电动机结构原理[教师教材]

1、内容提要 本章先讲述三相异步电动机的工作原理、基本 结构、主要系列，然后针对定子绕组的基本知 识、绕组的感应电动势、三相异步电动机的空 载、负载运行特性、功率及转矩平衡、工作特 性等进行讨论。最后针对三相交流异步电动机 的常见故障进行了分析介绍。 1青苗辅导 4.1 三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构 4.1.1 结构结构:定子、转子、气隙等。 2青苗辅导 4.1 三相异步电动机的工作原理及结构三相异步电动机的工作原理及结构 4.1.1 结构结构:定子、转子、气隙等。 3青苗辅导 4青苗辅导 1定子部分 定子作用：产生旋转磁场； 组成：外壳、铁心、绕组。 （1）外壳：

2、 机座：铸铁件，保护和固定定子绕组。外表 有散热片散热性能好。 端盖：铸铁件，作用：固定转子。 接线盒：保护和固定绕组的引出线端子。 吊环：起吊、搬抬三相电动机。 5青苗辅导 定子部分 （2）定子铁心 是磁路的一部分， 由薄硅钢片叠 成。铁心内圆 有均匀分布的 槽口，用来嵌 放定子绕圈。 定 子 冲 片 定 子 铁 心 6青苗辅导 定子部分 （3）定子绕组 是电动机的电路部 分，三相绕组对 称。线圈由绝缘 铜导线绕制。绕 组的六个出线端 都引至接线盒上， 首端标为U1, V1, W1 ，末端标为 U2, V2, W2 。排 列如图，可以接 成星形或三角形。 （a）星形连接 （b）三角形连接 7

3、青苗辅导 2转子部分转子部分 （1）转子铁心 由薄硅钢片叠成，是磁 路的一部分，也用来 安放转子绕组。 （2）转子绕组 绕线形与笼形两种。 绕线形绕组 是三相绕组，一般接成 星形，三相首端引出 到集电环上，通过电 刷装置与外电路相连， 可串入电阻或电动势 以改善电动机的运行 性能。 1集电环；2电刷；3变阻器 8青苗辅导 9青苗辅导 转子部分转子部分 笼形绕组 在转子铁心的每一个 槽中插入一根铜条， 两端用一个端环把 导条连接起来，如 图所示。也可把转 子导条和端环风扇 叶片用铝液一次浇 铸而成，称为铸铝 转子，如图所示。 100kW以下的异步 电动机一般采用铸 铝转子。 （a）铜排转子 （b

4、）铸铝转子 10青苗辅导 3其他部分 其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作 用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。 风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的 定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm 1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降 低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次 谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动 性能变差。 11青苗辅导 12青苗辅导 13青苗辅导 4.1.2 工作原理 1旋转磁场的 产生 在空间位 置上对称的定 子绕组中通入 时间相位上对 称的三相交流 电。设： 图4.7 三相交流电流波形图 tiUsin )120sin(tiV )120s

5、in(tiW 14青苗辅导 工作原理 设电流为正时，在 绕组中从首端流 向末端，为负时， 从末端流向首端。 当 0度瞬间，U为零、 V为负，W为正， 产生的合成磁场， 如图4.7（a）所示， 右边是N极，左边 是S极。 图4.7 两极旋转磁场示意图 15青苗辅导 工作原理 当 90度瞬间， U为正；V、W 为负，产生的 合成磁场，如 图（b）所示。 16青苗辅导 工作原理 当 180度瞬间， U为零；V为正、 W 为负，产生的合 成磁场，如图 （c）所示。 17青苗辅导 工作原理 当 300度瞬间，U为 负；V为零、W为 正，产生的合成磁 场，如图（d）所示。 18青苗辅导 工作原理 可见，在

6、电机中形成的合成磁场，是一 个随时间变化的旋转磁场。当电流变 化一个周期,磁场也旋转一周。 当定子绕组连接形成的是两对磁极时， 用相同的方法分析知：电流变化一个 周期，磁场只转动了半圈，即转速减 慢了一半，由此得： p f n 60 1 19青苗辅导 工作原理 2感应电动势的感应电动势的 产生产生 旋转磁场的磁力线 被转子导体切割， 产生感应电动势 及电流。设旋转 磁场顺转，且某 时刻为上北极N下 南极S。据右手定 则可判断电流方 向。 图4.8 三相电动机的转动原理 20青苗辅导 工作原理 3. 转子的转动转子的转动 流过电流的转子导体在磁场中要受到电 磁力作用，力F的方向可用左手定则确 定

7、。该电磁对转轴形成电磁转矩，使 转子按照旋转磁场的方向旋转，转速 为n。 转速n总是小于而接近于旋转磁场 的转速n1。 21青苗辅导 工作原理 4转差率转差率 n1与n之差与n1之比称为转差率s， 即 转差率是异步电动机的一个基本 参数，对分析和计算运行状态及其机 械特性有着重要的意义。 1 1 n nn s 22青苗辅导 4.1.3三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌 1型号型号 国产中小型三相电动机型号的系列为Y系列，是以 电机中心高度为依据编制规格系列，如 Y-200L2-6 中、小型三相异步电动机的机座号与定子铁心外径及中心 高度的关系见表4.2和表4.3。 异步电动机 中心高度2

8、00mm 6极 2号铁心 长机座（M中机座） （S短机座） 23青苗辅导 表4-1 三相异步电动机铭牌 三 相 异 步 电 动 机 型号Y2-200L-4额定功率 30kW 额定电流 57.63A 额定电压 380V 频率 50HZ接法 D 额定转速 1470r/min 防护等级IP54 工作制SIF级绝缘功率因数 0.82效率 0.84 电 机 厂 在三相异步电动机的外壳上，固定有一牌子，称铭牌。铭牌上注 明这台三相电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理 （包括重绕组）三相电动机的重要依据，如表4-1所示，铭牌的主 要内容如下。 24青苗辅导 主要系列 中、小型三相异步电动机的机座号

9、与定子铁心外径及中心 高度的关系见表4.2和表4.3。 表4.2 小型异步三相电动机 表4.33 中型异步三相电动机 机 座 号1112131415 定子铁心外 径（mm） 560650740850990 中心高度 （mm） 375450500560620 机 座 号123456789 定子铁心外 径（mm） 120145167210245280327368423 中心高度 （mm） 90100112132160180225250280 25青苗辅导 主要系列 2额定功率额定功率 满载运行时轴上所输出的额定机械功率（kW） 3额定电压额定电压 指接到电动机绕组上的线电压，使用时应按规定 加电压

10、。 4额定电流额定电流 在额定电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线 电流。 额定功率与其他额定数据之间有如下关系式： 5.额定频率额定频率： NNNNN IUPcos3 26青苗辅导 主要系列 6额定转速额定转速 小于对应的同步转速n 1。如n1=1 500r/min，则nN =1 440r/min。 7绝缘等级绝缘等级 绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐 热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。 8定额定额 允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续三种。 （1）连续 （2）短时 （3）周期断续 27青苗辅导 主要系列 9接法接法 星形（Y）和三角形（D）两种。定子绕组 的

11、连接只能按规定方法连接，不能任意改变接法， 否则会损坏三相电动机。 10防护等级防护等级 外壳的防护等级，IP是防护等级标志符号，数字分 别表示电机防固体和防水能力。如IP44中第一位 数字“4”表示电机能防止直径或厚度大于1毫米 的固体进入电机内壳。第二位数字“4”表示能承 受任何方向的溅水。 28青苗辅导 4.1.4 三相异步电动机的主要系列三相异步电动机的主要系列 Y系列三相异步电动机主要系列的型号、名称、使用特点 和场合见表4-4所示 型号名称 使用特点和场合 Y (IP44) Y (IP23) (封闭式) 小型三相异 步 电动机 (防护式) 为一般用途三相笼型异步电动机，可用于起动性

12、能、调速性能及转 差率无特殊要求的机械设备，如金屑切削、机床、水泵、运输机械、 农用机械 IP44封闭式，能防止灰尘、水滴大量地进入电动机内部，适用 于灰尘多、水土飞溅的场合 1P23防护式，能防止水滴或其他杂物从垂直线成600角的范围内 ，落入电动机内部，适用于周围环境比较干净、防护要求较低的场合 YX 高效率三相 异步电动机 电动机效率指标较基本系列平均提高3，适用于运行时间较长，负 载率较高的场合，可较大幅度的节约电能 YD 变极多速三 相 异步电动机 电动机的转速可逐级调节，有双速、三速和四速三种类型，调节方法 比较简单，适用于不要求平滑谓速的升降机、车床切削等 YH 高转差率三 相

13、异步电动机 较高的起动转矩，较小的起动电流，转差率高机械特性软。适用于具 有冲击性负载 起动及逆转较频繁的机械设备，如剪床、冲床、锻冶 机械等 29青苗辅导 型号名称 使用特点和场合 YB 隔爆型三 相 异步电动 机 电动机外客结构有隔爆措施，可用于燃性气体(如瓦斯和煤尘)或 蒸气与空气形成的爆炸混合物的化工、煤矿等易燃易爆场所 YCT 电磁调速 三相 异步电动 机 由普通笼型电动机、电磁转差离合器组成，用晶闸管可控直流进 行无级调速，具有结构简单、控制功率小，调速范围较广等特点， 转速变化率精度可达小于3，适用于纺织、化工、造纸、水泥 等恒转矩和通风机型负载 YR (IP44 ) (封闭式) 绕线转子