片半圓周的銅片。帶換向器的導(dǎo)線框兩片半圓周的銅片構(gòu)成換向器，兩個彈性銅片靠在換向器兩側(cè)是電刷。導(dǎo)線框與換向器與電刷電源通過電

11、刷向?qū)Ь€框供電，線框中就有電流通過。通過換向器向?qū)Ь€框供電在線框兩側(cè)放一對磁極，形成磁場，線框處在磁場中。導(dǎo)線框放入磁場當(dāng)線框通有電流時，兩側(cè)導(dǎo)線就會受到磁場的作用力，這個力稱為洛倫茲力，方向依左手定則判斷，圖中紫紅色箭頭表示電流方向、綠色半透明箭頭是受力方向。直流電動機(jī)工作原理受到磁場的作用力的線框會旋轉(zhuǎn)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)90度后，換向器改變了線框電流的方向，于是導(dǎo)線框會連續(xù)旋轉(zhuǎn)下去，這就是直流電動機(jī)的工作原理。請觀看直流電動機(jī)原理3D動畫，在動畫中有綠色半透明箭頭表示作用力的方向，在線框中運(yùn)動的綠色小球表示電流方向。直流電動機(jī)工作原理動畫直流電動機(jī)模型Direct Current Motor Mod

12、el在前面的動畫課件中已對直流電動機(jī)的基本原理作了介紹，但它距實(shí)際應(yīng)用的直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)相差較大，下面介紹一臺與真實(shí)直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)相近的原理模型。 電機(jī)的定子主要用來產(chǎn)生磁場，該模型定子有一對磁極，由導(dǎo)磁良好的鋼鐵制成，磁極的的磁力由一個U型永久磁鐵產(chǎn)生。永久磁鐵的磁極電動機(jī)旋轉(zhuǎn)部分是轉(zhuǎn)子（俗稱電樞），轉(zhuǎn)子安裝在兩個磁極之間。為增強(qiáng)兩磁極間的磁通密度，轉(zhuǎn)子鐵芯（電樞鐵芯）由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，電機(jī)的導(dǎo)線框嵌放在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)，本模型的轉(zhuǎn)子鐵芯有8個線槽。定子與轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯的8個線槽里嵌有轉(zhuǎn)子繞組（電樞繞組），為便于觀察，仍用單圈線框代表轉(zhuǎn)子繞組，這是一個線框。一個轉(zhuǎn)子繞組按8個線

13、槽順序嵌放轉(zhuǎn)子繞組（線框），為便于觀察不顯示轉(zhuǎn)子鐵芯，繞組的頭尾端依次焊接，這是嵌到第4個繞組時的圖。四個轉(zhuǎn)子繞組這是嵌好全部8個繞組的圖。全部八個轉(zhuǎn)子繞組再把轉(zhuǎn)子鐵芯顯示出來。轉(zhuǎn)子鐵芯與轉(zhuǎn)子繞組換向器有8個銅制換向片，排成圓筒形，換向片間留有縫隙，相互絕緣。    把轉(zhuǎn)子繞組的引出線按規(guī)律焊接在換向片上。直流電機(jī)轉(zhuǎn)子把嵌有繞組的轉(zhuǎn)子插入兩磁極之間，兩個嵌有石墨塊的電刷靠在換向器兩側(cè)。直流電機(jī)模型為便于觀察，不顯示磁極與磁鐵，僅顯示磁極的磁力線；轉(zhuǎn)子鐵芯也以半透明顯示。在磁場中的轉(zhuǎn)子繞組在兩電刷上接通電源，可在圖上看到每個線槽中線框的電流方向，線框受磁場作用力，轉(zhuǎn)

14、子開始旋轉(zhuǎn)，線框受力方向依左手定則判斷。通電轉(zhuǎn)子繞組在磁場中受力請觀看直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通電旋轉(zhuǎn)3D動畫，由于隱去磁極和透明轉(zhuǎn)子鐵芯，在動畫中可看到旋轉(zhuǎn)線框的電流方向。直流電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組通電旋轉(zhuǎn)3D動畫 請觀看直流電機(jī)模型旋轉(zhuǎn)3D動畫。直流電機(jī)模型旋轉(zhuǎn)3D動畫直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)Direct Current Motor Structure（本課件圖片于2013年3月重新編輯）在前面的動畫課件中已對直流電動機(jī)原理與基本結(jié)構(gòu)作了介紹，這里用一臺直流電動機(jī)模型來介紹它的具體結(jié)構(gòu)。該直流電動機(jī)模型的定子有一對主磁極，安裝在機(jī)座上，機(jī)座也叫磁軛，是主磁極磁力線的通路。磁極與磁軛都是用導(dǎo)磁良好的鋼鐵制成。

15、 見圖1圖1 磁極與磁軛在主磁極上安裝有勵磁繞組，繞組通電后就會在兩個主磁極間產(chǎn)生主磁場。見圖2圖2 直流電動機(jī)定子直流電機(jī)轉(zhuǎn)子也稱為電樞，電樞鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，鐵芯圓周均勻分布18個槽，用來嵌放電樞繞組。電樞鐵芯直徑比主磁極間距離略小點(diǎn)。圖3 直流電動機(jī)電樞鐵芯圖4是定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯的磁路圖，淺藍(lán)色箭頭線表示磁力線。圖4 直流電機(jī)的磁路把繞制好的電樞繞組嵌入電樞槽內(nèi)，每個繞組都有一對引出線。圖5 電樞繞組換向器有18個銅制換向片，排成圓筒形，固定在一個絕緣套筒上，換向片間留有縫隙，相互絕緣。圖6用兩個角度展示換向器的外觀。圖6 換向器把換向器安裝在電樞轉(zhuǎn)軸上，把電樞繞組的引出線按

16、規(guī)律焊接在換向片上。見圖7圖7 直流電動機(jī)電樞為散去電機(jī)發(fā)出的熱量，還要在電樞轉(zhuǎn)軸上安裝風(fēng)扇。圖8 有風(fēng)扇的直流電動機(jī)電樞電樞繞組通過電刷供電，電刷的主要成份是石墨，導(dǎo)電良好又潤滑。電刷固定在刷握內(nèi)，由彈簧片壓向換向器。 本模型有兩個主磁極，故有兩個電刷組，每個電刷組由兩個電刷構(gòu)成。電刷組固定在電刷座上，構(gòu)成電刷裝置。圖9 電刷裝置電刷裝置與換向器的位置關(guān)系見圖10，根據(jù)電樞繞組的常用繞法的線端頭與換向器焊接位置，當(dāng)磁極在上下方時兩個電刷組分布在換向器上下兩側(cè)。圖10 電刷裝置與電樞換向器 把電樞插入定子主磁極之間，見圖11圖11 定子與電樞在電機(jī)前后兩側(cè)裝上端蓋（剖面），

17、端蓋上有軸承，支持電樞的旋轉(zhuǎn)。電刷裝置也固定在端蓋上。 見圖12圖12 直流電動機(jī)剖面在電機(jī)端蓋上有散熱通風(fēng)孔，在機(jī)座上有出線盒。圖13 直流電動機(jī)外觀-1從另一角度看直流電動機(jī)圖14 直流電動機(jī)外觀-2請觀看直流電動機(jī)剖面運(yùn)轉(zhuǎn)3D動畫直流電動機(jī)剖面運(yùn)轉(zhuǎn)3D動畫永磁直流電機(jī)Direct Current Permanent Magnet Motor永磁直流電機(jī)是用永久磁體來建立電機(jī)所需的磁場，無需另用電源進(jìn)行勵磁。在電動機(jī)課件欄目里，在介紹電動機(jī)原理時磁場是永磁體產(chǎn)生的，那個八槽直流電動機(jī)原理模型是用一個U形永久磁鐵來產(chǎn)生磁場。在過去由于永磁體磁性能差，磁力弱又易退磁，只在一些出力小的電機(jī)中使用

18、，多用在玩具與教學(xué)儀器中。近十多年永磁電機(jī)得到飛快發(fā)展得益于永磁體的飛速發(fā)展，永磁直流電機(jī)也從玩具、儀器儀表、家電走向交通工具等大型電機(jī)。 永磁直流電機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)與普通直流電機(jī)相似，只是用永磁體磁極代替用電流勵磁的磁極，本節(jié)介紹一個小型永磁直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，永磁直流發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與之相同就不再介紹。 這是一個四極直流電機(jī)，下圖為電機(jī)的四個永磁體磁極，排列在同一圓周上。永磁體磁極釹鐵硼是目前最好的永磁體材料，磁力非常強(qiáng)大、矯頑力很高，性能好的永磁電機(jī)多選用釹鐵硼做磁極。磁極固定在機(jī)殼內(nèi)，機(jī)殼就是磁軛，為電機(jī)提供磁路。永磁直流電機(jī)定子在下圖中用藍(lán)色的磁力線表示電機(jī)的磁路

19、。永磁直流電機(jī)的磁路永磁電機(jī)不需勵磁電流發(fā)熱較少，但機(jī)殼為防鐵粉污染多為密封，一般通過機(jī)殼外周多個散熱片進(jìn)行散熱；端蓋板延伸到機(jī)殼外兼做機(jī)腳，整個構(gòu)成電機(jī)的定子機(jī)座，通過機(jī)腳來安裝固定電機(jī)。永磁電機(jī)定子外殼永磁直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯，轉(zhuǎn)子繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，與普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣，有關(guān)內(nèi)容請參考電動機(jī)課件欄目直流電動機(jī)一節(jié)。永磁直流電機(jī)轉(zhuǎn)子電流通過電刷連接轉(zhuǎn)子繞組，四極電機(jī)一般有四組電刷，一同裝在刷架上，共同構(gòu)成電刷組件。下圖顯示了轉(zhuǎn)子與電刷組件的相對位置。永磁直流電機(jī)轉(zhuǎn)子與電刷把轉(zhuǎn)子與電刷組件插入定子，如下圖永磁直流電機(jī)組裝圖下圖為合上端蓋的永磁直流電機(jī)剖面圖永磁直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖下圖為

20、永磁直流電機(jī)外觀圖。永磁直流電機(jī)盤式永磁直流電機(jī)Disc type Permanent Magnet Motor盤式永磁電機(jī)的軸向尺寸較小，外形像圓盤一樣。一般電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間氣隙磁場方向為經(jīng)向，而盤式電機(jī)氣隙磁場方向為軸向。除了磁場方向不同，工作原理與普通電機(jī)相同。 下面介紹一種盤式永磁直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，這是四極直流電機(jī)，四個扇形永磁體磁極擺成平面，如下圖扇形永磁體磁極四個扇形永磁體磁極安裝在主端蓋上，主端蓋為定子磁軛。永磁體磁極盤式定子主端蓋與上端蓋為導(dǎo)磁良好的鋼材制造，兩端蓋閉合后形成良好的磁路。主端蓋與上端蓋在磁極與上端蓋間有工作氣隙，磁場在氣隙間的方向為軸向，在下圖中藍(lán)色的磁

21、力線顯示了磁路與磁場走向。盤式永磁電機(jī)磁場走向扁盤狀轉(zhuǎn)子在磁極與上端蓋間的氣隙間旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子線圈為平面扇形繞組，下圖是兩個線圈與磁極的位置對應(yīng)圖。平面扇形線圈電機(jī)轉(zhuǎn)子共有36個線圈排列成盤狀盤狀轉(zhuǎn)子繞組該電機(jī)轉(zhuǎn)子采用無鐵芯結(jié)構(gòu)，把線圈封裝在絕緣材料內(nèi)，壓成盤狀，構(gòu)成無鐵芯盤狀轉(zhuǎn)子,絕緣材料可用含聚脂玻璃纖維塑料或酚醛塑料等。在盤狀轉(zhuǎn)子中部有換向器，見下圖。無鐵芯盤狀轉(zhuǎn)子本機(jī)采用平面換向器，扇形換向片平鋪在同一平面上，呈圓環(huán)狀。電刷裝在刷握內(nèi)，刷握內(nèi)有彈簧把電刷壓向換向器，刷握安裝在主端蓋上。平面換向器與電刷把盤狀轉(zhuǎn)子安裝在轉(zhuǎn)軸上，再安裝在機(jī)座的氣隙內(nèi)，讓轉(zhuǎn)子在氣隙內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，裝好的電機(jī)平面剖面圖

22、如下。盤式永磁直流電機(jī)結(jié)構(gòu)下圖就是安裝好的盤式永磁直流電機(jī)的立體剖面圖。盤式永磁直流電機(jī)的立體剖面圖盤式永磁直流電機(jī)-1盤式永磁直流電機(jī)-2盤式無鐵芯永磁電機(jī)由于轉(zhuǎn)子無鐵芯，電感小，換向火花小，關(guān)鍵是非常適合需要使用薄形電機(jī)的場合。 盤式永磁電機(jī)結(jié)構(gòu)有多種，在本網(wǎng)“直驅(qū)式永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)”欄目里有中間轉(zhuǎn)子盤式發(fā)電機(jī)與中間定子盤式發(fā)電機(jī)的介紹。三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場Three-phase Rotating Magnetic Field應(yīng)用最廣泛的電動機(jī)就是三相交流電動機(jī)，三相交流電動機(jī)是用三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來帶動電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的。 三相交流電由A、B、C三相組成，按每個交

23、流周期360度算，每相間距120度，下面是三相交流電波形圖， 黃色為A相波形，綠色為B相波形，紅色為C相波形，我國使用的三相交流電頻率是50赫茲。三相交流電波形圖三相交流電通過三相繞組來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，三相繞組由三個嵌在電動機(jī)定子鐵芯上的線圈組成，下面是一個三相交流電動機(jī)模型的定子，在定子內(nèi)圓有6個嵌線槽，分別嵌有A、B、C三相線圈，三個線圈按120度分布，黃色線框AX是A相線圈，綠色線框BY是B相線圈，紅色線框CZ是C相線圈。線框的A、B、C端為線圈入端，X、Y、Z端為線圈出端。三相繞組示意圖在三個線圈通上三相交流電后，在定子鐵芯中間會形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，下圖展示三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場的動畫截圖。

24、在A相線圈端口輸入的是A相電流IA，在端口有箭頭標(biāo)明電流的方向；在B相線圈端口輸入的是B相電流IB，在端口有箭頭標(biāo)明電流的方向；在C相線圈端口輸入的是C相電流IC，在端口有箭頭標(biāo)明電流的方向。在定子鐵芯中間有A相電流形成的黃色磁場箭頭，其長度代表磁場強(qiáng)度，指向為磁場的方向；同樣綠色與紅色箭頭分別代表B相與C相的磁場強(qiáng)度與方向；紫藍(lán)色的箭頭是A、B、C三相的合成磁場，其長度代表磁場強(qiáng)度，指向為磁場的方向。在動畫中可看到三相電流的變化、三相磁場的變化及合成的旋轉(zhuǎn)磁場。 這里展示五幅截圖，以A相起點(diǎn)為0度，第1幅是是0度的截圖：三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場動畫截圖（0度）第2幅是是105度的截圖：

25、三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場動畫截圖（105度）第3幅是是180度的截圖：三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場動畫截圖（180度）第4幅是是255度的截圖：三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場動畫截圖（225度）第5幅是是300度的截圖：三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場動畫截圖（300度）  交流電每變化一周磁場旋轉(zhuǎn)一周，輸入的三相交流電是50赫茲，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場是每秒50周。下面請觀看三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場箭頭的動畫三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場箭頭動畫以上動畫是用箭頭來表示旋轉(zhuǎn)磁場的方向與大小，三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的動畫還有用磁力線表示的動畫，下圖為用磁力線表示的動畫截圖三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場磁力線動畫截圖下面請觀看三相交流電與旋轉(zhuǎn)

26、磁場磁力線的動畫三相交流電與旋轉(zhuǎn)磁場磁力線動畫以上圖片與動畫中定子的三相繞組是獨(dú)立的，實(shí)際應(yīng)用中三相繞組是按三角形或星形接法。需要改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向時，只需將接入的三相交流電中任意兩相進(jìn)行交換，旋轉(zhuǎn)磁場就會向相反的方向旋轉(zhuǎn)。同步電動機(jī)原理Synchronous Motor Principle三相交流電動機(jī)是用三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來帶動電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的，有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生原理在前面已作介紹，在這里只介紹電機(jī)轉(zhuǎn)子是如何在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下旋轉(zhuǎn)的。   永磁交流同步電動機(jī)最簡單的方法是在產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的空間放一永久磁鐵，該磁鐵就會跟著磁場旋轉(zhuǎn)了。下圖就是這樣一個永久磁鐵轉(zhuǎn)子。永久磁

27、鐵轉(zhuǎn)子把永久磁鐵轉(zhuǎn)子放在能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的定子鐵芯中，它將會跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場一致，故稱之為同步電動機(jī)，下圖便是一個永磁同步電動機(jī)模型的示意圖。永磁同步電動機(jī)模型下面是該三相交流同步電動機(jī)模型的動畫截圖，為看清線圈與磁力線，定子與轉(zhuǎn)子用半透明顯示。動畫中有輸入三相電流的變化波形，有旋轉(zhuǎn)磁場與跟著旋轉(zhuǎn)的永磁轉(zhuǎn)子。永磁同步電動機(jī)動畫截圖請觀看永磁轉(zhuǎn)子同步電動機(jī)原理模型3D動畫永磁轉(zhuǎn)子同步電動機(jī)原理3D動畫這個三相交流同步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，永磁轉(zhuǎn)子也是一對磁極，轉(zhuǎn)速與交流電源相同，用50周的交流電供電時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是每秒50轉(zhuǎn)。    電勵磁交

28、流同步電動機(jī)實(shí)際上的三相交流同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子多數(shù)是電勵磁的，轉(zhuǎn)子上有勵磁繞組，用直流勵磁電源產(chǎn)生固定磁場，下圖是一個電勵磁三相交流同步電動機(jī)原理模型旋轉(zhuǎn)動畫的截圖。電勵磁三相交流同步電動機(jī)模型請觀看三相交流同步電動機(jī)原理3D動畫三相交流同步電動機(jī)原理3D動畫該三相交流同步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對磁極，電勵磁轉(zhuǎn)子也是一對磁極，用50周的交流電供電時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是每秒50轉(zhuǎn)，也即每分鐘3000轉(zhuǎn)。兩極同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子一般采用隱極式轉(zhuǎn)子。   多極交流同步電動機(jī)許多場合需用低轉(zhuǎn)速，大力矩輸出的交流同步電動機(jī)，此時的電機(jī)多做成大直徑的多極電機(jī)形式，定子繞組產(chǎn)生多對磁極旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子采用多

29、對凸極結(jié)構(gòu)。下圖是一個3對磁極同步電動機(jī)模型示意圖，定子有3個3相繞組，轉(zhuǎn)子有3對（6個）凸極，轉(zhuǎn)速為每分鐘1000轉(zhuǎn)。多極三相交流同步電動機(jī)模型   交流同步電動機(jī)的起動三相交流同步電動機(jī)的起動較麻煩，因為三相交流旋轉(zhuǎn)磁場的速度很快，起動時轉(zhuǎn)子不可能立即加速跟上磁場旋轉(zhuǎn)，所以是轉(zhuǎn)不起來的。為使三相交流同步電動機(jī)起動旋轉(zhuǎn)常用以下三種方法：   輔助電動機(jī)起動法選用一臺與同步電動機(jī)極數(shù)相同的小型異步電動機(jī)作為起動電動機(jī)，起動時，先用起動電動機(jī)將同步電動機(jī)帶動到異步轉(zhuǎn)速，再將同步電動機(jī)接上三相交流電源，這樣同步電動機(jī)即可起動，但這種方法僅適用于空載起動。&#

30、160;  變頻電源起動法先采用變頻電源向同步電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)變頻電源使頻率從0緩慢升高，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速也從0緩慢升高，帶動轉(zhuǎn)子緩慢同步加速，直到額定轉(zhuǎn)速。該方法多用于大型同步電動機(jī)的起動。   異步起動法在轉(zhuǎn)子上加上鼠籠或起動繞組，使之有異步電動機(jī)功能，在起動時勵磁繞組不通電，相當(dāng)異步電動機(jī)起動，待轉(zhuǎn)速接近磁場轉(zhuǎn)速時再接通勵磁電源，就進(jìn)入同步運(yùn)行。永磁同步電動機(jī)Permanent Magnet Synchronous Motor近些年永磁同步電動機(jī)得到較快發(fā)展，其特點(diǎn)是功率因數(shù)高、效率高，在許多場合開始逐步取代最常用的交流異步電機(jī)，其中異步起動永磁同步電動機(jī)的性能

31、優(yōu)越，是一種很有前途的節(jié)能電機(jī)。 在本網(wǎng)“電動機(jī)系列”欄目中“同步電動機(jī)原理”一節(jié)中已講到有永久磁鐵轉(zhuǎn)子的同步電動機(jī)原理模型，本節(jié)將進(jìn)一步介紹永磁同步電動機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)。永磁同步電動機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與工作原理與交流異步電動機(jī)一樣，多為4極形式，三相繞組按3相4極布置，通電產(chǎn)生4極旋轉(zhuǎn)磁場。下圖是有線圈繞組的定子示意圖。定子鐵芯與繞組下圖是裝在機(jī)座里的定子。機(jī)座與定子永磁同步電動機(jī)與普通異步電動機(jī)的不同是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上安裝有永磁體磁極，下左圖就是一個安裝有永磁體磁極的轉(zhuǎn)子，永磁體磁極安裝在轉(zhuǎn)子鐵芯圓周表面上，稱為凸裝式永磁轉(zhuǎn)子。磁極的極性與磁通走向見下右圖，這是一個4極轉(zhuǎn)子。凸裝式永磁轉(zhuǎn)

32、子根據(jù)磁阻最小原理，也就是磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合，利用磁引力拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，于是永磁轉(zhuǎn)子就會跟隨定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。下左圖是另一種安裝有永磁體磁極的轉(zhuǎn)子，永磁體磁極嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯表面，稱為嵌入式永磁轉(zhuǎn)子。磁極的極性與磁通走向見下右圖，這也是一個4極轉(zhuǎn)子。嵌入式永磁轉(zhuǎn)子鐵芯下左圖也是一種嵌入式永磁轉(zhuǎn)子，永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部，為防止永磁體磁通短路，在轉(zhuǎn)子鐵芯開有空槽或在槽內(nèi)填充隔磁材料。磁極的極性與磁通走向見下右圖，這也是一個4極轉(zhuǎn)子。嵌入式永磁轉(zhuǎn)子鐵芯-2下圖為裝上轉(zhuǎn)軸的嵌入式永磁轉(zhuǎn)子嵌入式永磁轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子鐵芯兩側(cè)裝上風(fēng)扇然后與定子機(jī)座組裝成整機(jī)，見下圖。永磁同步電動機(jī)剖面圖這種永

33、磁同步電動機(jī)不能直接通三相交流的起動，因轉(zhuǎn)子慣量大，磁場旋轉(zhuǎn)太快，靜止的轉(zhuǎn)子根本無法跟隨磁場旋轉(zhuǎn)。這種永磁同步電動機(jī)多用在變頻調(diào)速場合，啟動時變頻器輸出頻率從0開始上升到工作頻率，電機(jī)則跟隨變頻器輸出頻率同步旋轉(zhuǎn)，是一種很好的變頻調(diào)速電動機(jī)。 通過在永磁轉(zhuǎn)子上加裝籠型繞組，接通電源旋轉(zhuǎn)磁場一建立，就會在籠型繞組感生電流，轉(zhuǎn)子就會像交流異步電動機(jī)一樣起動旋轉(zhuǎn)。這就是異步起動永磁同步電動機(jī)，是近些年開始普及的節(jié)能電機(jī)。為了安裝籠型繞組，在轉(zhuǎn)子鐵芯疊片圓周上沖有許多安裝導(dǎo)電條的槽，在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)部嵌裝永磁體，永磁體安裝方式有多種，也可以按前面介紹的形式安裝。這里的安裝方式見下圖，這也是一個4

34、極轉(zhuǎn)子，為了防止永磁體的磁通通過轉(zhuǎn)軸短路，在轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子鐵芯間加裝有隔磁材料，轉(zhuǎn)子的磁通走向見下圖左?；\型繞組永磁轉(zhuǎn)子鐵芯籠型轉(zhuǎn)子有焊接式與鑄鋁式：在轉(zhuǎn)子每個槽內(nèi)插入銅條，銅條與轉(zhuǎn)子鐵芯兩側(cè)的銅端環(huán)焊接形成籠型轉(zhuǎn)子；與普通交流異步電動機(jī)一樣采用鑄鋁式轉(zhuǎn)子，將熔化的鋁液直接注入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并同時鑄出端環(huán)與風(fēng)扇葉片，是較廉價的做法，下圖是一個鑄鋁式籠型轉(zhuǎn)子。籠型繞組永磁轉(zhuǎn)子把轉(zhuǎn)子與定子、機(jī)座等部件進(jìn)行組裝，組裝成的整機(jī)剖面圖見下圖?；\型繞組永磁同步電動機(jī)剖面圖異步起動永磁同步電動機(jī)可以直接接通三相交流電源使用，方便又節(jié)能。異步電動機(jī)原理Asynchronous Motor Principle三相交流異

35、步電動機(jī)也是用三相交流電產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場來帶動電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)子不是永磁的也不是線繞電磁的，在轉(zhuǎn)子鐵芯上鑲嵌著一個“鼠籠”。下圖是一個銅制的鼠籠，由多根銅條與兩個銅端環(huán)組成，銅條與銅端環(huán)有良好的電連接。轉(zhuǎn)子的鼠籠把鼠籠放在有旋轉(zhuǎn)磁場的定子鐵芯中間，在定子芯繞組通上三相交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，會看到鼠籠會跟著旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)。因為磁場旋轉(zhuǎn)時，鼠籠的銅條切割磁力線產(chǎn)生電流，而有電流的銅條又受到磁力的作用，于是鼠籠便旋轉(zhuǎn)起來。下面四幅圖是鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)的動畫截圖，為使畫面清楚，僅顯示旋轉(zhuǎn)磁場與鼠籠電流的方向。感生電流的方向可用右手定則判斷，銅條受力方向按左手定則判斷。圖中標(biāo)有磁力線與旋轉(zhuǎn)方向，銅條端面的顏

36、色代表電流的方向。綠色表示電流指向屏幕外，紅色表示電流指向屏幕內(nèi)，黃色表示無電流，電流變化用顏色變化表示。第一幅是電流變化周期為0度時磁場與電流方向：鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)動畫截圖（0度）第2幅是電流變化周期為90度時磁場與電流方向：鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)動畫截圖（90度）第3幅是電流變化周期為180度時磁場與電流方向：鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)動畫截圖（180度）第4幅是電流變化周期為270度時磁場與電流方向：鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)動畫截圖（270度）顯然，鼠籠是不可能與磁場同步旋轉(zhuǎn)的，只有鼠籠比磁場轉(zhuǎn)的慢才有鼠籠與磁場的相對轉(zhuǎn)動，才能切割磁力線感生電流，感生電流在洛倫茲力作用下推動鼠籠轉(zhuǎn)子異步旋轉(zhuǎn)。鼠籠與磁場轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差

37、，轉(zhuǎn)差大則感生電流大，電流大則力大，力大則增加鼠籠轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)差與力會形成平衡，鼠籠轉(zhuǎn)速將穩(wěn)定在某一轉(zhuǎn)差值。 請觀看鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)的3D動畫鼠籠隨磁場旋轉(zhuǎn)的3D動畫為增大導(dǎo)磁率，鼠籠是嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)的，下圖是一個嵌有銅制鼠籠的轉(zhuǎn)子：鼠籠轉(zhuǎn)子把鼠籠轉(zhuǎn)子插入定子鐵芯中，組成一個三相交流異步電動機(jī)原理模型。通上三相交流電，電機(jī)就旋轉(zhuǎn)了。由于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度比旋轉(zhuǎn)磁場慢，故稱之為異步電動機(jī)。轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)速度之差再與磁場旋轉(zhuǎn)速度之比稱為轉(zhuǎn)差率，一般異步電動機(jī)運(yùn)行時的轉(zhuǎn)差率為2%至6%，輸入三相交流電為50周時，鼠籠轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)速約2820至2940轉(zhuǎn)。 下面是三相交流異步電動機(jī)模型旋

38、轉(zhuǎn)3D動畫截圖異步電動機(jī)模型3D動畫截圖請觀看三相交流異步電動機(jī)原理模型旋轉(zhuǎn)動畫異步電動機(jī)原理模型旋轉(zhuǎn)動畫異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)Asynchronous Motor Structure前面章節(jié)已經(jīng)介紹三相交流旋轉(zhuǎn)磁場與三相交流異步電動機(jī)的原理，本課件介紹三相交流異步電動機(jī)最常見的籠型感應(yīng)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。三相交流異步電動機(jī)的定子鐵芯由硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓有許多槽，用來嵌放定子繞組，見圖1左圖。電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯也由硅鋼片疊成，在鐵芯外圓有許多槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組，見圖1中圖。圖1右圖是轉(zhuǎn)子鐵心插入定子鐵心示意圖，定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵心之間留有氣隙。圖1-定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵心定子鐵芯的槽內(nèi)嵌放著定子繞組，即三相交

39、流繞組，接入三相交流電源就可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。圖2-嵌放繞組的定子鐵心 定子鐵芯固定在機(jī)座上，機(jī)座外面有散熱筋（散熱片）幫助定子散熱，機(jī)座由鑄鐵或鑄鋼鑄造。下圖是剖面的定子與機(jī)座圖。圖3-定子安裝在機(jī)座上三相交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯外周的許多槽是用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組，籠型感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是籠型結(jié)構(gòu)，俗稱鼠籠。鼠籠由銅條或（鋁條）與銅端環(huán)（鋁端環(huán)）組成，參見異步電動機(jī)原理一節(jié)。但應(yīng)用最廣的小型異步電動機(jī)采用在轉(zhuǎn)子鐵芯上直接澆鑄熔化的鋁液形成鼠籠轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)直接形成鋁條即繞組，并同時鑄出散熱的風(fēng)葉，簡單又結(jié)實(shí)，圖4是鑄有籠型繞組的轉(zhuǎn)子。圖4-籠型繞組的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上裝有電動機(jī)散熱的風(fēng)扇

40、，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上裝上軸承，這就是異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動部分。圖5-籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子把轉(zhuǎn)子插入定子中間，通過軸承安裝在端蓋上，用端蓋把轉(zhuǎn)子支撐起來，端蓋安裝在機(jī)座上，裝上風(fēng)罩，一個三相交流異步電動機(jī)就組成了。接入三相交流電源后定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場就可帶動籠型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。圖6與圖7是籠型三相異步電動機(jī)的剖視圖。圖6-籠型異步電動機(jī)剖面圖 圖7-籠型異步電動機(jī)剖面圖機(jī)座裝上端蓋后，轉(zhuǎn)子與定子與定子繞組都密封在機(jī)座內(nèi)，能較好的防塵。定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的熱量由機(jī)座外殼散熱，轉(zhuǎn)子上的風(fēng)葉攪動機(jī)內(nèi)空氣使熱量盡快傳到外殼上，外殼上的散熱片加大了散熱面積。這還不夠，在電機(jī)端蓋外還裝有風(fēng)扇，并有風(fēng)罩，風(fēng)罩端部開有通風(fēng)

41、孔，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時就像離心風(fēng)機(jī)，空氣從風(fēng)罩端部進(jìn)入，從風(fēng)罩與端蓋之間的空隙吹出，吹向機(jī)座上的散熱片，大大加速了電機(jī)的散熱。圖8中的淺藍(lán)色箭頭線表示散熱氣流的走向。圖8-籠型異步電動機(jī)的散熱通道圖9是籠型異步電動機(jī)外觀圖。圖9-籠型異步電動機(jī)外觀圖三相交流異步電動機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，維護(hù)容易，價格低廉而廣受歡迎，應(yīng)用非常廣泛。請觀看三相籠型異步電動機(jī)模型剖面運(yùn)轉(zhuǎn)3D動畫。異步電動機(jī)模型剖面3D動畫繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)Wound Rotor Induction Motor繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)是三相交流異步電動機(jī)的一種，其定子鐵心與繞組與籠型感應(yīng)電動機(jī)相同，在鐵芯內(nèi)圓有許多槽，用來嵌放定子繞組，見

42、圖1。圖1-定子鐵心 定子鐵芯的槽內(nèi)嵌放著定子繞組，即三相交流繞組，三相繞組按2極繞制，連接成星形，接入三相交流電源就可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，見圖2，繞組的三個引出端線通過機(jī)座上的接線盒引出（圖中未顯示）。 圖2-定子鐵心與繞組繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵芯也由硅鋼片疊成，在鐵芯外圓有許多槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組，見圖3。圖3-繞線轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵芯的槽內(nèi)嵌放著轉(zhuǎn)子繞組，也是2極的三相交流繞組，連接成星形，接入三相交流電源也可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，見圖4。不管定子與轉(zhuǎn)子的槽數(shù)各為多少，定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組的極數(shù)必須相同，例如同為2極、4極、6極等。圖4-轉(zhuǎn)子鐵心與繞組轉(zhuǎn)子繞組線端通過集電環(huán)與電刷引出

43、，下面通過一套較簡單的電刷與集電環(huán)裝置介紹其基本結(jié)構(gòu)。電刷由潤滑性與導(dǎo)電性好的石墨質(zhì)材料壓制而成，電刷裝在刷握內(nèi)，刷握上有壓緊電刷的彈簧壓片；刷握安裝在刷桿上，刷桿是絕緣的，刷桿上安裝3套獨(dú)立的刷握，位置對應(yīng)3個集電環(huán)，每套刷握有2個電刷，共有6個電刷。圖5中左圖是該電刷裝置的軸向視圖，中圖是該電刷裝置的徑向視圖，右圖是該電刷裝置的立體圖。圖5-電刷結(jié)構(gòu)圖集電環(huán)較多采用黃銅或錳鋼等導(dǎo)電良好、潤滑耐磨的材料制成，3個獨(dú)立的集電環(huán)緊固在絕緣套筒上，保證環(huán)與環(huán)，環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間都是互相絕緣的。每個集電環(huán)通過一根導(dǎo)電桿引出作為接線端，導(dǎo)電桿穿過其他集電環(huán)時由絕緣套管隔開，3個導(dǎo)電桿分別連接3個集電環(huán)，相互

44、絕緣。圖6左圖是剖開的集電環(huán)，表示導(dǎo)電桿與集電環(huán)的連接或絕緣，A導(dǎo)電桿直接連接集電環(huán)1，B導(dǎo)電桿穿過集電環(huán)1連接集電環(huán)2，C導(dǎo)電桿穿過集電環(huán)1與2連接集電環(huán)3。圖6中圖是完整的集電環(huán)；圖6右圖是集電環(huán)與電刷的組合圖，電刷被彈簧壓片壓向集電環(huán)，保證電刷與集電環(huán)的良好接觸。圖6-集電環(huán)結(jié)構(gòu)圖把集電環(huán)緊固在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子繞組的三根引出端線穿過轉(zhuǎn)軸上的槽連接到三個集電環(huán)上，在轉(zhuǎn)軸上還裝有散熱風(fēng)扇，見圖7（圖中沒表示線端的連接）。圖7-繞線感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子安裝在定子內(nèi)，由固定在機(jī)座兩端的端蓋支撐，轉(zhuǎn)子軸承安裝在端蓋上。在轉(zhuǎn)子集電環(huán)一側(cè)安裝著電刷罩，三個電刷固定在電刷罩內(nèi)，刷握上的彈簧緊壓著碳質(zhì)電刷，保

45、持電刷與集電環(huán)緊密接觸，見圖8，三個電刷通過電刷罩上的接線盒引出（圖中未顯示）。圖8-繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)本例中繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的散熱方式與籠型感應(yīng)電動機(jī)相同，這里不再介紹。圖9是繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的外觀圖。圖9-繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)下面簡介繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的控制電路?；\型感應(yīng)電動機(jī)起動電流大，特別是大型電動機(jī)，降壓起動電路復(fù)雜龐大，采用繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)可簡單的實(shí)現(xiàn)起動與調(diào)速，用較小的起動電流實(shí)現(xiàn)較大的起動力矩。在轉(zhuǎn)子繞組串入起動電阻或頻敏變阻器對電機(jī)起動進(jìn)行控制，圖10是起動電路示意圖。起動過程中對起動電阻的控制可根據(jù)允許起動電流大小來調(diào)整起動電阻的大小，電阻由大漸小直到電機(jī)進(jìn)入正常異步轉(zhuǎn)

46、速切除電阻；也可以根據(jù)設(shè)定時間控制電阻的變化。外接電阻不但可控制起動電流，在正常運(yùn)行時也能小范圍調(diào)整電機(jī)帶負(fù)荷時的轉(zhuǎn)速。圖10-繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)啟動電路示意圖在轉(zhuǎn)子繞組與電源間接入雙 PWM 交直交變頻器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速從低于同步轉(zhuǎn)速到高于同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速控制。由于變頻器僅輸出轉(zhuǎn)子繞組所需電流，可采用小型低壓變頻器，相對采用大型變頻器直接控制電機(jī)電源要便宜。有關(guān)雙 PWM 交直交變頻器對繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)的控制原理請另參閱有關(guān)技術(shù)資料，圖11是該調(diào)速系統(tǒng)主電路示意圖。圖11-采用變頻器的調(diào)速電路示意圖旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理模型Principle of the Rotating Magnetic

47、Field generator在這個模型中磁場是不動的，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。在實(shí)際發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢的線圈是不運(yùn)動的，運(yùn)動的是磁場。產(chǎn)生磁場的是一個可旋轉(zhuǎn)的磁鐵，兩端為南、北兩磁極，是發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，線圈在磁鐵外圍，與磁鐵轉(zhuǎn)軸同一平面。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。由于空氣的磁導(dǎo)率太低，在旋轉(zhuǎn)磁鐵的外圍安上環(huán)型鐵芯，也就是定子，可大大加強(qiáng)磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度。在定子鐵芯的內(nèi)圓有一對槽，線圈嵌裝在槽內(nèi)。為了看清線圈電流與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動關(guān)系，把定子變成半透明的。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，線圈切割磁力線感生交流電流。旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)原理真正發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是電磁鐵，轉(zhuǎn)子上繞有勵磁線圈，

48、通過滑環(huán)向勵磁線圈供電來產(chǎn)生磁場。把定子與線圈安在轉(zhuǎn)子外圍，一個單相交流發(fā)電機(jī)原理模型就組成了。勵磁轉(zhuǎn)子交流發(fā)電機(jī)原理轉(zhuǎn)子作勻速旋轉(zhuǎn)時，線圈就感生交流電流，畫面中綠色小球運(yùn)動的方向表示感應(yīng)電流的方向、運(yùn)動的速度表示感應(yīng)電流的大小。在這個模型中感生電壓的頻率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速完全相同，感生的電壓的變化與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)完全對應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為每秒50轉(zhuǎn)（50r/s）或每分鐘3000轉(zhuǎn)（3000r/min）時，發(fā)出的交流電頻率為50赫茲（Hz）。這種旋轉(zhuǎn)磁場的發(fā)電機(jī)稱為旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)。請觀看旋轉(zhuǎn)磁極式同步發(fā)電機(jī)工作原理3D動畫。旋轉(zhuǎn)磁場交流發(fā)電機(jī)工作原理3D動畫三相交流發(fā)電機(jī)原理模型Principle of Th

49、ree-phase Generator實(shí)際應(yīng)用的都是三相交流發(fā)電機(jī)，其定子鐵芯的內(nèi)圓均勻分布著6個槽，嵌裝著三個相互間隔120度的同樣線圈，分別稱之為A相線圈、B相線圈、C相線圈。裝上轉(zhuǎn)子就組成了一臺三相交流發(fā)電機(jī)原理模型。三相交流發(fā)電機(jī)原理畫面中的三相交流發(fā)電機(jī)采用星形接法，三個線圈的公共點(diǎn)引出線是中性線，每個線圈的引出線是相線。 當(dāng)轉(zhuǎn)子勻速旋轉(zhuǎn)時三個線圈順序切割磁力線，都會感生交流電動勢，其幅度與頻率相同。由于三個線圈相互間隔120度，它們感應(yīng)電勢的相位也相差120度。在畫面上有每根相線的輸出電勢波形。這個模型的轉(zhuǎn)子只有兩個極，所以感生的電壓頻率與轉(zhuǎn)子每秒轉(zhuǎn)速相同，是同步交流發(fā)電

50、機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)（3000r/min）時，發(fā)出的三相交流電頻率為50赫茲（Hz），這種兩極的同步發(fā)電機(jī)廣泛應(yīng)用在燃煤電廠、燃?xì)廨啓C(jī)電廠與核電廠，這些電廠使用轉(zhuǎn)速為3000r/min的蒸汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)帶動同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。以上的原理模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子有2個磁極，定子有6個槽，實(shí)際的三相交流發(fā)電機(jī)定子鐵芯上有多個槽，其槽數(shù)為極數(shù)的3n倍（n=1,2,3, ），稱為整數(shù)槽；還有不成整數(shù)關(guān)系的稱為分?jǐn)?shù)槽。多個三相繞組按規(guī)律均勻的分布在槽中。下面請觀看三相交流發(fā)電機(jī)工作原理3D動畫課件三相交流發(fā)電機(jī)原理3D動畫課件電動發(fā)電機(jī)Motor-Generator本節(jié)為“抽水蓄能電站”欄目與“電動機(jī)系列”

51、欄目共用本節(jié)介紹的是用于抽水蓄能電站使用的立軸電動發(fā)電機(jī)。這種電動發(fā)電機(jī)與水輪發(fā)電機(jī)雖都是同步發(fā)電機(jī)，但它還可以作為電動機(jī)使用，稱為電動發(fā)電機(jī)或發(fā)電電動機(jī)或可逆電機(jī)。從基本結(jié)構(gòu)上看，電動發(fā)電機(jī)與普通水輪發(fā)電機(jī)相同，但電動發(fā)電機(jī)用的是高壓高速水輪機(jī)，故電動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子極數(shù)要少些，目前30萬千瓦的電動發(fā)電機(jī)多數(shù)是每分鐘500轉(zhuǎn)，采用6對磁極，見圖1。圖1  電動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電動發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)，磁極安裝在磁軛上，電動發(fā)電機(jī)有南北相間的12個磁極，每個磁極上都繞有勵磁線圈，勵磁電源由外部的晶閘管勵磁系統(tǒng)提供（由軸上端的滑環(huán)向勵磁線圈供電），由于磁極少，轉(zhuǎn)子直徑可以做得小，通過加長長

52、度來達(dá)到同樣容量，小的直徑可避免高速旋轉(zhuǎn)離心力可能帶來的損壞。發(fā)電機(jī)定子鐵芯由導(dǎo)磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽， 用來嵌放定子線圈，定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組，每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律排列，見圖2。圖2  電動發(fā)電機(jī)的定子鐵芯與繞組電動發(fā)電機(jī)安裝在由混凝土澆筑的機(jī)墩上，在機(jī)墩上安裝定子鐵芯的機(jī)座，也是水輪發(fā)電機(jī)的外殼；在機(jī)墩上還安裝下機(jī)架，下機(jī)架有推力軸承，用來安裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，推力軸承可承受轉(zhuǎn)子的重量與振動、沖擊等力。見圖3。圖3  電動發(fā)電機(jī)機(jī)墩、機(jī)座、下機(jī)架在機(jī)座上安裝定子鐵芯與定子線圈，見圖4。圖4  電動發(fā)電機(jī)的定子與機(jī)

53、座轉(zhuǎn)子插在定子中間，與定子有很小間隙，轉(zhuǎn)子由下機(jī)架的推力軸承支撐，可以自由旋轉(zhuǎn)，安裝上機(jī)架，上機(jī)架中心安裝有導(dǎo)軸承，防止發(fā)電機(jī)主軸晃動，使它穩(wěn)定的處于中心位置，見圖5。圖5  轉(zhuǎn)子安裝在下機(jī)架上鋪好上平臺地板，安裝好電刷裝置，一臺電動發(fā)電機(jī)就安裝好了，見圖6。圖6  電動發(fā)電機(jī)雖然同步電機(jī)可以作為發(fā)電機(jī)又可以作為電動機(jī)使用，但真要在這兩種功能時都能高效安全運(yùn)行還是要專門設(shè)計與制造的，特別是大型電動發(fā)電機(jī)。由于水泵水輪機(jī)在兩種工況下的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，電動發(fā)電機(jī)也要適合雙向運(yùn)轉(zhuǎn)，除了兩種工況時對外的接線相序要切換，還要保證雙向運(yùn)轉(zhuǎn)時的通風(fēng)散熱與系統(tǒng)潤滑。電動發(fā)電機(jī)運(yùn)行在頻繁切

54、換與啟動狀態(tài)、變化迅速，電流沖擊大，致使溫度變化大，特別是作為電動機(jī)啟動時，巨大的啟動電流造成溫度劇烈升高。頻繁的溫度大幅度變化會損壞機(jī)械結(jié)構(gòu)特別是破壞繞組絕緣，這是設(shè)計與制造時要考慮的。大型電動機(jī)的啟動是復(fù)雜的，啟動形式是多樣的，不同的啟動形式結(jié)構(gòu)上也有區(qū)別，電動發(fā)電機(jī)的設(shè)計與制造要根據(jù)設(shè)計的啟動方式進(jìn)行。電動發(fā)電機(jī)運(yùn)行在頻繁切換狀態(tài)、變化迅速，要求機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)得起沖擊，避免振動，防止疲勞。總的說來，電動發(fā)電機(jī)的設(shè)計與制造比普通發(fā)電機(jī)與電動機(jī)的難度大，技術(shù)要求高。水輪發(fā)電機(jī)的構(gòu)造Hydrogenerator Structure水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速都比較低，特別是立式水輪機(jī)，為了能發(fā)出50Hz的交流電，

55、水輪發(fā)電機(jī)采用多對磁極結(jié)構(gòu)，對于每分鐘120轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機(jī)，需要25對磁極。由于過多磁極不易看清結(jié)構(gòu)，本課件介紹一個有12對磁極的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)模型。水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用凸極式結(jié)構(gòu)，圖1是發(fā)電機(jī)的磁軛與磁極，磁極安裝在磁軛上，磁軛是磁極磁力線的通路，發(fā)電機(jī)模型有南北相間的24個磁極，每個磁極上都繞有勵磁線圈，勵磁電源由安裝在主軸端頭的勵磁發(fā)電機(jī)提供，或由外部的晶閘管勵磁系統(tǒng)提供（由集電環(huán)向勵磁線圈供電）。圖1-水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有多對磁極磁軛安裝在轉(zhuǎn)子支架上，在轉(zhuǎn)子支架中心安有發(fā)電機(jī)主軸，在主軸的上端頭安裝有勵磁發(fā)電機(jī)或集電環(huán)。軸下端有連接水輪機(jī)的法蘭，見圖2。圖2-水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)定子鐵芯由導(dǎo)

56、磁良好的硅鋼片疊成，在鐵芯內(nèi)圓均勻分布著許多槽， 用來嵌放定子線圈，見圖3。圖3-水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯定子線圈嵌放在定子槽內(nèi)，組成三相繞組，每相繞組由多個線圈組成，按一定規(guī)律排列，見圖4。圖4-水輪發(fā)電機(jī)定子繞組水輪發(fā)電機(jī)安裝在由混凝土澆筑的機(jī)墩上，在機(jī)墩上安裝機(jī)座，機(jī)座是定子鐵芯的安裝基座，也是水輪發(fā)電機(jī)的外殼，在機(jī)座外殼安裝有散熱裝置，降低發(fā)電機(jī)冷卻空氣的溫度；在機(jī)墩上還安裝下機(jī)架，下機(jī)架有推力軸承，用來安裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，推力軸承可承受轉(zhuǎn)子的重量與振動、沖擊等力。見圖5。圖5-水輪發(fā)電機(jī)機(jī)墩、機(jī)座、下機(jī)架在機(jī)座上安裝定子鐵芯與定子線圈，見圖6。圖6-水輪發(fā)電機(jī)的定子轉(zhuǎn)子插在定子中間，與定子有很小間隙，轉(zhuǎn)子由下機(jī)架的推力軸承支撐，可以自由旋轉(zhuǎn)，見圖7。圖7-定子與轉(zhuǎn)子安裝在機(jī)座上安裝上機(jī)架，上機(jī)架中心安裝有導(dǎo)軸承，防止發(fā)電機(jī)主軸晃動，使它穩(wěn)定的處于中心位置。圖8-水輪機(jī)發(fā)電機(jī)未蓋地板鋪好上層平臺地板，裝好電刷裝置或勵磁電機(jī)，一臺水輪發(fā)電機(jī)模型就安裝好了。圖8-水輪機(jī)發(fā)電機(jī)該水輪發(fā)電機(jī)模型轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周將感生出12個周期的三相交流電動勢。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為每分鐘250轉(zhuǎn)時，所發(fā)交流電的頻率為50赫茲。請觀看水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的3D動畫水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的3D動畫可逆式抽水蓄能機(jī)組與廠房Reversible Unit and Underground Hydropower H