电机基础知识

1、电磁场电磁场的表示法 导体切割磁力线运动产生电动势电磁场NS+-+ 通电导体在磁场中受力电磁场NSSN交流发电机 发电机原理 是利用各种动力（如水力、风力）使线圈在磁铁的两极间转动；当线圈转动时，线圈内的磁场改变，因此产生感应电流，是运用“电磁感应”原理将动力所作的功转换成电能的装置。USN交流发电机 三相发电机原理 使用三个相差120o 的线圈在同一个发电机磁场内旋转切割磁力线，所产生出来的就是三相交流电。U电动机 电动机的定义 又称为马达或电动马达，是一种应用电磁感应的原理将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。直流电动机（DC Motor）的好处为在控速

2、方面比较简单，只须控制电压大小已可控制共转速，但此类电动机不宜在高温、易燃等环境下操作，而且由于电动机中需要以碳刷作为电流变换器的部件，有电火花产生,需要定期清理。交流电动机（AC Motor）结构比较简单,制造方便，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机，可以在高温、易燃等环境下操作，维护比较方便，但在调速上比较困难 ，需要采取一系列的方法进行处理。电动机 常见电机分类电动机直流电机交流电机永磁电机励磁电机串励电机并励电机它励电机复励电机单相电机三相电机异步电机串励电机同步电机异步电机鼠笼式电机绕线式电机交流异步电机 基本结构 定子部分 外壳、铁芯、绕组 转子部分 铁芯、绕组交流异步电

3、机 定子部分 外壳：主要的作用是固定和支撑铁心。机座的前后装有轴承，.以支撑旋转的转子轴 定子铁芯：其作用是嵌装定子绕组，也是磁路的重要组成部分。为了减少涡流损耗，采用由涂有绝缘漆的环形硅钢片叠压而成，铁心的内圆周开有均匀的槽，用以安装定子绕组。 定子绕组：由在几何空间完全对称的三相线圈独立绕成，嵌于定子槽内，外接三相对称电源。其主要作用是接受外部的三相交流电能，产生其工作必须的磁场，是完成电能与机械能相互转换的中枢。交流异步电机 转子部分 转子铁心： 紧套装在转轴上，由环形硅钢片迭压而成，开有装设转子绕组的槽。其作用是提供电机磁路及固定转子绕组。 转子绕组： 为安装在转子槽中的导体。其作用是

4、在磁场作用下产生感应转子电流，配合完成电能与机械能的转换。 绕线式绕组 鼠笼式绕组交流异步电机 绕线式电机 一般接成星形，三相的引出线分别接在转轴上的三个集电环上，通过电刷与外电路相联，能方便地串入外接电阻，具有较好的起制动特性，可方便进行调速控制。 绕线式电机由于存在外接电阻，导致能量利用率不高，机械特性比较软，而且制造、维护成本较高。交流异步电机 鼠笼式电机 是在转子铁心槽中插入导条（铜条或铝条），两端用铜环或涛铝短接起来，称铜排转子或涛铝转子。由鼠笼型绕组制作的电机称鼠笼式电机，因其结构简单，价格便宜，运行可靠而被广泛应用 。交流异步电机 电机剖面图 交流异步电机 电机参数 额定功率 P

5、N 额定电压 UN 额定电流 IN 额定频率 fN 额定转速 nN交流异步电机 单相绕组产生的磁场L1L10tU交流异步电机 三相绕组产生的旋转磁场(磁极对数为1)L1L1tL2 L3L2L3L1 L2 L3交流异步电机 三相绕组产生的旋转磁场(磁极对数为2)L1L1tL3 L2L3L2L1 L2 L3L1L1L3 L3L2L2交流异步电机 旋转磁场的转速 磁极对数为1时 在三相电源的一周期内，磁场刚好完成一圈的变化，因此有： 磁场转速 n0 = 60f ，单位是“转/分”。 磁极对数为2时 在三相电源的一周期内，磁场完成半圈的变化，因此有： 磁场转速 n0 = 60f/2 ，单位是“转/分”

6、。 磁极对数为p时 磁场转速 n0 = 60f/p ，单位是“转/分”，也称之为同步转速。交流异步电机 转子是如何转起来的？感应电动势感应电流交流异步电机 电机机械特性 在理想的情况下，假设电机不受任何外力，转子的速度会从0开始持续上升，直到达到同步转速后，形成平衡。 当电机带上负载后，转子会受到一个阻碍它变化的力矩，此时转子速度会逐渐下降，与定子空间磁场产生速度差，此时转子线圈的感应电动势和感应电流的作用，产生一个电磁转矩，当速度差达到一定程度时，电磁转矩等于负载转矩，此时形成新的平衡，电机以稳定的速度运转。 转差/滑差：电机速度与同步转速的差值定义为转差/滑差，(n0-n) 转差率：转差与

7、同步转速的比值称之为转差率，符号是ss = (n0-n)/n0.交流异步电机 机械特性曲线 描述电机电磁转矩与转速之间关系的曲线 理想空载点 电机以同步转速运行 临界点 反映电机的过载能力 启动点 启动转矩 工作点 电机运行在额定状态下Tnn0TNnN TKTSnK启动点临界点工作点TN= 9550*PN/nN交流异步电机 绝缘等级 电机中绝缘材料容易受到高温的影响而加速老化并损坏，会严重影响到电机的使用寿命，因此要保证电机运行在设计温度之下。 是指电动机所用绝缘材料的耐热等级，分A、E、B、F、H级。允许温升是指电动机的温度与周围环境温度相比升高的限度。 注意，下列温度指的是绕组承受的温度，

8、当电机外壳达到此温度时，绕组温度已经远远超过此值。AEBFH最高允许温度105120130150180绕组温升限值K607580100125交流异步电机 工作方式 表明电机在不同负载下的允许循环时间，是对电机承受负载情况的说明。 S1：连续工作方式 在额定负载下可以长时间运行 S2 ：短时工作方式 只能在给定的时间内运行，超出后必须停止运转，使电机冷却 通常有10min.30min.60min和90min四种 S3：断续工作方式 按一系列相同的工作周期运行，每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停止运转时间。其中恒定负载与工作周期的比值称之为负载持续率，用ED%表示。 通常一个周期为10min

9、。常见的负载持续率有15%，25%，40%，60%。交流异步电机 IP等级 第一个数字表示电机离尘、防止外物侵入的等级。 0 没有防护 对外界的人或物无特殊防护 1 防止大于50mm的固体物体侵入 防止人体（如手掌）因意外而接触到电机内部的零件。防止较大尺寸（直径大于50mm）的外物侵入。 2 防止大于12mm的固体物体侵入 防止人的手指接触到电机内部的零件防止中等尺寸（直径大12mm）的外物侵入。 3 防止大于2.5mm的固体物体侵入 防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线 或类似的细节小外物侵入而接触到电机内部的零件。 4 防止大于1.0mm的固体物体侵入 防止直径或厚度大于1.0mm的

10、工具、电线或类似的细节小外物侵入而接触到电机内部的零件。 5 防尘 完全防止外物侵入，虽不能完全防止灰尘进入，但侵入的灰尘量并不会影响电机的正常工作。 6 防尘 完全防止外物侵入，且可完全防止灰尘进入。 交流异步电机 IP等级 第二个数字表示电机防湿气、防水侵入的密闭程度。 0 没有防护， 没有防护 1 防止滴水侵入 ，垂直滴下的水滴（如凝结水）对电机不会造成有害影响。 2 倾斜15度时仍可防止滴水侵入， 当电机由垂直倾斜至15度时，滴水对电机不会造成有害影响 3 防止喷洒的水侵入， 防雨，或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水进入电机造成损害。 4 防止飞溅的水侵入， 防止各方向飞溅而

11、来的水进入电机造成损害。 5 防止喷射的水侵入， 防止来自各方向由喷嘴射出的水进入电机造成损害。 6 防止大浪的侵入， 装设于甲板上的电机，防止因大浪的侵袭而进入造成损坏。 7 防止浸水时水的侵入， 电机浸在水中一定时间或水压在一定的标准以下能确保不因进水而造成损坏。 8 防止沉没时水的侵入， 电机无限期的沉没在指定水压的状况下，能确保不因进水而造成损坏。电机的调速 什么是调速？ 起重机在同样的负载下，根据生产过程中具体情况的需要，对运行速度的要求也有所不同，因此要对电机进行控制，实现电机速度的控制。 为什么要进行调速？ 单速控制、双速控制、变频控制 启动平稳、运行平稳、停止平稳。 可简化操作

12、、提高效率、操作更安全可靠。 延长设备的寿命。电机的调速 直流电机调速 n=(U-I*R)/Ce 改变电机两端的电压。 可以实现无级调速，属于恒转矩调速。 改变磁通量。 可以实现无级调速，属于恒功率调速。 串调节电阻。 只能分级调速，且能量损耗大。电机的调速 三相交流电机调速 由上面公式可以看出，电机的转速与三个因素有关，调节这几个因素，就能够改变电机的速度，因此电机有以下几种调速方式： 改变磁极对数调速 改变转差率调速 改变频率调速n =60f(1-s)p电机的调速 改变磁极对数调速 当电机磁极对数从1对改变到2对时，特性曲线发生变化，电机需要在p=2的特性曲线上建立新的平衡，变化过程如下：TN0rpm30001500p = 1p = 2n01n02nN1nN2电机的调速 改变转差率调速 通过在转子绕组串电阻的方法,可以改变电机的特性曲线：TN0rpm30001500s = s1n0nN1nNSs = s2s = s3s = s4电机的调速 改变频率调速 当电机的电源频率发生改变时,电机的特性曲线如下：0rpm30001500f = fNn0nN1TN变频器 交_直_交变频器 电机的变频调速是