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電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理 鄭州三全食品股份有限公司維修部 電動機的分類 交流電動機 三相異步電動機 三相異步電動機的銘牌及數(shù)據(jù)三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的工作原理特殊三相異步電動機介紹三相電動機直觀判斷極性的方法 三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù) 1 型號 用以表明電動機的系列 幾何尺寸和極數(shù) 例如 Y132M 4 2 接法 定子三相繞組的聯(lián)接方法 Y聯(lián)結(jié) 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 電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5 因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時 電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值 從而使電動機過熱 電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值 三相異步電動機的額定電壓有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)下電機的線電流為6 73A 三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11 64A 5 功率 電動機在額定運行時定子繞組的線電流值 額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率大小 異步電動機產(chǎn)品名稱代號 三相異步電動機的結(jié)構(gòu) 下面是它主要部件的拆分圖 右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖 定子部分 一 定子部分 1 定子鐵心 導(dǎo)磁部分 定子鐵心是電機磁路的一部分 并起固定定子繞組的作用 為了增強導(dǎo)磁能力和減小鐵耗 定子鐵心常選用0 5mm或0 35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成 片間涂上絕緣漆 定子鐵心內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽 用以嵌放定子繞組 2 定子繞組 放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi) 導(dǎo)電部分 定子繞組是異步電動機的電路部分 其材料主要采用紫銅 小型異步電動機常采用三相單層繞組 大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式 三相繞組的六個出線端子均接在機座側(cè)面的接線板上 可根據(jù)需要將三相繞組接成Y形或 形 一 定子部分 3 機座機座是電動機的外殼 支撐電機各部件 并通過機座的底腳將電機安裝固定 全封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內(nèi)壁 故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面 中小型電機采用鑄鐵機座 大型電機一般采用鋼板焊接機座 一 定子部分 轉(zhuǎn)子部分 1 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是電機磁路的組成部分 并用來固定轉(zhuǎn)子繞組 鐵心材料也用0 5mm或0 35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成 故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內(nèi)圓部分制作 轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上 其外圓上開有槽 用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組 二 轉(zhuǎn)子部分 2 轉(zhuǎn)子繞組 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為1 鼠籠式轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條 形成一個多相對稱短路繞組 2 繞線式轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組 嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi) 二 轉(zhuǎn)子部分 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分 繞線型異步電動機 鼠籠型異步電動機 鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖 三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖 三相異步電動機工作原理 圖為三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理示意圖 三相交流電通入定子繞組后 便形成了一個旋轉(zhuǎn)磁場 其轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割 根據(jù)電磁感應(yīng)原理 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子繞組是閉合的 則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有電流流過 假設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn) 且某時刻為上為北極N下為南極S 如圖所示 根據(jù)右手定則 在上半部轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的電動勢和電流方向由里向外 用 表示 在下半部則由外向里 用 表示 異步電動機 三相電動機的轉(zhuǎn)動原理 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度 兩極三相異步電動機 即2p 2 定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場 由分析可見 當(dāng)三相交流電變化一周后 即每相經(jīng)過360度電角度 其所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場也正好旋轉(zhuǎn)一周 故在兩極電動機中旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速等于三相交流電的變化速度即n1 60f1 3000轉(zhuǎn) 分 三相異步電動機定子繞組為p對極時 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為 n1 60 f1式中n1 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 又稱同步轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn) 分f1 三相交流電源的頻率 赫p 磁極對數(shù) 特種三相異步電動機 起重用錐形電動機多速電動機振動電動機防爆電動機等 起重用錐形電動機 錐形轉(zhuǎn)子電動機定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外形都成錐形 其錐形制動環(huán)鑲嵌于風(fēng)扇制動輪上 靜制動環(huán)鑲在后端蓋上 定子通電后 產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 同時產(chǎn)生軸向磁拉力 使轉(zhuǎn)子軸向移動并壓縮彈簧 使風(fēng)扇制動輪上的錐形環(huán)與靜制動環(huán)離開 轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動 定子斷電后 軸向磁拉力消失 轉(zhuǎn)子在彈簧的作用下 連同風(fēng)扇制動輪一起復(fù)位 使動靜制動環(huán)接觸 產(chǎn)生摩擦力矩 迫使電動機立即停轉(zhuǎn) 一般此種電動機沒有單相的 多速電動機 電機的變速采用改變繞組的連接方式 也就是說用改變電機旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)來改變它的轉(zhuǎn)速 變極調(diào)速原理 定子上每相有兩組線圈 每組線圈用一個集中繞組線圈來代表如果把定子繞組U相的兩組線圈1u1 1u2和2u1 2u2反向并聯(lián) 則氣隙中將形成兩極磁場 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 變極調(diào)速原理 若把兩組線圈正向串聯(lián) 使其中一組線圈的電流反向 則氣隙中將形成四極磁場 由此可見 欲使極對數(shù)改變一倍 只有改變定子繞組的接線 使其中一半繞組中的電流反向即可實現(xiàn) 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 1u1 1u2 2u1 2u2 S N S N N S 振動電動機 振動電機可產(chǎn)生圓形 橢圓形 直線形 復(fù)合形運動方式 振動電機是靠自身的高頻振動 來產(chǎn)生振動力的 防爆電動機 防爆電機是一種可以在易燃易爆廠所使用的一種電機 運行時不產(chǎn)生電火花防爆電機主要用于煤礦 石油天然氣 石油化工和化學(xué)工業(yè) 此外 在紡織 冶金 城市煤氣 交通 糧油加工 造紙 醫(yī)藥等部門也被廣泛應(yīng)用 防爆電機作為主要的動力設(shè)備 通常用于驅(qū)動泵 風(fēng)機 壓縮機和其他傳動機械 三相電動機直觀判斷極性的方法 單相異步電動機 1 單相異步電動機的結(jié)構(gòu)2 單相異步電動機的工作原理3 單相異步電動機的調(diào)速4 單相異步電動機常見接線方法 單相異步電動機的結(jié)構(gòu) 單相異步電動機在結(jié)構(gòu)上與三相籠形異步電動機類似 轉(zhuǎn)子繞組也為一籠形轉(zhuǎn)子 定子上有一個單相工作繞組和一個啟動繞組 為了能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 在啟動繞組中還串聯(lián)了一個電容器 其結(jié)構(gòu)如圖所示 工作原理為了能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 利用啟動繞組中串聯(lián)電容實現(xiàn)分相 其接線原理如圖a所示 只要合理選擇參數(shù)便能使工作繞組中的電流與啟動繞組中的電流 相位相差90 如圖b所示 分相后兩相電波形如圖所示 電容分相單相電動機接線圖及相量圖 兩相電流波形圖 單相異步電動機的調(diào)速單相異步電動機的調(diào)速方法主要有變頻調(diào)速 晶閘管調(diào)速 串電抗器調(diào)速和抽頭法調(diào)速等 變頻調(diào)速設(shè)備復(fù)雜 成本高 很少采用 下面簡單介紹目前較多采用的串電抗器調(diào)速 抽頭法調(diào)速和晶閘管調(diào)速 1 串電抗器調(diào)速在電動機的電源線路中串聯(lián)起分壓作用的電抗器 通過調(diào)速開關(guān)選擇電抗器繞組的匝數(shù)來調(diào)節(jié)電抗值 從而改變電動機兩端的電壓 達(dá)到調(diào)速的目的 如圖所示 串電抗器調(diào)速 其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單 容易調(diào)整調(diào)速比 但消耗的材料多 調(diào)速器體積大 串電抗器調(diào)速接線圖 2 抽頭法調(diào)速如果將電抗器和電機結(jié)合在一起 在電動機定子鐵心上嵌入一個中間繞組 或稱調(diào)速繞組 通過調(diào)速開關(guān)改變電動機氣隙磁場的大小及橢圓度 可達(dá)到調(diào)速的目的 根據(jù)中間繞組與工作繞組和啟動繞組的接線不同 常用的有T形接法和L形接法 如圖所示 抽頭法調(diào)速與串電抗器調(diào)速相比較 抽頭法調(diào)速時用料省 耗電少 但是繞組嵌線和接線比較復(fù)雜 3 晶閘管調(diào)速利用改變晶閘管的導(dǎo)通角 來實現(xiàn)加在單相異步電動機上的交流電壓的大小 從而達(dá)到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速的目的 這種方法能實現(xiàn)無級調(diào)速 缺點是會產(chǎn)生一些電磁干擾 目前常用于吊式風(fēng)扇的調(diào)速上 a T形接法 b L形接法抽頭法調(diào)速接線圖 圖中所示為電容運轉(zhuǎn)式單相電動機 常見的有單相排風(fēng)扇 鼓風(fēng)機 家用水泵等 它們的主副繞組不一樣 單相異步電動機常見接線方法1 副繞組 主繞組 電容 220v電源 單相異步電動機常見接線方法2 副繞組 主繞組 電容 220v電源 圖中所示為普通單相洗衣機電機內(nèi)部原理圖 其中要注意的時主副繞組是數(shù)據(jù)是一樣的 兩繞組的結(jié)合點為公共點 兩繞組的另外兩端跨接電容 單相電源一根直接送給公共點 另外一根送給跨接電容繞組的其中一個 轉(zhuǎn)換開關(guān) 圖中所示為單相雙值電動機 它一般應(yīng)用與功率稍微較大的單相電動機使用 例如木工鋸床 和大功率水泵 單相異步電動機常見接線方法3 副繞組 主繞組 運轉(zhuǎn)電容 220v電源 啟動電容 離心開關(guān) 直流電動機 直流電動機的構(gòu)造直流電動機的工作原理他勵直流電動機自勵直流電動機 直流電動機的構(gòu)造 1 風(fēng)扇 2 機座 3 電樞 4 主磁極 5 刷架 6 換向器 7 接線板 8 出線盒 9 換向極 10 端蓋 直流電動機的結(jié)構(gòu)圖 直流電機由定子 固定不動 與轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn) 兩大部分組成 定子與轉(zhuǎn)子之間有空隙 稱為氣隙 定子部分包括機座 主磁極 換向極 端蓋 電刷等裝置 轉(zhuǎn)子部分包括電樞鐵心 電樞繞組 換向器 轉(zhuǎn)軸 風(fēng)扇等部件 看視頻 他勵直流電動機 他勵直流電動機的勵磁繞組由獨立的勵磁電源供電 它與電樞繞組互不相連 因此勵磁電流的大小由勵磁電源Uf的大小決定 自勵直流電動機 并勵直流電動機串勵直流電動機復(fù)勵直流電動機 并勵直流電動機 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián) 利用調(diào)節(jié)電阻的大小來調(diào)節(jié)勵磁電流 它的特點是勵磁繞組匝數(shù)多 導(dǎo)線截面較小 勵磁電流只占電樞電流的一小部分 串勵直流電動機 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián) 因此流過勵磁繞組的電流與流過電樞繞組的電流相等 其特點是勵磁繞組匝數(shù)少 導(dǎo)線截面較大 而在勵磁繞組上的電壓降則很低 復(fù)勵直流電動機 它有兩組勵磁繞組 一組與電樞并聯(lián) 另一組與電樞繞組串聯(lián) 當(dāng)兩組繞組產(chǎn)生的磁通方向一致時 稱為積復(fù)勵電機 伺服和步進(jìn)電動機 伺服電動機結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)電動機結(jié)構(gòu)和工作原理 伺服電動機 從電機結(jié)構(gòu)上看 感應(yīng)電機定子和轉(zhuǎn)子 伺服電機定子和轉(zhuǎn)子 線圈 永磁鐵 這兩種電機動作原理是怎樣的 伺服電動機 1 基本結(jié)構(gòu)交流伺服電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成 定子鐵心通常用硅鋼片疊壓而成 定子鐵心表面的槽內(nèi)嵌有兩相繞組 其中一相繞組是勵磁繞組 另一相繞組是控制繞組 兩相繞組在空間位置上互差90 電角度 工作時勵磁繞組f與交流勵磁電源相連 控制繞組k加控制信號電壓 伺服電動機特點 感應(yīng)電機動作原理 交流電通過定子時在內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 轉(zhuǎn)子切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流 感應(yīng)電流產(chǎn)生與定子磁場相互作用的磁場 這樣轉(zhuǎn)子就跟隨定子的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)起來 但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終落后于定子旋轉(zhuǎn)磁場 伺服電機動作原理 交流電通過定子時在內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 因為伺服電機轉(zhuǎn)子自身帶磁鐵 這樣轉(zhuǎn)子會立刻跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn) 并且始終與定子旋轉(zhuǎn)磁場同步 電機自身結(jié)構(gòu)決定了伺服電機比感應(yīng)電機反應(yīng)快 加減速迅速 伺服電動機三大顯著特點 1 起動轉(zhuǎn)矩大由于轉(zhuǎn)子電阻大 其轉(zhuǎn)矩特性與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性相比 有明顯的區(qū)別 它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0 1 這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性 機械特性 更接近于線性 而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩 因此 當(dāng)定子一有控制電壓 轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動 即具有起動快 靈敏度高的特點 2 運行范圍較廣3 無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機 只要失去控制電壓 電機立即停止運轉(zhuǎn) 當(dāng)伺服電動機失去控制電壓后 它處于單相運行狀態(tài) 由于轉(zhuǎn)子電阻大 定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性以及合成轉(zhuǎn)矩特性使轉(zhuǎn)子不能轉(zhuǎn)動 交流伺服電動機的輸出功率一般是0 1 100W 當(dāng)電源頻率為50Hz 電壓有36V 110V 220 380V 當(dāng)電源頻率為400Hz 電壓有20V 26V 36V 115V等多種 伺服電動機三大顯著特點 伺服電動機另一個特點 編碼器 伺服電機相比感應(yīng)電機的一個重要特征 編碼器 通過編碼器反饋給驅(qū)動器的信號 驅(qū)動器可以準(zhǔn)確判斷伺服電機的轉(zhuǎn)速和準(zhǔn)確位置 由于有了以上一些特性 伺服電機就可以做高速高精的定位控制 或者速度控制 或者扭矩控制 步進(jìn)電動機 一般電動機都是連續(xù)旋轉(zhuǎn) 而步進(jìn)電動卻是一步一步轉(zhuǎn)動的 故叫步進(jìn)電動機 每輸入一個沖信號 該電動機就轉(zhuǎn)過一定的角度 因此步進(jìn)電動機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰频膱?zhí)行元件 步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)子為多極分布 定子上嵌有多相星形連接的控制繞組 由專門電源輸入電脈沖信號 每輸入一個脈沖信號 步進(jìn)電動機的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步 由于輸入的是脈沖信號 輸出的角位移是斷續(xù)的 所以又稱為脈沖電動機 六拍通電方式的基本原理 設(shè)A相首先通電 轉(zhuǎn)子齒與定子A A 對齊 圖a 然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相 這時定子B B 極對轉(zhuǎn)子齒2 4產(chǎn)生磁拉力 使轉(zhuǎn)子順時針