第7章感應(yīng)電動機

1、第7章 感應(yīng)電動機7.1 感應(yīng)電動機的原理、種類及主要結(jié)構(gòu)7.1.1 三相異步電動機的原理圖7-1-1 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的定子鐵心上嵌有對稱三相繞組，在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵心上嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用銅環(huán)把它們聯(lián)接成一個整體。當對稱三相繞組接到對稱三相電源以后，即在定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立了以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場。由于轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條被這種旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)會感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，若旋轉(zhuǎn)磁場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，如圖7-1-1所示，根據(jù)右手定則，可以判明圖中轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)體中的電動勢方向，都是進入紙面的，下半部導(dǎo)體中的電動勢都從紙面出來的。

2、因為轉(zhuǎn)子上導(dǎo)條已構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就有電流通過。如不考慮導(dǎo)條中電流與電動勢的相位差，則電動勢的瞬時方向就是電流的瞬時方向。根據(jù)電磁力定律，導(dǎo)條在旋轉(zhuǎn)磁場中，并載有由感應(yīng)作用所產(chǎn)生的電流，這樣導(dǎo)條必然會受到電磁力。電磁力的方向用左手定則決定。從圖7-1-1可看出，轉(zhuǎn)子上所有導(dǎo)條受到的電磁力形成一個逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場逆時針方向旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為n。如轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機械聯(lián)接，則轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負載轉(zhuǎn)矩而作功，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，這就是三相異步電動機的工作原理。7.1.2 三相異步電機的結(jié)構(gòu) 和直流電機一樣，三相異步電動機主要也由靜止的定子和轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子組成。定子與轉(zhuǎn)子

3、之間有一個較小的氣隙。圖7-1-2表示繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機的結(jié)構(gòu)。圖7-1-2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機剖面圖1-轉(zhuǎn)子繞組 2-端蓋 3-軸承 4-定子繞組 5-轉(zhuǎn)子6-定子 7-集電環(huán) 8-出線盒 1定子 異步電動機的定子由定子鐵心、定子繞組和機座三部分組成。 （1）定子鐵心 定子鐵心是異步電動機主磁通磁路的一部分。為了使異步電動機能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，希望有一個較強的旋轉(zhuǎn)磁場，同時由于旋轉(zhuǎn)磁場對定子鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子鐵心中的磁通的大小與方向都是變化的，必須設(shè)法減少由旋轉(zhuǎn)磁場在定子鐵心中所引起的渦流損耗和磁滯損耗，因此，定子鐵心由導(dǎo)磁性能較好的0.5mm厚且沖有一定槽形的硅鋼片疊壓而成。對

4、于容量較大（10kW以上）的電動機，在硅鋼片兩面涂以絕緣漆，作為片間絕緣之用。圖7-1-3 定子鐵心槽形a)開口槽 b)半開口槽 c)半閉口槽定子鐵心上的槽形通常有三種：半閉口槽、半開口槽及開口槽。從提高電動機的效率和功率因數(shù)來看，半閉口槽最好，如圖7-1-3 c)所示。但繞組的絕緣和嵌線工藝比較復(fù)雜，所以這種槽形適用于小容量的及中型的低壓異步電動機。半開口槽的槽口等于或略大于槽寬的一半，如圖7-1-3 b)所示半開口槽可以嵌放成型線圈，這種槽形用于大型低壓異步電動機。開口槽如圖7-1-3 a)所示，用于高壓異步電動機，以保證絕緣的可靠和下線方便。（2）定子繞組 定子繞組是異步電機定子部分的電

5、路，它也是由許多線圈按一定規(guī)律聯(lián)接而成。能分散嵌入半閉口槽的線圈，由高強度漆包圓銅線或圓鋁線繞成；放入半開口槽的成型線圈用高強度漆包扁鋁線或扁銅線，或用玻璃絲包扁銅線繞成。開口槽也放入成型線圈，其絕緣通常采用云母帶，線圈放入槽內(nèi)必須與槽壁之間隔有“槽絕緣”，以免電機在運行時繞組對鐵心出現(xiàn)擊穿或短路故障。一般根據(jù)定子繞組在槽內(nèi)布置的情況，有單層繞組及雙層繞組兩種基本型式。容量較大的異步電動機都采用雙層繞組。雙層繞組在每槽內(nèi)的導(dǎo)線分上下兩層放置，上下層線圈邊之間需要用層間絕緣隔開。小容量異步電動機常采用單層繞組。槽內(nèi)定子繞組的導(dǎo)線用槽楔緊固。槽楔常用的材料是竹、膠布板或環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料。（

6、3）機座 機座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。中小型異步電動機一般都采用鑄鐵機座，并根據(jù)不同的冷卻方式而采用不同的機座型式。例如小型封閉式電動機、電機中損耗變成的熱量全都要通過機座散出。為了加強散熱能力，在機座的外表面有很多均勻分布的散熱筋，以增大散熱面積。對于大中型異步電動機，一般采用鋼板焊接的機座。2轉(zhuǎn)子異步電機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機主磁通路的一部分，一般也由0.5毫米厚沖槽的硅鋼片疊成，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。整個轉(zhuǎn)子鐵心的外表面成圓柱形。（2）轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)，下面分別說明這兩種繞組結(jié)構(gòu)型式的特點。1） 籠

7、型繞組 由于異步電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流是由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生的，不需要由外電源對轉(zhuǎn)子繞組供電，因此繞組可自行閉合，繞組的相數(shù)亦不必限定為三相。因此籠型繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成?；\型繞組由插入轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和兩端的環(huán)形端環(huán)組成。如果去掉鐵心，整個繞組的外形就象一個關(guān)松鼠的籠子，如圖7-1-4。具有這種籠型繞組的轉(zhuǎn)子，習(xí)慣上稱為籠型轉(zhuǎn)子。為了節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)率，小容量籠型異步電動機一般都采用鑄鋁轉(zhuǎn)子如圖7-1-5。這種轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和端環(huán)一次鑄出。對容量大于100W的電機，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子內(nèi)，在兩端焊上端環(huán)，構(gòu)成籠型繞組?；\型轉(zhuǎn)子上既無集電環(huán)，又無絕緣，所以結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運

8、行可靠。圖7-1-4 銅條籠型轉(zhuǎn)子 圖7-1-5 鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子2）繞線型繞組 它與定子繞組一樣也是一個對稱三相繞組，這個對稱三相繞組接成星形，并接到轉(zhuǎn)軸上三個集電環(huán)，再通過電刷使轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通如圖7-1-6。這種轉(zhuǎn)子的特點是，通過集電環(huán)和電刷可在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻或其它控制裝置，以便改善電動機的起動性能或調(diào)速特性。3氣隙圖7-1-6 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機示意圖異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是很小的，中小型電機一般為0.22mm。氣隙的大小與異步電動機的性能關(guān)系極大。氣隙愈大，磁阻也愈大。磁阻大時，產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場就需要較大的勵磁電流。勵磁電流是無功電流（與變壓器中的情況一樣），該電

9、流增大會使電機的功率因數(shù)變壞。然而，磁阻大可以減少氣隙磁場中的諧波含量，從而可減少附加損耗，且改善起動性能。氣隙過小，會使裝配困難和運轉(zhuǎn)不安全。如何決定氣隙大小，應(yīng)權(quán)衡利弊，全面考慮。一般異步電動機的氣隙以較小為宜。7.2 感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)矩、額定功率、轉(zhuǎn)差率的概念及其等值電路7.2.1 轉(zhuǎn)差率的概念 一般情況下，異步電動機的轉(zhuǎn)速不能達到同步轉(zhuǎn)速n0。因為電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速n0，則旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條之間不再有相對運動，因而不可能在導(dǎo)條內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電動勢與電流，也不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來拖動機械負載。因此，異步電動機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是略小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n0，即與旋轉(zhuǎn)磁場“異步”地轉(zhuǎn)動?！爱惒健彪?/p>

10、動機由此而命名。轉(zhuǎn)速n0與n之差稱為“轉(zhuǎn)差”。轉(zhuǎn)差（n0- n）的存在是異步電機運行的必要條件。我們將轉(zhuǎn)差(n0 n)表示為同步轉(zhuǎn)速n0的百分值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本參量。一般情況下，異步電動機的轉(zhuǎn)差率變化不大，空載轉(zhuǎn)差率在0.5%以下，滿載轉(zhuǎn)差率在5以下。7.2.2 等效電路 經(jīng)頻率和繞組歸算后的異步電機定、轉(zhuǎn)子電路圖，如圖7-2-1所示：圖7-2-1 轉(zhuǎn)子繞組歸算后的異步電動機的定、轉(zhuǎn)子電路經(jīng)頻率和繞組的歸算，把異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、每相有效串聯(lián)匝數(shù)都歸算成和定子繞組一樣，即可用歸算過的基本方程式推導(dǎo)出異步電動機的等效電路。圖7-2-2 異步電動

11、機T型等效電路等效電路如圖7-2-2所示，叫做異步電機的T形等效電路。在電路中，r1、x1為定子繞組的電阻和漏抗，r2、x2為歸算過的轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗；rm代表與定子鐵心損耗相對應(yīng)的等效電阻；xm代表與主磁通相對應(yīng)的鐵心電路的勵磁電抗。 異步電動機的T型等效電路以電路形式綜合了異步電機的電磁過程，因此它必然反映異步電機的各種運行情況。下面我們從T形等效電路去看幾種異步電動機典型的運行情況。1異步電動機的空載運行 異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速非常接近，因此轉(zhuǎn)差率s0。T形等效電路中代表機械負載的附加電阻 ，轉(zhuǎn)子電路相當于開路情況，這時定子電路的電流Im滯后于外加電壓U1的相位差接近9

12、0°，所以異步電機空載運行時，功率因數(shù)是滯后的，而且很低。2異步電動機在額定負載下運行 異步電動機帶有額定負載時，轉(zhuǎn)差率sN大約為5%左右，這時歸算過的轉(zhuǎn)子電路中的總電阻 為歸算前的轉(zhuǎn)子電阻r2的20倍左右，這使歸算過的轉(zhuǎn)子電路基本上成為電阻性的。因此定子的功率因數(shù)能達到0.80.85。由負載時定子漏阻抗壓降I1×Z1的影響不大，E1和相應(yīng)的主磁通比空載時略小。3異步電動機起動時的情況 這里所說的“起動”，實際上為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。異步電動機堵轉(zhuǎn)時，n=0，則s=1，代表機械負載的附加電阻（1-s）r2/s等于零，相當于電路呈短路狀態(tài)。所以起動電流（即堵轉(zhuǎn)電流）很大，而功率因數(shù)

13、也較低。4異步發(fā)電機運行 異步電機作發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，而處于nn0的范圍，s處于-s0的范圍，轉(zhuǎn)差率進入負值。此時代表機械功率的附加電阻（1-s）r2/s是一個負電阻，與之相應(yīng)的機械功率也是負的。即這時是輸入機械功率，每相功率輸入分配如下：即：轉(zhuǎn)子機械功率輸入轉(zhuǎn)子銅耗傳給定子的功率。5異步電機作電磁制動狀態(tài)運行 異步電動機處于電磁制動狀態(tài)，轉(zhuǎn)子反旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)差率s1，產(chǎn)生的機械功率也是負的，即在這種情況下，異步電機是吸收機械功率，這時由定子送到轉(zhuǎn)子的電磁功率以及軸上吸收的機械功率，都供給了轉(zhuǎn)子的銅損耗。這種既吸收機械功率而又吸收電功率的運行情況，對機械運動起制動作用，所

14、以稱為電磁制動情況。7.3 功率轉(zhuǎn)換過程與轉(zhuǎn)矩異步電動機的功率流程圖和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖7-3-1。圖7-3-1 異步電動機的功率圖a)功率關(guān)系 b)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)如上的功率流程圖，異步機各種功率與轉(zhuǎn)矩計算公式如下：其中： U1定子相電壓；T2電動機輸出的機械轉(zhuǎn)矩；I1定子相電流；T mec機械損耗轉(zhuǎn)矩；定子功率因數(shù)角；T d附加損耗轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角；T 0空載轉(zhuǎn)矩。m1定子相數(shù)；1旋轉(zhuǎn)磁場電角速度；Pem電磁功率；機械角速度；Pmec機械功率；T em電磁轉(zhuǎn)矩Pcu2轉(zhuǎn)子銅耗；P1轉(zhuǎn)入功率。7.4 感應(yīng)電動機的三種運行狀態(tài)與判斷方法：如圖7-4-1所示：圖7-4-1 異步電機的三種運行

15、狀態(tài)a)電磁制動狀態(tài) b)電動機狀態(tài) c)發(fā)電機狀態(tài)7.5 感應(yīng)電動機的運行特性運行特性一般是指電機在額定電壓和額定頻率下運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、功率因數(shù) 、效率和定子電流I1等隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。圖7-5-1中以標么值示出一般用途異步電動機典型的運行特性曲線。從圖中可以看出： （1）異步電動機從空載到滿載范圍運行時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速稍有下降，基本不變。（2）輕負載時，功率因數(shù)及效率很低，而當負載增加到一定值（例如50額定值）以上時， 及變化很少。（3）電磁轉(zhuǎn)矩Tem及定子電流I1隨負載增大而增大。7.6 感應(yīng)電動機的起動特性圖7-5-1 運行特性曲線 電動機的起動包括從接通電源到

16、電動機達到額定轉(zhuǎn)速的全部過程。對異步電動機的起動，需要考慮的主要因素是最初起動轉(zhuǎn)矩和起動電流。具有不同繞組類型轉(zhuǎn)子的電動機，如一般單籠、深槽單籠、雙籠或繞線型電動機具有不同的起動特性。電動機的最初起動轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩都必須高于被拖動機械特性才能順利起動。在起動過程中，起動電流很大，滿壓起動時約為額定電流的57倍。因此電動機必須有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，使電動機能盡快地加速到滿轉(zhuǎn)速以縮短起動時間，避免由于時間過長導(dǎo)致電機繞組過熱。另一方面，在電動機起動時，由于電流過大常將使電源電壓降低，影響同一電源上其他設(shè)備的供電。因此，在電動機起動轉(zhuǎn)矩滿足需要的條件下，要求盡可能降低其起動電流。為了降低起動電流或避免

17、電機起動時對負載的過大沖擊，對籠型電動機常采用降低電壓起動的方法。對起動特別困難的場合，需要采用繞線型電動機。采用在繞線線型轉(zhuǎn)子電路中串接電阻的方法，可以得到最高的起動轉(zhuǎn)矩、最低的起動電流和較平滑的起動特性。當然也可以采用軟起動和變頻起動等先進的起動方法。7.7 感應(yīng)電動機常用啟動方法 1籠型電動機的起動方法籠型電動機的起動方法有全壓起動和降壓起動兩種。在電源容量足夠大時，應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動。當電動機功率較大而電源容量又相對較小需要降低其起動電流，而且是輕載起動時，可采用降壓起動。常用的降壓起動方法有星三角（Y）起動、電抗降壓起動、自耦變壓器起動和延邊三角形起動等。也可以采用軟起動和變頻起動等

18、先進的起動方法。2繞線型轉(zhuǎn)子電動機的起動方法繞線型轉(zhuǎn)子電動機起動時，在其轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器以減小起動電流，同時也提高起動轉(zhuǎn)矩。在起動過程中，隨電動機轉(zhuǎn)速的上升，逐漸減小變阻器的阻值，最后完全扣除。常用的變阻器有起動變阻器和頻敏變阻器兩種。7.8 感應(yīng)電動機常用調(diào)速方法異步電動機可以通過改變極對數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和頻率f三種辦法來改變轉(zhuǎn)速，也可以與其他變速裝置如齒輪變速器等配套使用。 1變極變速 利用改變定子繞組線圈間的連接，使電動機改變極數(shù)達到變速的目的。這種變速方法主要用于籠型轉(zhuǎn)子電動機。 2改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速根據(jù)不同的調(diào)節(jié)方法有下面幾種。a.調(diào)壓調(diào)速 異步電動機在不同的定子電壓下有不同的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差

19、曲線，亦即有不同的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線，如圖7-8-1所示。在相同的負載轉(zhuǎn)矩下，調(diào)節(jié)定子電壓可以得到不同的轉(zhuǎn)差率及不同的轉(zhuǎn)速（即電動機穩(wěn)定運行在轉(zhuǎn)矩曲線的a、b、c點上）。調(diào)壓調(diào)速方法就是利用這種特性通過自耦變壓器等調(diào)節(jié)定子電壓進行調(diào)速的。這種調(diào)速方法多用于具有高電阻轉(zhuǎn)子繞組的籠型轉(zhuǎn)子電動機和串接有變阻器的繞線型轉(zhuǎn)子電動機。圖7-8-1 在不同電壓下具有高電阻轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線b.調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速 這種調(diào)速方法是在繞線轉(zhuǎn)子繞組電路中串接調(diào)節(jié)變阻器，改變調(diào)節(jié)變阻器的阻值就可達到調(diào)速目的。從圖7-8-1中可以看出：當負載轉(zhuǎn)矩為TN時，串接不同的轉(zhuǎn)子電阻可使電動機分別穩(wěn)定運行在轉(zhuǎn)矩曲線的a、b、c、d

20、點上，以得到不同的轉(zhuǎn)速。但此時一部分功率消耗在調(diào)節(jié)變阻器內(nèi)，使運行效率降低。 c.在次級電路中引入附加電動勢進行調(diào)速 這種調(diào)速方法是在次級繞組電路中，引入一個與其電動勢有相同頻率的調(diào)節(jié)電動勢，以改變電動機的轉(zhuǎn)差率來進行調(diào)速的。d.串級調(diào)速 串級調(diào)速是在繞線型轉(zhuǎn)子電動機上，利用可控硅裝置，將轉(zhuǎn)子電路內(nèi)轉(zhuǎn)差電壓經(jīng)整流和逆變后，使轉(zhuǎn)子部分功率反饋到電網(wǎng)上去。調(diào)節(jié)可控硅的逆變角以控制反饋能量即可實現(xiàn)調(diào)速。當調(diào)速范圍在12以下，可控硅裝置需反饋的功率不大于額定功率的一半時比較經(jīng)濟。這種調(diào)速方法適用于要求調(diào)速范圍小于12的中、大功率電動機。3變頻調(diào)速改變頻率可以調(diào)節(jié)電動機同步轉(zhuǎn)速。隨著電源頻率的變化，電機

21、的磁通、轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)等在一般情況下都要發(fā)生變化。為此，在調(diào)頻的同時，必須調(diào)節(jié)電壓，以保證電動機在任何頻率下都具有恒定的氣隙磁通，從而得到恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性。變頻電源可由可控硅變頻裝置或變頻機組提供。4其它調(diào)速和變速電動機如電磁調(diào)速電動機、擺線針輪減速電動機和齒輪減速電動機等。7.9 轉(zhuǎn)子電阻對感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動性能的影響 由感應(yīng)電動機的分析理論知道，發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率 （7-9-1）而最大電磁轉(zhuǎn)矩下 (7-9-2) 起動電磁轉(zhuǎn)矩Tst的計算公式為： (7-9-3) 在繞線轉(zhuǎn)子電動機的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子電路內(nèi)，三相分別串聯(lián)同樣大小的電阻R2，由式(7-9-2)式(7-9-2)和式(7-9-3)等

22、可見，此時n0不變，Tm也不變；Sm則隨 的增大而增大。Tst之值也將改變，一開始隨R2的增大而增加一直增大到Rst時，Tst=Tm，如R繼續(xù)增大，Tst將開始減?。ㄒ妶D7-9-1）。圖7-9-1 轉(zhuǎn)子串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性7.10 電機的發(fā)熱過程、絕緣系統(tǒng)、允許溫升及其確定冷卻方式等 1發(fā)熱、絕緣與溫升：決定電動機功率時，要考慮電動機的發(fā)熱，允許過載與起動能力等三方面的因素，一般情況下，以發(fā)熱問題最為重要。電動機的發(fā)熱，是由于在實現(xiàn)能量變換過程中在電動機內(nèi)部產(chǎn)生損耗并變成熱量使電動機的溫度升高。在電動機中，耐熱最差的最繞組的絕緣材料，不同等級的絕緣材料，其最高允許溫度是不同的。電動機中

23、常用的絕緣材料可有五種等級：（1）A級絕緣 包括經(jīng)過絕緣浸漬處理的棉紗、絲、紙等；普通漆包線的絕緣漆，最高允許溫度為105。（2）E級絕緣 包括高強度漆包線的絕緣；環(huán)氧樹脂；三醋酸纖維薄膜、聚脂薄膜及青殼紙；纖維填料塑料，最高允許溫度為120。（3）B級絕緣 包括由云母、玻璃纖維、石棉等制成的材料，用有機材料粘合或浸漬；礦物填料塑料，最高允許溫度為130。（4）F級絕緣 包括與B級絕緣相同的材料，但粘合劑及浸漬漆不同，最高允許溫度為155。（5）H級絕緣 包括與B級絕緣相同的材料，但用耐溫180的硅有機樹脂粘合或浸漬；硅有機橡膠；無機填料塑料，最高允許溫度為180。目前的趨勢是日益廣泛地使用高

24、允許溫度等級的絕緣材料，如F、H級絕緣材料，這樣，可以在一定的輸出功率下使電動機的重量與體積大為降低。當電動機溫度不超過所用絕緣材料的最高允許溫度時，絕緣材料的壽命較長，可達20年以上；反之，如溫度超過上述最高允許溫度，則絕緣材料老化、變脆，縮短了電動機的壽命，嚴重情況下，絕緣材料將碳化、變質(zhì)、失去絕緣性能，從而使電動機燒壞。由此可見，絕緣材料的最高允許溫度是一臺電動機帶負載能力的限度，而電動機的額定功率就是代表這一限度。電動機銘牌上所標的額定功率即指如環(huán)境溫度（或冷卻介質(zhì)溫度）為40，電動機帶動額定負載（指負載功率為額定值）長期連續(xù)工作，溫度逐漸升高趨于穩(wěn)定后，最高溫度可達到絕緣材料允許的極

25、限。上述環(huán)境溫度40是我國規(guī)定的標準（我國舊系列電動機，如J、Z系列電動機，標準的環(huán)境溫度曾規(guī)定為35）。既然電動機的額定功率是對應(yīng)于環(huán)境溫度為標準值40的功率，則當環(huán)境溫度低于40時，電動機可帶動高于額定值的負載；反之，當環(huán)境溫度高于40時，所帶負載應(yīng)適當降低，以保證兩種情況下電動機最終都達到絕緣材料最高允許溫度。必須指出，在研究電動機發(fā)熱時，常把電動機溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱為“溫升”。顯然，使用不同的絕緣材料的電動機，其最高允許溫升是不同的。電動機銘牌上所標的溫 升是指所用絕緣材料的最高允許溫度與40之差，或稱為額定溫升。電機溫升典型曲線如圖7-10-1所示。由溫升曲線可見，發(fā)熱過程開始

26、時，由于溫升較小，散發(fā)出去的熱量較小，大部分熱量被電動機吸收，因而溫升增長較快；其后，隨著溫度的升高，散發(fā)的熱量不斷增長，而電動機發(fā)出熱量則由于負載不變而維持不變，電動機吸收的熱量不斷減少，溫升曲線趨于平緩；最后，發(fā)熱量與散熱量相等，電動機的溫度不再升高，溫升達到穩(wěn)定值w。圖7-10-1 電動機發(fā)熱過程的溫升曲線1Q0 2Q0 總結(jié)電機發(fā)熱過程各參數(shù)與輸出功率PN的關(guān)系的：由上式可見，對同樣尺寸的電動機，欲使其額定功率PN提高，可由下列三方面入手。1）提高額定效率N，即相當于采取措施降低電動機損耗。2）提高散熱系數(shù)A，用加大空氣流通速度與散熱表面積可使散熱加快，因此電動機中廣泛采用風(fēng)扇（自帶風(fēng)

27、扇的自扇冷式及另外配備通風(fēng)機的他扇冷式）和帶散熱筋的機殼，在結(jié)構(gòu)形式上，同樣尺寸的開啟式電動機，其額定功率比封閉的大，因前者的散熱條件較好，其散熱系數(shù)比后者的大。3）提高絕緣材料的允許溫升w，這可從采用等級較高的絕緣材料達到要求。 2電動機的冷卻過程電動機的冷卻可能有兩種情況。其一是負載減小，電動機損耗功率P（或熱流量）下降時；其二是電動機自電網(wǎng)斷開，不再工作，電動機的P或變?yōu)榱?。電動機冷卻過程的溫升曲線變化規(guī)律方程式的形式與發(fā)熱過程相似，其中Q為冷卻開始時的溫升，而w為由降低負載后的P或所決定的穩(wěn)定溫升，顯然wQ，這一情況在圖7-18上用曲線1表示。當電動機自電網(wǎng)斷開時，P0，則w0方程式變

28、為：Qe-t/T在圖7-10-2上用曲線2表示電動機脫離電源的冷卻過程的f(t)曲線。必須注意，電動機脫離電網(wǎng)時的冷卻時間常數(shù)T與電動機通電時的時間常數(shù)T不同。這是因為，當電動機由電網(wǎng)斷開后，電動機停轉(zhuǎn)，在采用自扇冷式的電動機上，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，散熱系數(shù)下降為A，使時間常數(shù)增大為TC/A，T可達23T。在采用他扇冷式時，則TT。圖7-10-2 電動機冷卻過程的f(t)曲線1負載減小時 2電動機脫離電網(wǎng)由圖7-10-2可見，在電動機冷卻時，發(fā)熱減小或沒有了，原來儲存在電動機中的熱量逐漸散出，使電動機溫升下降。冷卻開始時，電動機的溫升大，散熱量大，溫升下降快；隨著溫升的不斷下降，散熱量愈來愈下，溫升下降

29、變得平緩，最后趨于w或w0。7.11 感應(yīng)電動機拖動形式及各自的特點 1感應(yīng)電動機的電動：即正常的電動機運行與反向電動機運行 2感應(yīng)電動機的制動根據(jù)被拖動機械的需要，有時有對異步電動機進行制動的要求。例如在切斷電源后要求電動機很快停止轉(zhuǎn)動，要求電動機降低轉(zhuǎn)速或維持其轉(zhuǎn)速使不致過速（吊車電動在重物下降時）。異步電動機的制動方法有：1）發(fā)電制動（再生制動） 當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在外加轉(zhuǎn)矩作用下大于同步轉(zhuǎn)速時，電機處于發(fā)電機狀態(tài)，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，從而對外加轉(zhuǎn)矩起制動作用。例如起重機等一類機械在負載高速降落時利用發(fā)電制動作用限制下降速度。此時如需要制動停止狀態(tài)，還需要用其它制動方法配合使用。2）反接制動 短時改變電動機的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場反向，從而使電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和負載慣性轉(zhuǎn)矩方向相反，因而起制動使用。這種方法較簡單可靠，但由于反接制動時的振動和沖擊力較大，所以一般不適用于精密度要求較高的精密機床等設(shè)備。3）動力制動（能耗制動） 當電動機與交流電源斷開后，立即將直流電源加在定子繞組上，于是在氣隙中產(chǎn)生一個靜止磁場，此時在轉(zhuǎn)子繞組中即產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，因而消耗動能產(chǎn)生制動作用。這種制動方法通常用在非逆轉(zhuǎn)的傳動系統(tǒng)和停轉(zhuǎn)后才允許反轉(zhuǎn)的可逆?zhèn)鲃酉到y(tǒng)上。4）機械制動 通常所稱機械制動主要是指電磁機械制動。在切割電動