電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

電動機(jī)發(fā)電機(jī)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)

異步電機(jī)（籠型、繞線型）特殊電機(jī)三相異步電機(jī)單相異步電機(jī)一、電機(jī)的分類及應(yīng)用特殊電機(jī)：單相異步電機(jī)（電冰箱、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等）；

伺服電機(jī)、測速發(fā)電機(jī)（激光打印機(jī)、數(shù)控加工中心）

步進(jìn)電機(jī)（反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)）伺服電機(jī)：將輸入的電壓信號（即控制電壓）轉(zhuǎn)換成軸上的角位移或角速度

輸出。測速發(fā)電機(jī)：測速發(fā)電機(jī)作檢測元件，可將電機(jī)軸上的機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓

信號輸出，輸出電壓與機(jī)械轉(zhuǎn)速成正比，輸出電壓極性反映電

動機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。步進(jìn)電機(jī)：電脈沖信號→角位移或直線位移。給步進(jìn)電動機(jī)輸入一個電脈沖

信號時，它就轉(zhuǎn)過一定的角度或移動一定的距離。由于其輸出的

角位移或直線位移可以不是連續(xù)的，因此稱為步進(jìn)電動機(jī)。

異步電動機(jī)是把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)（如：機(jī)床、紡織機(jī)械、起重機(jī)、礦山機(jī)械等）、農(nóng)業(yè)（脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、水泵及加工機(jī)械等）、家用電器（電風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱及小功率電動工具等）。直流電動機(jī)與交流電動機(jī)相比，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)較麻煩，價格貴，但由于直流電動機(jī)具有調(diào)速性能好、起動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于起重機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械（挖掘機(jī)、電力機(jī)車、船舶推進(jìn)器）、冶金傳動機(jī)械（礦井卷揚(yáng)機(jī)）、精密機(jī)械設(shè)備（紡織機(jī)、造紙機(jī)、金屬切削機(jī)床）、軋鋼機(jī)及自動控制系統(tǒng)（小容量的直流電動機(jī)）等領(lǐng)域。1.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)直流電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子(電樞)兩大部分構(gòu)成。1、電機(jī)中靜止不動的部分就是定子。定子的主要作用是產(chǎn)生主磁場并作為機(jī)械支撐，它主要由主磁極、換向磁極、機(jī)座和電刷裝置組成。（1）主磁極主磁極的作用時產(chǎn)生主磁場。永磁電動機(jī)的主磁極直接由不同極性的永久磁體組成。勵磁電動機(jī)的主磁極則由主磁極鐵心和主磁極繞組兩部分組成。主磁極鐵心一般用1~1.5mm薄鋼板沖制成型后，再用鉚釘鉚緊成一個整體，最后用螺釘固定在機(jī)座上。

（2）換向磁極

換向磁極的作用是產(chǎn)生附加磁場，用以改善換向，使電機(jī)在運(yùn)行時電刷下不會產(chǎn)生有害的火花。它由換向鐵心和換向繞組兩部分構(gòu)成。（3）機(jī)座

機(jī)座是直流電機(jī)的外殼，一方面用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等，另一方面也是電機(jī)磁路的一部分，這部分磁路稱為定子磁軛（4）電刷裝置

電刷裝置的作用是用來固定電刷，并使電刷與旋轉(zhuǎn)的換向器保持滑動接觸，將轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通，使電流經(jīng)電刷輸入轉(zhuǎn)子或從轉(zhuǎn)子輸出。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿、刷桿座、壓緊彈簧以及匯流條等構(gòu)成。對電刷的要求是既要有良好的導(dǎo)電性，又要有較好的耐磨性，因此電刷一般用石墨粉壓制而成。電刷放置在電刷盒內(nèi)，并用彈簧把電刷壓緊在換向器表面。調(diào)整壓緊彈簧的壓力，保證電刷與換向器表面有良好的滑動接觸。刷握固定在刷桿上，刷桿裝在刷桿座上，彼此絕緣，刷桿座裝在端蓋或軸承蓋上，位置可以移動，用以調(diào)整電刷位置。（5）前、后端蓋

端蓋用來安裝軸承和支撐整個轉(zhuǎn)子的重量，一般為鑄鋼件。2、轉(zhuǎn)子通稱為電樞，是電機(jī)旋轉(zhuǎn)的部分。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩，它主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和風(fēng)扇組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心是電機(jī)主磁路的一部分，在鐵心槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。為減小損耗，提高電機(jī)機(jī)械效率，轉(zhuǎn)子鐵心一般用0.35~0.5mm厚涂有絕緣漆的硅鋼片疊壓而成。在硅鋼片的外緣沖有均勻分布的槽，用以嵌放轉(zhuǎn)子繞組

（2）轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組是指所有放置在轉(zhuǎn)子鐵心槽中的線圈的總稱，它用來產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和通過電流，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的相互轉(zhuǎn)換。

（3）換向器是直流電機(jī)中的重要組成部分，在直流電動機(jī)中，換向器與電刷共同作用將外加直流電流變換為轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的交流電流；在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組中的交變電動勢和電流轉(zhuǎn)換成電刷兩端的直流電動勢和直流電流。（4）轉(zhuǎn)軸的作用是支撐轉(zhuǎn)子鐵心和傳遞轉(zhuǎn)矩。為了使電機(jī)能安全、可靠的運(yùn)行，它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證負(fù)載運(yùn)行時氣隙均勻及轉(zhuǎn)軸本身不致斷裂。轉(zhuǎn)軸一般用合金鋼鍛壓加工而成。（5）風(fēng)扇

風(fēng)扇是用來降低電機(jī)在運(yùn)行中的溫升。直流電機(jī)的工作原理2.1

三相異步電動機(jī)的構(gòu)造接線盒轉(zhuǎn)軸機(jī)座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風(fēng)扇轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸1.定子

三相異步電動機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機(jī)座鐵心定子鐵心沖片U1U2（U相）三相定子繞組

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子

鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機(jī)與繞線式電動機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。7.2

三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理7.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oo規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600動畫oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。動畫任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY0to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P

當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：otAXBYCZAXYCBZ

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC極對數(shù)動畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'04.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?7.2.2電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF7.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。

由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點(diǎn)Y動觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~3.1

三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)教材表8.8.1中列出了各種電動機(jī)的系列代號。異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機(jī)繞線式異步電動機(jī)防爆型異步電動機(jī)高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱訖C(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時，電壓過高或過低都會使電動機(jī)的電流大于額定值,從而使電動機(jī)過熱。電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。

三相異步電動機(jī)的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72~93％電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN

三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。

同步電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上比異步機(jī)復(fù)雜，但比直流機(jī)簡單。和同容量的直流機(jī)相比，它具有效率高，過載能力大，體積小，轉(zhuǎn)動慣量小，等優(yōu)點(diǎn)，并可做到大容量、高電壓、高轉(zhuǎn)速。和異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，它具有功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、效率高、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。4.1

同步電動機(jī)

同步調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)

（1）同步機(jī)需在轉(zhuǎn)子側(cè)加一套勵磁裝置，其維護(hù)量增加。

（2）同步機(jī)的控制比異步機(jī)的復(fù)雜。

同步機(jī)的定子（電樞）和三相異步電動機(jī)的一樣；而它的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流勵磁。4.1.1

同步電動機(jī)的工作原理4.1

同步電動機(jī)1.轉(zhuǎn)動原理定子三相繞組通入三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近n0時，對轉(zhuǎn)子勵磁。轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力的作用而隨定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)子磁場的磁極對數(shù)與定子磁場的磁極對數(shù)相等。7.10.4同步機(jī)的用途同步電動機(jī)：用于拖動恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的大、中型機(jī)械負(fù)載。調(diào)相機(jī)：實(shí)為不帶負(fù)載的同步電動機(jī)，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。

單相異步電動機(jī)主要應(yīng)用于電動工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動機(jī)的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。定子定子繞組轉(zhuǎn)子AA'NS7.11.1

單相異步電動機(jī)的工作原理7.11

單相異步電動機(jī)

為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單相異步電動機(jī)的定子進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)。常用的單相異步電動機(jī)有電容分相式異步電動機(jī)和罩極式異步電動機(jī)。他們都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。7.11.2電容分相式異步電動機(jī)

電容分相式異步電動機(jī)的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組A–A'，另一個是起動繞組B–B',兩個繞組在空間相隔90o。起動時，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90o，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場。電容分相式異步電動機(jī)iAS??ABB'???A~iB設(shè)兩相電流為兩相電流正弦波形如圖所示。工作繞組iBiAO起動繞組ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場動畫450900iBiAOS???ABB'???iAiBA12~實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路

改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機(jī)反