電動機的原理

電動機的原理屈良軍2021/10/10星期日1.目錄1.電動機的作用2.電機發(fā)展趨勢及存在的問題3.電動機的基本原理4.電動機結(jié)構(gòu)及各部分的作用5.電動機的分類6.直流電動機的旋轉(zhuǎn)原理7.交流電動機2021/10/10星期日2.1.電動機的作用電動機是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的設備。在機械、冶金、石油、煤炭、化學、航空、交通、農(nóng)業(yè)以及其他各種工業(yè)中，電動機被廣泛地應用。2021/10/10星期日3.2.電機發(fā)展趨勢及存在的問題①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機②電機絕緣問題③軸承電流問題④性能測試問題⑤無換向器電機⑥其他用途的中小型電機2021/10/10星期日4.近二十年來，科技技術(shù)突飛猛進。隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和控制理論的發(fā)展，電機調(diào)速技術(shù)得到迅速發(fā)展，使得電機的應用不再局限于工業(yè)應用而且在商業(yè)及家用設備等各個領域獲得更加廣泛的應用；而隨著新材料如稀土永磁材料Nd-Fe-B、磁性復合材料的出現(xiàn)，更給電機設計插上了翅膀，各種新型、高效、特種電機層出不窮。這些都極大地豐富了電機理論，拓寬了電機的應用領域，同時也給電機設計和制造工藝提出更高的要求。2021/10/10星期日5.①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機（1）

二十年來，電力電子技術(shù)發(fā)生了革命性的發(fā)展。元件從70年代的晶閘管（SCR），發(fā)展到80年代的雙極型晶體管（BJT，也稱作GTR），到90年代則主要是絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）。日本的三菱電機公司已推出2000V/1200A的IGBT，歐洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模塊則已大量生產(chǎn)供應；IR以及Fairchild等著名半導體公司生產(chǎn)的IPM模塊更為交流調(diào)速技術(shù)在白色家電（指冰箱、洗衣機和空調(diào)器等）以及汽車等領域的應用提供了可能。2021/10/10星期日6.①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機（2）控制方面也從模擬控制發(fā)展到數(shù)字控制，從單片機發(fā)展到數(shù)字信號處理器（DSP）和高級專用集成電路，控制部件功能日益完善，而所需的控制器件和控制器體積日益減小，控制器可靠性日益提高而成本日益降低。例如0.75kw通用變頻器在過去的10年間，體積減小到原來的1/10，成本下降了大約40~50%，中小型電機變頻調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成熟。2021/10/10星期日7.①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機（3）據(jù)美國《控制工程》報道在1996~2000年間美國用于工廠自動化方面的電動機和傳動裝置的總費用約45億美元，其中采用變頻器控制三相異步電動機的約占52.8%，且呈逐年上升趨勢。交流調(diào)速系統(tǒng)的廣泛應用必然對電動機提出相應的要求，為使電機更好地符合電氣傳動系統(tǒng)的要求。國際電工委員會（IEC）以及一些國家的有關(guān)組織，如美國的IEEEE等均對變頻器供電的三相異步電動機提出了一些要求和應用導則。2021/10/10星期日8.①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機（4）目前交流變頻專用電機已經(jīng)在西方工業(yè)發(fā)達國家獲得廣泛使用，如德Siemens公司、日本的東芝公司等就已經(jīng)推出200KVA以下的8大系列的變頻電機，并成功應用于工業(yè)實踐，取得較好的節(jié)能效果和自動控制作用。2021/10/10星期日9.①交流變頻調(diào)速系統(tǒng)及變頻電機（5）對變頻電機的研究，過去主要集中在以下幾個方面：一是由于變頻器的供電，電機諧波分量增加，從而引起電機損耗增加，溫升提高，因此應根據(jù)負載的情況，如何匹配電機的功率；二是對于調(diào)速范圍較寬的應用，要考慮低速時風扇轉(zhuǎn)速降低造成的電機自身散熱能力的下降，因此應在結(jié)構(gòu)上外置一獨立的風扇，使其在低速時保持足夠的散熱風量，另外對于諧波引起的電機噪聲的增加也進行了不少的研究。但是隨著變頻器應用的日益增多和研究的日益深入，出現(xiàn)了其他更為突出的問題，如電機的絕緣、軸承電流、性能測試等問題，直接影響著電機的設計、制造、使用和性能。2021/10/10星期日10.②電機絕緣問題（1）

由于變頻器采用脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM），電壓波形是由許多窄脈沖組成，脈沖電壓對電機的絕緣會產(chǎn)生影響。如GTR變頻器供電時，其脈沖上升時間約為1～2μs，電壓梯度（變化率）為500～1000V/μs，因此在美國NEMA標準的MGI、par30中就對一般用途的電機規(guī)定要滿足1000v峰值和2μs波前時間沖擊電壓的要求。2021/10/10星期日11.②電機絕緣問題（2）此規(guī)定執(zhí)行以來，對GTR變頻器供電的電機，十年來運行正常。但是自IGBT變頻器應用以來，電機損壞增多。研究發(fā)現(xiàn)，對于IGBT變頻器，并采用20kHz的載波頻率時，其脈沖間隔僅為0.05～0.2μs，從而使電壓梯度達到6500～13000v/μs。由于瞬時高電壓加在電機的繞組上，當電壓上升時間小于0.3μs時，繞組前幾匝線圈承受的電壓應力為正常值4倍以上，因此有可能超過80%的電壓加在首匝線圈上。雖然線圈之間以及線圈和鐵芯之間有一系列的絕緣保護，但是在這些絕緣之間很可能存在很小的間隙（氣泡），它們在超過一定電壓時就開始電暈放電或局部間歇放電，并逐步擴大，以致?lián)p壞絕緣，嚴重影響了電機的正常運行。2021/10/10星期日12.②電機絕緣問題（3）為解決變頻器供電的電機的絕緣問題，可采用濾波器技術(shù)或采用加強絕緣，但是前者要增加較多的費用，而后者則使電機的體積增加較多。目前，美國的Phelps

Dodge公司等線纜廠已經(jīng)研制出耐高脈沖電壓的電磁線，這種電磁線采用了新的漆層配方，在漆膜厚度不變的情況下，大大增加了耐壓強度。美國GE公司和Reliance公司等均宣布已生產(chǎn)出采用新的電磁線的電機，可適用于IGBT供電的場合。2021/10/10星期日13.③軸承電流問題（1）對于較大功率的IGBT變頻器供電的電機（如100KW以上）會發(fā)現(xiàn)運行一段時間后，有些電機軸承磨損嚴重，先是產(chǎn)生不正常噪聲，后至燒毀。2021/10/10星期日14.③軸承電流問題（2）經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由于采用變頻器供電，電壓波形中存在著相當多的高頻分量，這些高頻分量除了通過變頻器與電機繞組構(gòu)成回路外，還通過繞組與定子鐵心間以及轉(zhuǎn)軸、端蓋、機座和接地線等之間形成寄生電容。這些電容的值一般為nf級，在工頻供電時其沖放電過程形成的容性電流很小，可以忽略不計。2021/10/10星期日15.③軸承電流問題（3）當此高頻分量較大時，軸電流密度可達數(shù)10A/mm2，軸承電流嚴重。由于軸承的滾珠與滾道上有可能存在凸出點，旋轉(zhuǎn)時通過該處的軸承電流斷開，從而引起電弧，灼傷金屬表面，大量積累從而引起軸承的損壞。因此對于200馬力以上的電機應采用了軸承絕級技術(shù)等措施以保證電機的可靠運行。2021/10/10星期日16.④性能測試問題由于電壓波形中存在著大量的高次諧波，因此測量儀器的選擇和精度問題較為突出。1998年美國Florida大學對交流調(diào)速系統(tǒng)的研究表明，聲稱精度0.1～0.25%的數(shù)字測量儀表，有時測量誤差會高達56%，這主要是由于測試儀器采樣頻率不夠高造成的。目前，IEC在相關(guān)的實驗標準中已經(jīng)明確規(guī)定了10倍采樣頻率的要求。例如，對于IGBT變頻裝置，若采用20kHz的載波頻率，則測試食品的采樣頻率至少要達到200kHz，方能保證一定的測量精度。變頻器供電專用電機測試裝置的研究正在展開。2021/10/10星期日17.⑤無換向器電機（1）

近年來，轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)、主電路采用功率器件的無刷直流電機得到了很大的發(fā)展，其功率覆蓋等級較大。小功率無刷直流電機主要應用于工廠自動化和辦公自動化方面，如計算機外設復印機和家用電器中，它正在迅速取代傳統(tǒng)的直流電機和異步電機；90年代以來，在高精度的數(shù)控設備中相當多的采用了永磁同步無刷電機（交流伺服電機）以取代寬調(diào)速的直流伺服電機，特別是在機器人和機械手的驅(qū)動中，無刷直流電機的應用相當多。2021/10/10星期日18.⑤無換向器電機（2）目前全世界機器人的擁有量已經(jīng)超過100萬臺，且每年以大于20%的速度增長，這已經(jīng)成為無刷直流電機的主要應用領域。近年來，為新的研究和應用熱點。大功率無刷直流電機（一般采用晶閘管作為功率器件，習慣上稱為無換向電機）在低速、環(huán)境惡劣和有一定調(diào)速性能要求的場合有著廣泛的應用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動抽水蓄能等。2021/10/10星期日19.⑤無換向器電機（2）目前國外交流伺服電機已經(jīng)部分形成系列，如德國Lens公司，而寶鋼引進的軋機流水線電氣傳動基本采用了無換向器電機實現(xiàn)；日本在電動車的應用中也主要采用了無刷直流電機作為驅(qū)動電機，并取得了較好的應用效果。2021/10/10星期日20.⑥其他用途的中小型電機

其他用途的中小型電機還有很多，如80年代出現(xiàn)的開關(guān)磁阻電機以及特種用途的電機如電動車電機、汽車電機等，均具有很好的發(fā)展?jié)摿?，暫不述及。綜上所述，國外的中小型電機正在向高效化、專業(yè)化、集成化的方向發(fā)展，市場前景非常廣闊。2021/10/10星期日21.3.電動機的基本原理

電動機的工作原理是建立在電磁感應定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎上的。當磁極沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則來確定。因為運動是相對的，假如磁極不動，轉(zhuǎn)子導條沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則導條中同樣也能感應出電動勢來。在電動勢的作用下，閉合的導條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。2021/10/10星期日22.4.電動機結(jié)構(gòu)及各部分的作用一般電動機主要由兩部分組成：固定部分稱為定子，旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子。另外還有端蓋、風扇、罩殼、機座、接線盒等。2021/10/10星期日23.4.1定子的結(jié)構(gòu)作用定子的作用是用來產(chǎn)生磁場和作電動機的機械支撐。電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。定子繞組鑲嵌在定子鐵心中，通過電流時產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)電能量轉(zhuǎn)換。機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。電動機運行時，因內(nèi)部損耗而發(fā)生的熱量通過鐵心傳給機座，再由機座表面散發(fā)到周圍空氣中。為了增加散熱面積，一般電動機在機座外表面設計為散熱片狀。2021/10/10星期日24.4.2轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)作用①電動機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。②轉(zhuǎn)子鐵心也是作為電動機磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應電動勢，通過電流而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)軸是支撐轉(zhuǎn)子的重量，傳遞轉(zhuǎn)矩，輸出機械功率的主要部件。2021/10/10星期日25.5.電動機的分類1.按其功能可分為：驅(qū)動電動機和控制電動機；2.按電能種類分為：直流電動機和交流電動機；3.從電動機的轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)電源頻率之間的關(guān)系來分類可分為：同步電動機與異步電動機；4.按電源相數(shù)來分類可分為：單相電動機和三相電動機；5.按防護型式可分為：開啟式、防護式、封閉式、隔爆式、防水式、潛水式；6.按安裝結(jié)構(gòu)型式可分為：臥式、立式、帶底腳、帶凸緣等；7.按絕緣等級可分：為E級、B級、F級、H級等。2021/10/10星期日26.5.1按電能種類分類

勵磁直流電機：他勵、串勵、復勵直流電動機永磁直流電機鼠籠式電動機異步電動機繞線式交流電動機普通同步電機：勵磁、永磁同步電動機無換向器電機磁阻電機2021/10/10星期日27.6直流電動機6.1直流電動機的旋轉(zhuǎn)原理6.2直流電動機原理圖6.3直流電動機的特點6.4直流電機的形式6.5直流電機的基本結(jié)構(gòu)2021/10/10星期日28.6.1直流電動機的旋轉(zhuǎn)原理直流電動機分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組。定子繞組產(chǎn)生磁場，當通直流電時，定子繞組產(chǎn)生固定極性的磁場。轉(zhuǎn)子通直流電在磁場中受力，于是轉(zhuǎn)子在磁場中受力就旋轉(zhuǎn)起來。2021/10/10星期日29.6.2直流電動機原理圖2021/10/10星期日30.6.3直流電動機的特點直流電動機的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動機過載能力較強，熱動和制動轉(zhuǎn)矩較大。由于存在換向器，其制造復雜，價格較高2021/10/10星期日31.6.4直流電機的形式有他勵、并勵、串勵、復勵和永磁等形式2021/10/10星期日32.6.4.1他勵電動機他勵電動機的勵磁繞組和電樞繞組分別由兩個電源供電。他勵電動機由于采用單獨的勵磁電源，設備較復雜。但這種電動機調(diào)速范圍很寬，多用于主機拖動中。2021/10/10星期日33.6.4.2并勵電動機并勵電動機的勵磁繞組是和電樞繞組并聯(lián)后由同一個直流電源供電，這時電源提供的電流I等于電樞電流Ia和勵磁電流If之和，即I=Ia+If。

適用于恒壓工作場合。2021/10/10星期日34.6.4.3串勵電動機

串勵電動機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)之后接直流電源。串勵電動機勵磁繞組的特點是其勵磁電流If就是電樞電流Ia，這個電流一般比較大，所以勵磁繞組導線粗、匝數(shù)少，它的電阻也較小。2021/10/10星期日35.6.4.4復勵電動機

復勵電動機這種直流電動機的主磁極上裝有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，另一個與電樞繞組并聯(lián)，所以復勵電動機的特性兼有串勵電動機和并勵電動機的特點，所以也被廣泛應用。2021/10/10星期日36.6.5直流電機的基本結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子兩個部分定子作用：產(chǎn)生主磁場和在機械上支撐電機。定子組成：主磁極、換向極、機座、端蓋和軸承等。2021/10/10星期日37.6.5.1直流電機的磁極主磁極包括主磁極鐵心和套在上面的勵磁繞組，其主要任務是產(chǎn)生主磁場。磁極下面擴大的部分稱為極掌，它的作用是使通過空氣中的磁通分布最為合適，并使勵磁繞組能牢固地固定在鐵心上。磁極是磁路的一部分，采用1.0-1.5mm的鋼片疊壓制成。勵磁繞組用絕緣銅線繞成。2021/10/10星期日38.6.5.2直流電機的換向極

換向極用來改善電樞電流的換向性能。它也是由鐵心和繞組構(gòu)成的，用螺桿固定在定子的兩個主磁極的中間。2021/10/10星期日39.6.5.3直流電機的機座

機座一方面用來固定主磁極，換向極和端蓋等，并作整個電機的支架用地腳螺釘將電機固定在基礎上，另一方面也是電機磁路地一部分，故用鑄鋼或者是鋼板壓成。2021/10/10星期日40.6.5.4直流電機的電樞鐵心電樞鐵心是主磁極地一部分，用硅鋼片疊成，呈圓柱形，表面沖了槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。為了加強鐵心的冷卻，電樞鐵心上有軸向通風孔。2021/10/10星期日41.6.5.5直流電機的電樞繞組

電樞繞組示直流電機產(chǎn)生感應電勢及電磁轉(zhuǎn)距以實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分。繞組一般由銅線繞成，包上絕緣后嵌入電樞鐵心的槽中，為了防止離心力將繞組甩出槽外，用槽楔將繞組導體楔在槽內(nèi)。2021/10/10星期日42.6.5.6直流電機的換向器換向器的作用對發(fā)電機而言是將電樞繞組內(nèi)感應的交流電動勢轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電動勢。對電動機而言，則是將外加的直流電流轉(zhuǎn)換成電樞繞組的交流直流，并保證每一磁極下，電樞導體的電流方向不變，以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)距。換向器由很多彼此絕緣的銅片組合而成，這些銅片稱為換向片，每個換向片都和電樞繞組連接。2021/10/10星期日43.6.5.7直流電機的電刷裝置

電刷裝置包括電刷及電刷座，它們固定在定子上，其電刷與換向器保持滑動接觸，以便將電樞繞組和外電流接通。2021/10/10星期日44.6.5.8直流電動機運行時的幾點結(jié)論1. 外施電壓、電流是直流，電樞線圈內(nèi)電流是交流；2. 線圈中感應電勢與電流方向相反；3. 線圈是旋轉(zhuǎn)的，電樞電流是交變的。電樞電流產(chǎn)生的磁場在空間上是恒定不變的；4. 產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩M與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，是驅(qū)動性質(zhì)。2021/10/10星期日45.7.交流電動機7.1單相交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理7.2三相異步電動機2021/10/10星期日46.7.1單相交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理①單相交流電動機只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。

單相電不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場.要使單相電動機能自動旋轉(zhuǎn)起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。②這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場。③在這個旋轉(zhuǎn)磁場作用下，旋轉(zhuǎn)磁場在電機轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生感應電流，感應電流產(chǎn)生的磁場與旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，被旋轉(zhuǎn)磁場推拉進入旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子必須切割磁力線才能產(chǎn)生感應電流，因此轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子就能自動起動，單相交流電動機故稱異步電機。2021/10/10星期日47.7.2三相異步電動機7.2.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)7.2.2三相異步電動機的工作原理7.2.2三相異步電動機的工作原理7.2.3轉(zhuǎn)差率s7.2.4三相異步電動機的額定參數(shù)7.2.5三相異步電動機的接法7.2.6溫升7.2.7電機絕緣等級與允許溫升的關(guān)系（℃）7.2.8三種定額7.2.9三相異步電動機的啟動、調(diào)速7.2.10鼠籠型異步電動機的啟動7.2.11繞線式異步電動機的啟動7.2.12異步電動機的調(diào)速7.2.13電動機的檢查試驗項目2021/10/10星期日48.7.2.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分:

鼠籠型異步電動機和繞線型異步電動機。三相異步電動機基本由定子和轉(zhuǎn)子組成。2021/10/10星期日49.鼠籠型異步電動機繞線型異步電動機2021/10/10星期日50.結(jié)構(gòu)示意圖

2021/10/10星期日51.7.2.1－1三相異步電動機的定子定子由鐵心、繞組與機座三部分組成。機座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動機一般采用鑄鐵機座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機座形式。2021/10/10星期日52.7.2.1－2機座指固定的外殼和底座，主要的作用是固定和支撐鐵心。機座的前后裝有軸承，以支撐旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸。

由鑄鐵或鑄鋼制成。2021/10/10星期日53.7.2.1－3定子鐵心

定子鐵心是電動機磁路的一部分，它是由0.5mm的硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗，定子鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定子槽。槽中安放繞組，硅鋼片鐵心在疊壓后稱為一個整體，固定于機座上。2021/10/10星期日54.未裝繞組的定子與定子硅鋼沖片

2021/10/10星期日55.7.2.1－4定子繞組

由在幾何空間完全對稱的三相線圈獨立繞成，嵌于定子槽內(nèi)，外接三相對稱電源。其主要作用是接受外部的三相交流電能，產(chǎn)生其工作必須的磁場，是完成電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的中樞。

定子繞組是電動機的電路部分，由許多線圈連接而成，每個線圈有兩個有效邊，分別放在兩個槽里。三相對稱繞組AX，BY，CZ可連接成星型或三角形。2021/10/10星期日56.定子繞組端頭的接線2021/10/10星期日57.7.2.1－5異步電動機的轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式、繞線式轉(zhuǎn)子是電動機的旋轉(zhuǎn)部分，它主要由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等部分組成轉(zhuǎn)子鐵心壓裝在轉(zhuǎn)軸上，由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子硅鋼片沖片，轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機磁路的一部分，轉(zhuǎn)子鐵心、氣隙與定子鐵心構(gòu)成電動機的完整磁路。異步電動機轉(zhuǎn)子繞組多采用鼠籠式，它是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上而組成，小型鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組多用鋁離心澆注而成。這不僅是以鋁代銅，而且制造也快。繞線式轉(zhuǎn)子繞組由線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽里，轉(zhuǎn)子繞組一般是連接成星型的三相繞組，轉(zhuǎn)子繞組組成的磁極數(shù)與定子相同，繞線式轉(zhuǎn)子通過軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。2021/10/10星期日58.7.2.1－6轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子軸用來支撐轉(zhuǎn)子并傳遞機械轉(zhuǎn)矩，異步電動機轉(zhuǎn)子與定子之間氣隙約0.2~1.0毫米。2021/10/10星期日59.7.2.1－7轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組分為繞線形與籠形兩種，由此分為繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與籠形異步電動機。2021/10/10星期日60.7.2.1－8繞線形繞組與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能，如下圖2021/10/10星期日61.三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

2021/10/10星期日62.繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接

2021/10/10星期日63.7.2.1－9鼠籠形繞組在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)（稱為端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子，如圖所示。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導條和端環(huán)風扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子，如圖所示。100kW以下的異步電動機一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。2021/10/10星期日64.鼠籠形轉(zhuǎn)子繞組

2021/10/10星期日65.7.2.1－10轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機磁路的一部分。是用0.35~0.5mm厚相互絕緣的硅鋼片疊壓而成，并緊固在轉(zhuǎn)軸上。鐵芯的外表面上分布有均勻的線槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。作用和定子鐵心相同，一方面作為電動機磁路的一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組.2021/10/10星期日66.轉(zhuǎn)子鐵心和繞組

2021/10/10星期日67.7.2.1－11其他部分其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm～1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。2021/10/10星期日68.三相繞線型異步電結(jié)構(gòu)圖

1—轉(zhuǎn)軸2—轉(zhuǎn)子繞3—接線盒4—機座5—定子鐵心6—轉(zhuǎn)子鐵心7—定子繞組8—端蓋9—軸承10—集電環(huán)2021/10/10星期日69.三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu)圖

1—軸承；2—前端蓋；3—轉(zhuǎn)軸；4—接線盒；5—吊環(huán)；6—定子鐵心；7—轉(zhuǎn)子；8—定子繞組；9—機座；10—后端蓋；11—風罩；12—風扇2021/10/10星期日70.7.2.2三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的定子繞組，通入三相對稱交流電流，便產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1＝60f/p。轉(zhuǎn)子有一團合繞組，由于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組存在相對運動，旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中便產(chǎn)生感應電動勢，即有感應電流流通。轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢的方向由右手螺旋定則確定，若略去轉(zhuǎn)子繞組電抗，則感應電勢的方向既是感應電流的方向轉(zhuǎn)子中的感應電

流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁力F，電磁力的方向用左手螺旋定則判定。電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動，這就是三相異步電動機的工作原理。2021/10/10星期日71.7.2.3轉(zhuǎn)差率s轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同，但兩者的轉(zhuǎn)速不同。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速n。額定轉(zhuǎn)速n總是小于同步轉(zhuǎn)速n1，因為與如果相同，轉(zhuǎn)子繞組與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對運動，轉(zhuǎn)子繞組中就不會感應出電勢和電流，這樣轉(zhuǎn)子就不會受到電磁轉(zhuǎn)矩的作用，當然不會繼續(xù)轉(zhuǎn)動。異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是和同步轉(zhuǎn)速存在一定差異，“異步”因而得名。n1和n的差異是異步電動機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的必要條件。轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率s=(n1-n)/n12021/10/10星期日72.7.2.4三相異步電動機的額定參數(shù)（１）額定功率：指三相異步電動機在額定運行時轉(zhuǎn)子軸上輸出的機械功率，單位為KW。為正常工允許的最大運行功率。（２）額定電壓

指在三相異步電動機額定運行時加于定子繞組上的線電壓。單位為kV。（３）額定電流指電動機在額定電壓下輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。（４）額定頻率

指電動機所接電源的頻率，單位是Hz。我國的規(guī)定的工業(yè)用電頻率是50

Hz。（５）額定轉(zhuǎn)速指額定運行時轉(zhuǎn)子的速度，單位為r/min。2021/10/10星期日73.7.2.5三相異步電動機的接法電動機在額定電壓下，定子三相繞組應采取的聯(lián)接方法。三相電動機定子繞組的連接方法有星形（Y）和三角形（△）兩種。定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會損壞三相電動機。2021/10/10星期日74.A.Y/

接法

如銘牌上標有“380/220V、Y/

聯(lián)結(jié)”時，表示電源電壓為380V時，電機繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)；電源電壓為220V時，采用“

”聯(lián)結(jié)。2021/10/10星期日75.B.Y接法

2）如銘牌上標有“380V、

聯(lián)結(jié)”時，表示電機正常運行時只能采用“

”聯(lián)結(jié)。2021/10/10星期日76.C.

接法但是在電動機起動過程中可接380V電源，繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)，起動完畢，恢復“

”聯(lián)結(jié)。2021/10/10星期日77.7.2.6溫升

電動機運行時的實際溫度高出環(huán)境溫度的數(shù)值．允許溫升決定于電動機繞組絕緣材料的耐熱性（即繞組絕緣能長期使用的權(quán)限溫度）．允許溫升是指電動機的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。有的銘牌只標注絕緣等級，電動機的絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H、C級。2021/10/10星期日78.7.2.7電機絕緣等級與允許溫升的關(guān)系（℃）

絕緣的溫度等級A級E級B級F級H級C級最高允許溫度（℃）105120130155180180以上繞組溫升限值（K）6075801001251252021/10/10星期日79.7.2.8三種定額定額是指三相電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。1）連續(xù)連續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很長，電動機的溫升可以達到穩(wěn)態(tài)溫升的工作方式。（2）短時短時工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停機時間很長，使電動機的溫升可以降到零的工作方式。（3）周期斷續(xù)周期斷續(xù)工作狀態(tài)是指電動機帶額定負載運行時，運行時間很短，使電動機的溫升達不到穩(wěn)態(tài)溫升；停止時間也很短，使電動機的溫升降不到零，工作周期小于10min的工作方式。2021/10/10星期日80.7.2.9三相異步電動機的啟動、調(diào)速三相異步電動機的起動是指其轉(zhuǎn)速從零到穩(wěn)定的過程。要使電機能安全轉(zhuǎn)動起來，主要考慮兩個問題，一是將起動電流限制在允許范圍內(nèi)；二是保證有足夠的起動轉(zhuǎn)矩。

2021/10/10星期日81.7.2.10鼠籠型異步電動機的啟動

1.全壓啟動2.在定子電路串聯(lián)電抗器（或電阻）降壓起動2021/10/10星期日82.1全壓啟動指三相異步電動機定、轉(zhuǎn)子不接任何阻抗，在額定電壓下起動。這種起動方式簡單、方便，但存在著較大的起動電流，而且起動轉(zhuǎn)矩較小，只適用于小型異步電動機。優(yōu)點：減少設備投資和維護費，操作簡單。缺點：起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負載正常工作。適用范圍：不經(jīng)常啟動的電動機，電動機容量不宜超過變壓器容量的30％；經(jīng)常啟動的電動機，電動機容量不宜超過變壓器容量的20％．2021/10/10星期日83.2在定子電路串聯(lián)電抗器（或電阻）降壓起動先在定子則串入起動電阻或電抗，起動以后將其切除，加速到額定運行。在起動過程中，由于串聯(lián)電阻（電抗）的分壓作用，使加于電機繞組上的電壓低于電網(wǎng)電壓

。三相鼠籠式異步電動機在定子回路中串接電抗器（可改接電阻器，但能耗較大，適用于較小容量電機）降壓起動的接線原理圖如圖所示。三相異步電動機定子串電抗起動。即開關(guān)2K接到“起動”端，使起動時電抗器接入定子回路；起動后，切除電抗器，即開關(guān)2K接到“運行”端。2021/10/10星期日84.在定子電路串聯(lián)電抗器（或電阻）啟動的接線原理圖

2021/10/10星期日85.３.自藕變壓器降壓啟動起動時，先將電路接成“Y”形，繞組電壓為相電壓，起動后再改接成“△”形，由于“△”繞組電壓比“Y”接法低，所以整個過程在低壓下起動，高壓下運行。

三相鼠籠式異步電動機采用自耦變壓器降壓起動接線原理圖如圖所示。起動時。開關(guān)向下一邊，電動機的定子繞組通過三相自耦變壓器T的中間抽頭接到三相電源上，從而降壓起動。當轉(zhuǎn)速升高到穩(wěn)定值后，開關(guān)K投向上邊。即“運行”端，自耦變壓器被切除，電動機定子直接接到電源上，電動機正常運行。2021/10/10星期日86.自藕變壓器降壓啟動接線原理圖

2021/10/10星期日87.４.星形－三角形換接啟動對應運行時定子繞組接成△形的三相鼠籠式異步電動機，起動時接成ㄚ形（接線原理圖如圖所示），則定子每相電壓降為額定電壓的，從而實現(xiàn)了降壓起動。即起動時，開關(guān)2K合到下方，電動機定子繞組接成ㄚ形，電動機開始起動；當轉(zhuǎn)速升到一定程度后，開關(guān)2K從下方斷開合向上方。定子繞組接成△形，電動機進入正常運行。2021/10/10星期日88.2021/10/10星期日89.５.延邊三角形啟動延邊三角形降壓起動接線原理圖如圖所示。電動機的定子繞組每相都有一個中間抽頭，起動時，將每相定子繞組的尾端4、5、6分別與中間抽頭8、9、7相聯(lián)，首端1、2、3接相電源，這時定子繞組一部分接成△形，另一部分接成ㄚ形，合起來象一個三條邊都延長了一段的△形，故稱“延邊三角形”起動。當轉(zhuǎn)速升高到一定值后，三相繞組改成如圖的接法.2021/10/10星期日90.延邊三角形接線原理圖(a)接線原理圖(b)改接后的接線圖

2021/10/10星期日91.7.2.11繞線式異步電動機的啟動

1.繞線式異步電動機串電阻啟動

2.異步電動機串接頻敏變阻器降壓啟動2021/10/10星期日92.1.繞線式異步電動機串電阻啟動對于重載和頻繁起動的生產(chǎn)機械，三相鼠籠式異步電動機難以滿足要求時，才選用三相繞線式異步電動機。因為，繞線式異步電動機與鼠籠式異步電動機相比較，結(jié)構(gòu)較復雜，控制