電動機(jī)結(jié)構(gòu)原理

1、內(nèi)容提要 本章先講述三相異步電動機(jī)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、主要系列，然后針對定子繞組的基本知識、繞組的感應(yīng)電動勢、三相異步電動機(jī)的空載、負(fù)載運(yùn)行特性、功率及轉(zhuǎn)矩平衡、工作特性等進(jìn)行討論。最后針對三相交流異步電動機(jī)的常見故障進(jìn)行了分析介紹。 4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) 4.1.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):定子、轉(zhuǎn)子、氣隙等。 4.1 三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)三相異步電動機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)4.1.1 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):定子、轉(zhuǎn)子、氣隙等。1定子部分 定子作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；組成：外殼、鐵心、繞組。（1）外殼：機(jī)座：鑄鐵件，保護(hù)和固定定子繞組。外表有散熱片散熱性能好。端蓋：鑄

2、鐵件，作用：固定轉(zhuǎn)子。接線盒：保護(hù)和固定繞組的引出線端子。吊環(huán)：起吊、搬抬三相電動機(jī)。 定子部分（2）定子鐵心是磁路的一部分，由薄硅鋼片疊成。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。 定子沖片定子鐵心 定子部分（3）定子繞組是電動機(jī)的電路部分，三相繞組對稱。線圈由絕緣銅導(dǎo)線繞制。繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端標(biāo)為U2, V2, W2 。排列如圖，可以接成星形或三角形。 （a）星形連接 （b）三角形連接2轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分（1）轉(zhuǎn)子鐵心由薄硅鋼片疊成，是磁路的一部分，也用來安放轉(zhuǎn)子繞組。（2）轉(zhuǎn)子繞組繞線形與籠形兩種。 繞線形繞組 是三相繞組，一般接成星形

3、，三相首端引出到集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相連，可串入電阻或電動勢以改善電動機(jī)的運(yùn)行性能。 1集電環(huán)；2電刷；3變阻器 轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)子部分 籠形繞組 在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，兩端用一個端環(huán)把導(dǎo)條連接起來，如圖所示。也可把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)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(jī)一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。 （a）銅排轉(zhuǎn)子 （b）鑄鋁轉(zhuǎn)子 3其他部分 其他部分包括端蓋、風(fēng)扇等。端蓋除了起防護(hù)作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉(zhuǎn)子軸。風(fēng)扇則用來通風(fēng)冷卻電動機(jī)。三相異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機(jī)運(yùn)行時的功率因

4、數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運(yùn)行不可靠，高次諧波磁場增強(qiáng)，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。4.1.2 工作原理 1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 在空間位置上對稱的定子繞組中通入時間相位上對稱的三相交流電。設(shè)：圖4.7 三相交流電流波形圖 tiUsin)120sin(tiV)120sin(tiW工作原理設(shè)電流為正時，在繞組中從首端流向末端，為負(fù)時，從末端流向首端。當(dāng) 0度瞬間，U為零、V為負(fù)，W為正，產(chǎn)生的合成磁場，如圖4.7（a）所示，右邊是N極，左邊是S極。 圖4.7 兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖工作原理 當(dāng) 90度瞬間，U為正；V、W 為負(fù)，產(chǎn)生的合成磁場，如圖（b）所示。工作原理 當(dāng) 180度瞬間，U為

5、零；V為正、W 為負(fù)，產(chǎn)生的合成磁場，如圖（c）所示。工作原理 當(dāng) 300度瞬間，U為負(fù)；V為零、W為正，產(chǎn)生的合成磁場，如圖（d）所示。工作原理可見，在電機(jī)中形成的合成磁場，是一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)電流變化一個周期,磁場也旋轉(zhuǎn)一周。當(dāng)定子繞組連接形成的是兩對磁極時，用相同的方法分析知：電流變化一個周期，磁場只轉(zhuǎn)動了半圈，即轉(zhuǎn)速減慢了一半，由此得：pfn601工作原理 2感應(yīng)電動勢的感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場順轉(zhuǎn)，且某時刻為上北極N下南極S。據(jù)右手定則可判斷電流方向。 圖4.8 三相電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理工作原理3. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)

6、動流過電流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定。該電磁對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為n。 轉(zhuǎn)速n總是小于而接近于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1。工作原理 4轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 n1與n之差與n1之比稱為轉(zhuǎn)差率s，即 轉(zhuǎn)差率是異步電動機(jī)的一個基本參數(shù)，對分析和計算運(yùn)行狀態(tài)及其機(jī)械特性有著重要的意義。11nnns4.1.3三相異步電動機(jī)的銘牌三相異步電動機(jī)的銘牌 1型號型號 國產(chǎn)中小型三相電動機(jī)型號的系列為Y系列，是以電機(jī)中心高度為依據(jù)編制規(guī)格系列，如 Y-200L2-6 中、小型三相異步電動機(jī)的機(jī)座號與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表4.2和表4.3。 異步電動

7、機(jī)中心高度200mm6極2號鐵心長機(jī)座（M中機(jī)座）（S短機(jī)座）表4-1 三相異步電動機(jī)銘牌 三 相 異 步 電 動 機(jī)型號Y2-200L-4額定功率 30kW額定電流 57.63A額定電壓 380V頻率 50HZ接法 D額定轉(zhuǎn)速 1470r/min防護(hù)等級IP54工作制SIF級絕緣功率因數(shù) 0.82效率 0.84 電 機(jī) 廠在三相異步電動機(jī)的外殼上，固定有一牌子，稱銘牌。銘牌上注明這臺三相電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)，是選擇、安裝、使用和修理（包括重繞組）三相電動機(jī)的重要依據(jù)，如表4-1所示，銘牌的主要內(nèi)容如下。 主要系列 中、小型三相異步電動機(jī)的機(jī)座號與定子鐵心外徑及中心高度的關(guān)系見表4.2和表4.

8、3。 表4.2 小型異步三相電動機(jī) 表4.33 中型異步三相電動機(jī)機(jī) 座 號1112131415定子鐵心外徑（mm）560650740850990中心高度（mm）375450500560620機(jī) 座 號123456789定子鐵心外徑（mm）120145167210245280327368423中心高度（mm）90100112132160180225250280主要系列 2額定功率額定功率 滿載運(yùn)行時軸上所輸出的額定機(jī)械功率（kW）3額定電壓額定電壓 指接到電動機(jī)繞組上的線電壓，使用時應(yīng)按規(guī)定加電壓。4額定電流額定電流 在額定電壓下，輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流。 額定功率與其他額定數(shù)據(jù)

9、之間有如下關(guān)系式：5.額定頻率額定頻率：NNNNNIUPcos3主要系列 6額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速n1。如n1=1 500r/min，則nN =1 440r/min。 7絕緣等級絕緣等級 絕緣等級是指三相電動機(jī)所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機(jī)允許的最高工作溫度。 8定額定額允許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。（1）連續(xù)（2）短時 （3）周期斷續(xù)主要系列 9接法接法 星形（Y）和三角形（D）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(jī)。 10防護(hù)等級防護(hù)等級外殼的防護(hù)等級，IP是防護(hù)等級標(biāo)志符號，數(shù)字分別表示電機(jī)防固體和防水

10、能力。如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機(jī)能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進(jìn)入電機(jī)內(nèi)殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。4.1.4 三相異步電動機(jī)的主要系列三相異步電動機(jī)的主要系列Y系列三相異步電動機(jī)主要系列的型號、名稱、使用特點(diǎn)和場合見表4-4所示 型號名稱使用特點(diǎn)和場合Y(IP44)Y(IP23)(封閉式)小型三相異步電動機(jī)(防護(hù)式)為一般用途三相籠型異步電動機(jī)，可用于起動性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無特殊要求的機(jī)械設(shè)備，如金屑切削、機(jī)床、水泵、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械 IP44封閉式，能防止灰塵、水滴大量地進(jìn)入電動機(jī)內(nèi)部，適用于灰塵多、水土飛濺的場合 1P23防護(hù)式，能防止水滴或其他雜物從

11、垂直線成600角的范圍內(nèi)，落入電動機(jī)內(nèi)部，適用于周圍環(huán)境比較干凈、防護(hù)要求較低的場合YX高效率三相異步電動機(jī)電動機(jī)效率指標(biāo)較基本系列平均提高3，適用于運(yùn)行時間較長，負(fù)載率較高的場合，可較大幅度的節(jié)約電能 YD變極多速三相異步電動機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可逐級調(diào)節(jié)，有雙速、三速和四速三種類型，調(diào)節(jié)方法比較簡單，適用于不要求平滑謂速的升降機(jī)、車床切削等 YH高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機(jī)較高的起動轉(zhuǎn)矩，較小的起動電流，轉(zhuǎn)差率高機(jī)械特性軟。適用于具有沖擊性負(fù)載 起動及逆轉(zhuǎn)較頻繁的機(jī)械設(shè)備，如剪床、沖床、鍛冶機(jī)械等 型號名稱使用特點(diǎn)和場合YB隔爆型三相異步電動機(jī)電動機(jī)外客結(jié)構(gòu)有隔爆措施，可用于燃性氣體(如瓦斯和煤塵)或蒸氣與空氣形成的爆炸混合物的化工、煤礦等易燃易爆場所YCT電磁調(diào)速三相異步電動機(jī)由普通籠型電動機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器組成，用晶閘管可控直流進(jìn)行無級調(diào)速，具有結(jié)構(gòu)簡單、控制功率小，調(diào)速范圍較廣等特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速變化率精度可達(dá)小于3，適用于紡織、化工、造紙、水泥等恒轉(zhuǎn)矩和通風(fēng)機(jī)型負(fù)載YR(IP44)(封閉式)繞