电机学习30页

1、交流电机简介1 概述交流电机是一种用来实现电能和机械能相互转换的旋转电磁机械。能量形式的转换依赖于定子和转子之间的气隙磁场。电机的作用原理，基于电磁感应定律和电磁力定律。电磁感应定律：表示导体在磁场中作切割磁力线运动时，将产生感应电动势。磁场方向、导体运动方向和感应电动势方向，三者之间的关系可用右手定则表示。它们的关系是：伸开右手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N极），使拇指指向导体运动的方向，那么四指的指向便是导体内感应电动势的方向，如图1所示。实际可以用它来判断：导体在磁场中运动时，其感应电动势（或感应电流）的方向，因此也把它叫做发电机定则，也就是发电机的工作原理。电磁

2、力定律：表示载流导体在磁场中受力作用时，磁场方向、电流方向和载流导体受力方向，三者之间的关系可用左手定则表示。它们的关系是：伸开左手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N极），使四指指向电流的方向，那么拇指的指向便是导体受力的方向，如图2所示。实际上，可用它来判断载流导体在磁场中的运动方向，所以也把它叫做电动机定则，也就是电动机的工作原理。电动机的旋转方向就是根据这个定则判定的。电机进行能量转换时，必须具备能做相对运动的两大部件：一是建立磁场的部件；二是产生感应电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中，静止不动的部分称为定子，建立磁场的部件就是定子绕组；做旋转运动的部分称

3、为转子，被感应部件就是转子绕组。定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。旋转电磁转矩由气隙中旋转磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统接收机械功率，向电系统输出电功率，向国民经济各部门及广大城乡提供电能。电动机从电系统接收电功率，向机械系统输出机械功率，作为驱动机械设备的动力。旋转电磁机械：就是我们所见到和所使用的电机是一种包含着三种结构部件、三种物理作用的机器。一种是导电部件（也就是定子线圈）它从电网接收电功率三相交流电，在空气隙中产生一个旋转磁场。这个磁场穿过电机的第二部分：导磁部件定、转子铁心，它们与定、转子之间的空气隙一起，构成了一个闭合回路，

4、使得从定子到转子不停的传递能量。传递的方式是穿过气隙中的旋转磁场切割转子绕组，产生感应电流，感应电流所产生的磁场，与定子的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动电机转动。就这样，通过空气隙把从定子接收来的电磁功率，转换成驱动转子转动的机械功率，通过转轴等机械部件，把机械功率传递给被拖动的机械设备。电机从吸收电功率，通过电磁转换，转换成机械能并传递给机械设备，是通过电、磁、机械三部分结构部件和物理作用来实现的。所以说电机是一种电磁机械，因为电机是旋转的，所以是旋转电磁机械。用于实现电能和机械能转换的目的，是为我们传递能量，为我们工作服务。11 交流电机的分类按电机功用分类：交流电机主要分为发电机和

5、电动机。发电机主要分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机。汽轮发电机是两极高速同步电机，是依靠燃烧煤、核能等能源进行发电的。是火力发电厂、核能发电厂的主要设备之一，由汽轮机或燃气轮机驱动发电。水轮发电机是多极低速同步电机，是依靠水力的位能转换成动能作为能源来进行发电的，由水轮机驱动发电。柴油发电机由柴油机驱动发电，两者组成柴油发电机组。通常用作工矿企业、医院、楼房的应急备用电源；军事与民用通信、战地和野外作业，车辆船舶等特殊用途的独立电源，以及电网输送不到、又不适于建立火力发电厂地区的生活和生产所需的电源和多种移动电站等。交流电动机又分为同步电动机和异步电动机。当电机的三相对称绕组，接通三相交

6、流电后，在空气隙中产生一个转速为n1=60f/p的旋转磁场。当电机的运行速度n始终保持与旋转磁场相同速度（即n=n1）的电动机称为同步电动机。主要用于轧钢机、球磨机、压缩机、鼓风机等。优点是能向电网输送无功功率，改善电网的功率因数。缺点是需要直流励磁，结构比较复杂，电机造价较贵。电机的运行速度n始终低于旋转磁场速度（即n<n1）的交流电机称为异步电动机。异步电机具有结构简单、制造方便、运行可靠、维护简便、价格低廉等优点，因此被广泛的应用在石油、化工、电站、矿山、冶金等工业部门，用于驱动泵、风机、粉碎机等机械设备，在各种电气传动系统中，有90%左右的设备采用异步电机驱动。异步电机的缺点是：

7、1，从电网中吸取无功励磁功率，使电网的功率因数变坏；2，调速性能差，不能用于轧钢、造纸等转速要求严格恒定的设备中，也不能用于在运行中转速要求有所变化的设备中。12 异步电机的分类按电压等级分类，异步电机可分为低压电机和高压电机。额定电压为660V及以下的三相异步电机称为低压电机；额定电压为3kV及以上的三相异步电机称为高压电机。按转子结构形式分类，异步电机又分为绕线型异步电动机和鼠笼型异步电动机。绕线型异步电动机：其定、转子均具有三相对称绕组。电机在起动过程中，可在转子电路中接入可变电阻，使起动电流始终保持在额定电流的两倍左右，而始终保持最大的起动转矩，因此电机的起动性能好。主要用于卷扬机等需

8、要经常起动并频繁变换旋转方向（正反转）的机械设备中。鼠笼型异步电动机：其转子绕组由导条和端环焊接而成，形式很像捉老鼠的笼子，此类电机由此而得名，简称笼型电机。由于笼型电机结构最简单、价格最低廉，而且具有较高的运行效率和较好的工作特性，能满足大多数工农业生产机械的要求，因此应用最广泛。我们凯泉公司生产的水泵，所配的电机均为鼠笼型异步电动机。下面主要介绍一下鼠笼型异步电动机。2 异步电动机的结构异步电动机通常做成三相的，这样便于建立旋转磁场。图3-1、图3-2所示分别为小型和大中型的三相异步电动机，它们是由定子，转子两大部分和其他附件所组成。1）定子：定子是由定子铁心和定绕组组成。为了减少磁滞和涡

9、流损耗，环形的定子铁心由冲了槽的硅钢片迭成。铁心槽内嵌放定子三相绕组，三相绕组的六个出线头固定在机座外壳的接线盒内，线头旁标有各相绕组的始末端标志。三相绕组可接成星形（ ）或三角形（）。2）转子：转子铁心由硅钢片迭成并压装在转轴上，硅钢片上冲有均匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组。转子按其绕组的结构不同，可分成鼠笼型转子和绕线型转子两类。鼠笼型转子 异步电动机其转子绕组为转子槽内放置没有绝缘的铜条，铜条两端用短路环焊接起来如鼠笼状。近年生产的中小型电动机，转子冲片间不涂绝缘漆，转子槽内导体和两端短路环连同风叶一起用铝铸成整体，如图1所示。为了改善起动性能，鼠笼转子一般都采用斜槽结构。此外，也有用双鼠

10、笼和深槽结构的，双鼠笼转子上有内外两个鼠笼，外笼导体采用电阻率较大的黄铜条，内笼导体则采用电阻率较小的紫铜条。深槽转子绕组是利用狭长的导体，产生集肤效应，来改善起动性能。绕线型转子 绕线型转子绕组与定子绕组相似，采用绝缘导线绕制的三相绕组。转子绕组的相数、极对数和定子绕组相同。三相转子绕组一般都接成星形（ ），三根引出线连接到固定在转轴上的三个滑环上，由一组支持在端盖上的电刷将滑环与外电路（如起动或调速用电阻）接通。3）其他附件：包括机座、端盖、风扇等。机座是由铸铁或钢板制成的，为支持定子、端盖等部件和承受并传递扭矩。端盖是由铸铁或钢板制成的，在其中心孔内装有轴承以便支持转子。电动机的通风冷却

11、方式有自冷式、自扇冷式、管边通风式和外装冷却器等。3 异步电动机的工作原理图4为异步电动机的简单模型图。在一个可旋转的马蹄形磁铁中，放置一只可自由转动的鼠笼状短路绕组。当转动马蹄形磁铁时，鼠笼就会跟着它向相同方向旋转。这是因为磁铁转动后，它的磁力线切割鼠笼的导体，在导体中产生感应电动势，根据右手定则可确定电动势的方向（鼠笼上半部导体的电动势的方向朝里，用符号表示，下半部导体的电动势方向朝外，用符号表示）如图4(b)所示。由于鼠笼导体是短路的，因此在电动势作用下导体中就有电流流通，电流方向与电动势方向相同。带电导体中的电流在磁场中要受力的作用，力F的方向可由左手定则决定。在图4(b)中，鼠笼式电

12、动机的上半部与下半部所受力方向相反，大小相等，因此形成转矩。这个转矩将使鼠笼顺着磁场的转向转动起来，这就是异步电动机简单的运转原理。图4 异步电动机原理示意图实际的异步电动机是利用定子三相绕组通入三相平衡电流，在电动机空气隙中产生了一个旋转磁场（图4(c)），这个磁场的转速n1称为同步转速，它由电源频率f以及定子绕组的极对数p来决定，即n1=60f/p。必须注意，鼠笼转子的转速n总是低于旋转磁场的同步转速n1，因为只有当转子与旋转磁场之间存在相对运动时，转子导体才能切割磁力线，感生电流，产生转矩。所以电动机转速与旋转磁场转速的转差是保证电动机运转的因素，这就是异步电动机“异步”二字的由来。由于

13、异步电动机的运转以电磁感应为作用原理，因此也称“感应电动机”。4 异步电机的规格按其结构尺寸的大小，异步电机可分为大、中、小型电机。老系列电机（J、J2、JO、JO2、JS、JR、YL、YR）共分为22个机座号，其中：110号为小型电机；1115号为中型电机；1622号为大型电机。新系列（Y、YR系列）异步电机，按其电机轴的中心高来区分电机的大、中、小型。当电机的中心高在80315mm范围的为小型电机；中心高在355630mm范围的为中型电机；中心高在7101000mm范围的为大型电机。5 电机的铭牌数据1）型号 产品型号是为了便于设计、制造、使用部门进行业务联系和简化技术文件中产品名称、规格

14、、型式等叙述而引用的一种代号。主要由产品代号和规格代号构成。（1）产品代号由电机类型代号、电机特点代号和设计序号组成。电机类型代号用：Y表示异步电动机；T表示同步电动机。电机特点代号是表示电机的性能、结构或用途而采用的汉语拼音字母。如YB：B表示隔爆型。设计序号是指电机产品设计的顺序，用阿拉伯数字表示。如J2、JO2：2表示第二次设计。（2）规格代号是用机座号、中心高、铁心外径、机座长度、铁心长度、功率、转速或极数等表示。机座长度的代号采用国际通用字母符号表示：S表示短机座、M表示中机座、L表示长机座。铁心长度的代号用数字1、2、3依次表示。（3）特殊环境代号各种特殊环境条件所用代号按有关标准

15、选用，如TH表示湿带环境条件。产品型号举例小型异步电动机Y 112S6 规格代号：表示中心高112mm、短机座、6极 产品代号：表示异步电动机中型异步电动机Y 355M24 规格代号：表示中心高355mm、中机座、2号铁心长、4极 产品代号：表示异步电动机大型异步电动机Y 630-10/1180 规格代号：表示功率630kW、10极、定子铁心外径1180mm 产品代号：表示异步电动机户外化工防腐用小型隔爆异步电动机YB 160M4 WF 特殊环境代号：W表示户外用、F表示化工防腐用 规格代号：表示中心高160mm、中机座、4极 产品代号：Y表示异步电动机、B表示隔爆型2）额定功率 指电动机在额

16、定运行时的输出机械功率，就是轴端的输出功率，表明该电机的出力大小即电机容量（用kW表示）。3）额定电压 指电动机在额定运行时的线端电压（用V或kV表示）。国家标准规定的电压等级为220、380、1000、3000、6000、10000、13800、20000V等。电压等级的选择，主要是根据用户所在地的电源情况而定。电机容量越大，选择电压应该越高。否则，因为电流太大，制造有困难。容量越小，选用电压应该越低。否则，因线圈匝数太多、电流太小，制造也会有困难。目前，交流电机选用的最高电压为10000V。4）额定电流 是指电动机在额定运行时的线端电流。它表示电动机输出额定功率时，其负载的大小（用A表示）

17、。5）额定频率 是指电机在额定运行时的频率，实际上是指电网的频率（用Hz表示）。我国是50Hz；朝鲜为60Hz。6）额定转速 是指电动机在额定运行时的转速（用r/min表示）。所谓额定运行 就是指电动机在额定电压、额定频率和额定负载下的运行。电机的额定同步转速，由电网频率f和电机的极对数P来决定。同步转速n1=60f/P。当f=50Hz时，不同极数电机的额定转速分别为下表所列数值。极 数(2P)24681012141618转速(r/min)300015001000750600500428375333极 数(2P)202428303640485660转速(r/min)30025021420016

18、7150125107100由于异步电机存在转差，所以电机的实际转速都低于同步转速。转速的选择，由用户根据被驱动机械的需要而定。7）效率 为满载时电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常用百分数表示。它反映电机运行时电能损耗的大小。8）功率因数COS 电动机输入有效功率与视在功率之比。它反映电机运行时从电网吸收无功功率的大小。功率因数的大小，由无功励磁电流的大小决定。一般相同转速的电机，容量越大，功率因数越高；相同容量的电机，转速越高，功率因数越高。9）防护等级防护型式的代号是IP 2 4 表示防水等级：1 防滴水、2 15O防滴水、3 防淋水（60O）、4防溅水；表示防接触和防异物等级：1 防

19、大于50mm、2 防大于12mm、3 防大于2.5mm、4防大于1mm固体进入电机，5 防尘电机。 防护等级的特征字母。10）电机的出线端标志（1）电机出线端标志是由字母和数字组成。a）电机绕组以大写字母表示。即A、B、C、U、V、W、X、Y、Z。b）绕组线端以数字紧接绕组字母表示。如U1、V1、W1。c）同一类型的绕组用同样字母标志时，绕组字母前冠以数字加以区别。如1U、2U；1V、2V；1W、2W。（2）交流电机的线端标志a）同步、异步电机定子三相绕组按下列方法给予标志： 单绕组6个线端 双绕组各6个出线头 b）单绕组接线方法：c）绕线转子绕组线端标志根据定子绕组线端标志作如下更换：U换成

20、K、V换成L、W换成M、N换成Q。11）绝缘等级电机绕组的绝缘等级，决定了电机的最高运行温度和允许温升，它们的关系是：绝缘等级AEBFH最高温度ºC105120130155180允许温升K607580100125表中允许温升是按环境温度为40ºC计算的。电机采用的绝缘等级越高，电机的体积就能越小。绝缘等级的提高，还在于延长电机的寿命和提高电机的可靠性。12）额定类型 是电机承受负载情况的说明，是设计和选择电机的基础。额定类型分别为：S1连续工作制；S2短时工作制；S3断续周期工作制等9类。我们一般所使用的都是S1连续工作制，也就是：电机接通三相交流电后，可以连续地、长时间地

21、使用。6 电机的设计程序电机设计一般包括电磁设计和结构设计两部分。电磁设计是根据设计技术要求，确定电机的电磁负荷、与电磁性能有关的有效部分尺寸和绕组数据、选定材料、并核算电磁性能及有关参数。结构设计是根据设计技术要求及电磁设计确定的数据，确定电机的机械结构、零部件尺寸、材料的规格、性能及加工要求，包括必要的机械计算及通风和温升计算，并绘制施工图。对于大批量生产的通用电机，一般都按系列设计和生产。设计时，应充分考虑标准化、系列化和通用化，从而快速、经济、合理地满足用户的要求。异步电机电磁设计简介异步电机由于其结构简单、制造方便、运行可靠、维修简便、价格低廉，而广泛地应用于国民经济的各个部门。它产

22、量大，而单机容量较小，为了制造方便，简化生产管理，提高生产效率，降低生产成本，世界各国均进行系列设计和生产。我国的各电机制造厂家，也是按照系列设计进行生产的，如老系列中的小型电机系列J、J2、JO、JO2；中型电机系列JS、JR；大型电机系列YL、YR。新系列的Y、YR系列和Y2、YKK、YRKK系列等。所谓系列：就是结构型式相似、性能和使用条件基本相同的电机，按照容量的大小和转速的高低而排列在一起所形成的一个电机系列。在系列中，零部件有较大的通用性，便于生产和管理。1 电机的主要尺寸所谓电机的主要尺寸，是指电机的定子铁心内径和定子铁心的有效长度。这两个尺寸基本上决定了电机的体积和外形。通常在

23、确定电机的主要尺寸时，都是从电机常数所确定的电机容量、转速和主要尺寸的基本关系出发，根据初步确定的电负荷A和磁负荷，再求定子铁心内径和铁心长度。上式中：电机的同步转速r/min；气隙磁场的极弧系数，是其平均磁通密度与最大磁通密度之比，可根据磁场饱和系数查图表取得；波形系数，用以修正磁场的实际波形与正弦波形之间的差异，可查图表取得；定子绕组的基波绕组系数，是表示电机绕组制成短距和分布之后，对基波磁场的影响，可查图表取得。对一般电机， =0.7， =1.09， =0.92；对两极电机，取=0.83。将以上所选定的各数值代入中，可得出： 对一般电机 对两极电机上式中：计算容量是定、转子之间由电能转化

24、为机械能的容量，它和电机铭牌上的输出功率的关系是： 式中：功率是订货时客户要求输出的功率，是给定值；效率一般只和电机的容量有关，容量大的电机效率高，可以参考工厂已生产过的相近容量电机的值初步选定；功率因数和电机的容量及转速有关：一般容量大、转速高的电机，功率因数高，亦可以参考工厂已生产过的相近电机的功率因数选取。因此，电机的计算容量可以得出。至此，电机的主要尺寸所构成的电机体积只取决于电机的电负荷A和磁负荷了。2 电磁负荷的选择电负荷A的物理意义：沿定子内圆的单位圆周长度上的安培导体数，即 单位AW/cm式中：定子绕组相数 定子绕组每相匝数，以W表示；定子绕组的相电流，以A表示；A是表明电机电

25、负荷大小的一个基本物理量。对于同样内径的电机，在定子槽里装的铜线越多，电机的电负荷就越大。磁负荷气隙磁通密度的物理意义：电动机是通过在气隙中的电磁过程的相互作用，而将电能转化为机械能的。当电动机接通电源后，在定子线圈里有电流流过。这个电流在气隙中产生一个磁场，这个磁场中的磁力线，沿气隙圆周基本上按正弦规律分布，磁通密度用表示。如果电机的内径相同，取得高，电机的铁心就短；反之铁心就长。所以，是表明电机磁负荷的一个基本物理量。电磁负荷的选择和电机的材料利用、工作性能都有密切的关系。电磁负荷越大，电机的有效材料越省，电机的体积就越小。与此同时，电机的损耗增加、效率降低，发热变得严重。另一方面，A、的

26、选择还会影响电机的功率因数、最大转矩和起动电流等。A、的选择和电机激磁电流、和短路电抗（其实他就是变压器内部的阻抗）之间的关系，可用以下两式表示： 极距（极距：指沿电机定子铁芯内圆每个磁极所占的范围）； ；当值增大，将使增大，因而使功率因数变坏；而使减小，从而使最大转矩提高，起动电流提高。功率因数的变坏和起动电流的提高，将使电机发热增加，温升提高，这是我们所不希望的。电磁负荷A、的选择，是一个在矛盾中求得统一的过程。对于同样定子内径的电机，气隙一般是变化不大的，而低速电机的极距小，所以就大，使变坏，这就是低速电机的都比较低的原因。多极电机的值小，转子周速低，通风冷却条件差，如果A、取得高了，损

27、耗将增加。所以，对多极低速电机，应取较低的A、值。当电机的绝缘等级提高和采用高导磁硅钢片时，A、值可适当提高。A和的初选，可按下表进行。A、的选择(cm)2030405060A(AW/cm)350400400450400450450500450500(Gs)75008000750080008000850085009000850090003 主要尺寸的确定电机的主要尺寸：定子铁心内径和铁心有效长度，基本上决定了电机的外形和体积。在=常数的情况下，和应该如何选择？分析时，一般用来变换内径，是可行而方便的。电机的有效长度与直径或极距的关系，可用比值表示。主要尺寸比为定子铁心有效长度与极距之比。值选定

28、后，即可确定电机的主要尺寸和了。电机的有效材料消耗及能量损耗的大小，与有较大的关系。比值大的电机呈细长形，一般比较经济，但通风冷却条件较差；比值小的电机呈粗短形，通风冷却条件比较好。比值的选择，往往根据电机的不同种类和不同用途，参考同类电机值的平均值来进行选取。电机值的变化范围较大，通常为0.54。在设计非系列电机的个别方案时，应寻求最经济、理想的值，可以从以下几个方面进行考虑：1）经济性 电机有效材料的消耗及损耗的大小，与有较大的关系。设计实践证明，当为一定时，选用较大直径的方案时，增大，减小，用铁(硅钢片)较省；但用铜量较多，因为大直径方案绕组的端部较长，用铜量平均占绕组总量的70%，绕组

29、总的用铜量，平均比小直径方案高14%。选用小直径方案时，减小，增大，用铜量比较省。大直径方案的；小直径方案的。的方案是不经济的。所以，对一般电机应取。2）温升方面 当增加（减小）时，通风冷却条件差。因此在同样的电磁负荷时，电机的温升就要高。实践证明：一般电机的值应取以下。特别是在高速电机中，由于进风口中直径所限， 更应该取得小一些，否则通风有困难，电机温升要高。例如两极电机的值一般应小于1.2；对于24极以上的低速电机，值可以超过2.5以上。3）机械方面 及的选择，还受到机械方面的限制。经分析和计算，对于转子为整圆冲片的电机，转子圆周速度受冲片屈服点的限制，其极限速度为150m/s。所以，极距

30、不应该大于150cm。因为圆周速度 式中：单位为cm，HZ。所以，极距不应大于150cm。对于转子直径超过1m的电机，转子要采用扇形片迭片，所以转子的强度降低了，因而极距不应大于70cm，否则，转子轭部要超过许用应力。从转轴的刚度方面考虑，因为异步电机的空气隙小，对转轴的刚度要求，比其它电机高。若取得大，电机将变得细长，如果转轴已无法加粗而刚度不够，会造成定、转子铁心相碰。从转子端部的固定方面考虑，对鼠笼型电机，当时，端部外圆需套钢护环固定；对绕线型电机，当时，转子绕组端部不能用轧钢丝固定，需采用钢护环固定。一般来说采用钢护环固定，将使转子结构复杂化，而钢护环需用无磁性的合金钢，价格很贵，使电

31、机的造价提高。综上所述，应尽量采用小直径方案。最后参考系列设计型谱和电机制造厂同类产品的值数据，确定值。根据值决定电机的定铁心内径、极距及定子铁心外径。，一般定子轭高；定子槽深可按和的关系，查取相关数据。一般应选取标准的槽高，以提高冲模的通用性，减少模具数量。在电机制造厂中，电机的定子铁心外径都已经标准化了，所以最终选定的定子外径必须符合标准的定子外径尺寸，这样可以大大地减少电机的模具和胎具数量，提高硅钢板的利用率。再根据重新确定定子内径和极距及铁心有效长。已经标准化了的定子铁心外径如下：老系列新系列机座号NO定子铁心外径mm中心高mm中心高mm定子铁心外径mm1120908012021451

32、009013031671121001554210132112175大直径5245160132210方案6280180160260290732722518029032783682502003273689423280225368400104933152504004451156037528044549312650450315520520137405003555605901485056040063067015990630450710740机座号NO定子铁心外径mm中心高mm中心高mm定子铁心外径mm1611806305008008501714306305609009501817306306309901

33、060192150630710112020260063080012502132506309001400224250630100016004 空气隙的选择异步电机的空气隙，对电机的性能和运行可靠性影响很大。的大小，应根据激磁电流、绕组漏电抗和机械方面的条件来确定。1）为了降低激磁电流，提高功率因数，异步电机的空气隙应尽量取得小些。2）空气隙愈小，气隙中的谐波磁场和谐波漏抗愈大，电动机的最大转短和起动转矩下降，电机的损耗增加，温升会上升。3）选择气隙过小，将使电机的制造和装配难以实现，而且还会增加单边磁拉力，从而降低转子的等值刚度和临界转速。为了保证电机运行可靠，避免气隙不均匀而引起的定、转子相擦

34、，气隙不能取得过小。在初步确定空气隙的数值时，可以参考生产厂已经制造出来的、经济可靠的电机气隙值，经过全部计算，经过多次调整，最后才能得到从性能、经济、可靠性全面考虑，最适合的空气隙值。5 确定转子尺寸根据已经确定的定子铁心内径和空气隙，可以确定转子铁心外径。转子铁心内径和分别为转子铁心的槽高和轭高，可根据生产厂同类产品尺寸选取。一般中型电机，大部分采用转子冲片直接套轴结构。如中型电机机座全部套轴；机座的所有4极电机全部套轴；所有两极电机，无论大小全部都是套轴的，这是因为高速电机铁心的磁轭需要高，电机又比较细长，电机的转轴比一般电机的粗，所以只能做成套轴的。6 定、转子绕组的选择定子绕组的形式

35、很多，一般有单层同心绕组、单层链形绕组、双层迭绕组和双层波绕组等等。单层绕组每槽放一个线圈边。单层同心绕组由几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。单层链形绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连成。单层绕组一般都做成软绕组，只用在小型电机上。中大型电机一般不用单层组，因为单层绕组制成硬绕组的工艺性差，不适于成批量生产。双层绕组每槽分上下两层放两个线圈边。双层绕组所有线圈的形状、几何尺寸相同，端部排列整齐，可选择有利节距，以改善电势和磁势波形。双层绕组分迭绕组和波绕组，而应用最广泛的是双层迭绕组。双层迭绕组适用于大、中、小型电机。小型电机的迭绕组，往往是做成软绕组，电机的线圈本身没有对

36、地绝缘，而是采用单独放置槽绝缘做为对地绝缘。中、大型电机的迭绕组都做成硬绕组，导线用矩形截面，每根导线的截面积希望在520之间；当单匝导线截面积在5以下时，应采用圆导线，做成软绕组。每匝的截面超过20mm2时，可以采用多根导线并联。一般取定子绕组的电流密度。双层波绕组一般适用于大容量电机的定子绕组。对电压6000V、相电流9001000A的电机，采用这种每槽有两根有效导体的波绕组最为合适。如水轮发电机的定子绕组都是采用这种绕组。为了改善电磁性能，波绕组也可以采用短节距，但它不能像迭绕组那样节省端部用铜量，这是一个缺点。对于多极数的电机来说，波绕组省掉了所有的组间连接线，这是一个独特的优点。交流

37、电机的绕组形式很多，但只要掌握了这两种基本形式，其它形式就不难掌握了。转子绕组的形式分为鼠笼型和绕线型两种。鼠笼型转子绕组由笼条和端环焊接而成。中、小型鼠笼电机，一般采用铸铝转子，这种结构一般不会出现断条和电火花事故。中、大型鼠笼转子一般采用深槽笼和双鼠笼。深槽笼转子结构简单、省铜，但起动性能不如双鼠笼。由于深槽笼转子槽又深又窄，所以槽漏抗大，使功率因数变坏。双鼠笼转子起动性能好，运行性能也比深槽笼好。目前，中、小型5机座以下采用深槽转子；机座以上的中大型电机采用双鼠笼转子。这是因为直径较小的电机，制成双鼠笼有一定困难。笼型异步电机一般都要求满压直接起动，起动电流达到额定电流的57倍，这将给供

38、电线路造成很大的电压降，严重的影响其它用电设备的运行；甚至，由于电机的受电端电压不足，而使电机不能正常起动。绕线型转子绕组，由于在起动时，转子电路中接入外加电阻，使起动电流始终保持在额定电流的两倍左右，而始终保持最大的起动转矩。因此，电机的起动性能好。一般取转子绕组的电流密度。7 电机的容量等级目前，我国各电机生产厂家，均采用硬性容量等级，即无论电机的转速和电压等级如何，电机均采用同样的容量等级。这样，用户在设计和生产机械设备时，可以选用标准的容量，提高电机的负荷率，并促使电机及各种设备，实现系列化、标准化，提高生产率。JS、JR、YL、YR等老系列电机的容量等级，是采用以优先数系的等比级数递

39、增的，按此系数确定的电机容量等级为：250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200、4000、5000等等。Y、YR新系列电机的容量等级，是采用以优先数系的等比级数递增的，按此系数确定的电机容量等级为：220、280、315、355、400、450、500、560、630、710、800、900、1000、1120、1250、1400、1600、1800、2000、2200、2500、2800、3150、3550、4000、4500、5000、5600、7100、8000、9000、10000等等。新系列电机的容量等级，较老系列的更为

40、密集，这样便于用户选择合适的配套电机。8 电磁计算前面，我们介绍了电机的主要尺寸、电磁负荷的选择、主要尺寸的确定、空气隙的选择、定、转子绕组的选择和电机的容量等级等等。通过这些步骤，可以认为电机的初步设计已经完成了。下面，应该按照计算程序，进行磁路计算、参数计算、效率和功率因数计算、性能计算、定子电流、转子电压和电流计算、温升计算和技术经济指标的计算，来校验电机的性能是否符合要求，从而对电机的主要尺寸和绕组数据，进行修正和调整，以便把电机的尺寸、数据最终确定下来。至此，电磁计算的任务才算完成。对于有设计经验和计算熟练的设计者，往往习惯于根据经验来确定主要尺寸和数据，而直接按计算程序来计算和验证

41、性能。电机的单边磁拉力由定、转子偏心引起的单边磁拉力 （N）式中：定子铁心内径(m)；定子铁心长度(m)；定、转子间偏心值(mm)；定、转子间平均气隙(mm)；平均气隙磁通密度(T)；由于定、转子间偏心值不易取得，所以在实际运算中，均用经验公式进行，即 （）式中：定子铁心内径(cm)；定子铁心长度(cm)；1=。电机的绝缘结构简介电机的绝缘结构是指用不同的绝缘材料、不同的组合方式和不同的制造工艺制成的电机绝缘部分的结构型式。在大多数情况下，绝缘结构是为了防止电流向不希望的方向流动及对不同电位的导体起隔离作用，以及为了机械固定和支撑的目的。电机的绝缘结构，包括电机的定子、转子绕组(槽部和端部)绝

42、缘，与其相关联的连接线、引出线、并头套绝缘、铁心绝缘、集电环绝缘和轴承绝缘等等。电机运行时，绝缘结构要受到热、电和多种机械力的作用，以及各种环境因素的影响，使电机的绝缘部分常成为最薄弱环节。实际运行经验表明，在电机出现的事故中，多数是由于绝缘损坏所造成的。因此，从正确选用绝缘材料、合理进行结构设计和科学的制造工艺等方面来提高电机的绝缘水平，对电机的经济性和可靠性具有十分重要的意义。绕组的绝缘性能，直接影响到电机的技术经济指标和电机的使用寿命。随着电机单机容量的提高，使用领域的扩大，电机绝缘结构正朝着耐高温、耐恶劣环境、高机械强度、减薄厚度、提高技术经济指标、提高可靠性和寿命的方向发展。电机的绝

43、缘材料和导磁材料的发展，是推动电机技术发展的基础。1 电机绝缘结构的基本性能电机的绝缘结构，应具有产品技术条件要求的耐热性能、耐电性能、机械强度，并能在规定的环境条件中长期使用。11 耐热性能绕组绝缘的寿命，随温度升高而呈指数下降。在同一台电机中，由于绝缘所处的位置不同，其温度相差很大。因此，在额定工况下，各种耐热等级的绝缘结构的最热点温度，不得超过下表规定的限值。电机设计时，通常应留有510的裕量。耐热等级AEBFHC最热点温度105120130155180>18012 耐电性能绝缘结构的耐电性能是指耐电强度和耐电晕性能而言。1）介电强度 单位绝缘厚度的击穿电压称为介电强度。它与外施电

44、场分布的均匀性、作用次数和时间、绝缘结构的均匀性和密实程度、电极的几何形状、尺寸及绝缘的厚度有关。瞬时工频介电强度是高压电机定子绕组设计的重要参数之一。高压电机的绝缘长期在机械、电、热应力的作用下，工频瞬时介电强度将逐年下降。为此，在制造新线圈时，还要求具有足够的储备系数(介电强度与相电压之比)。2）耐电晕性电晕是高压电机定子绕组在高压电场强度作用下，绝缘层内和外表面的空气被电离而发生辉光放电，出现蓝色的荧光，这种现象就是电晕。抗电晕性是高压电机绝缘的重要性能之一。绝缘层内、外表面受电晕侵蚀，其介电强度随时间增长而下降。为了提高绕组的耐电晕性，除选用耐电晕性好的材料外，还应完善绝缘结构和工艺，

45、以消除绝缘内的空隙和表面放电。13 绝缘电阻和吸收比（1）热态绝缘电阻 电机绕组的绝缘电阻随温度变化呈指数变化。它是评定绝缘结构工艺处理和绝缘状态的指标之一。国家标准GB755旋转电机基本技术要求中规定，电机在工作温度或温升试验后，绕组相间或绕组对机壳的热态绝缘电阻R应不低于由下式计算的数值： 式中：电机额定电压(V)；电机额定功率()（2）冷态绝缘电阻 室温下绕组绝缘电阻主要与绝缘表面洁净程度和受潮情况有关。对于干燥清洁的电机，冷态绝缘电阻是在-10+100范围内实际测得的绝缘电阻，按下式换算到室温25时之值： 式中：在-10+100内某一温度t时测得的绝缘电阻值；测量时的温度值()。（3）

46、吸收比 绕组绝缘在直流电压作用下，将流过由充电、吸收和电导三个分量组成的电流。前两者随时间的增加而减小，其中充电电流减小得更快(中小电机在15s内全部衰减)，而吸收电流的衰减速度则与绝缘结构有关。当绝缘干燥、清洁、耐电性能好时，电导电流很小，吸收电流衰减慢，需几十秒到数分钟才达到稳定。因此，测得的绝缘电阻值随测量时间的增加而增大。当绝缘受潮、污损时，电导电流很大，吸收现象不明显，绝缘电阻值不随测量时间的增加而增大。因此，标准规定：绝缘吸收比为60s时的绝缘电阻与15s时的绝缘电阻的比值，即。一般要求。值小时表示绝缘结构的情况不好。对于大型电机吸收电流衰减过程延长至数分钟者，可用10min绝缘电

47、阻和1min绝缘电阻的比值。14 力学性能电机在制造和运行过程中，绕组绝缘受到电磁力、热应力和机械应力等的作用。如：长铁心的两极电机，其定子绕组因导体的热胀冷缩而产生的热应力，嵌线时对线圈的弯曲和敲打而引起的机械应力，以及电机起动时的电磁力和运行时的振动力等。在各种力的作用下，若绕组产生不允许的变形，将会导致绝缘损伤，使绝缘强度下降。为保证绕组绝缘的可靠性，要求它应具有较高的机械强度和韧性，同时绕组的槽部和端部也要牢固固定，防止其变形和因频繁振动而磨损。绝缘结构除了满足热、电、力学性能外，在特殊环境如：化工、石油、辐射等条件中使用时，还应满足特殊的技术要求。2 高压电机绝缘结构定子绕组绝缘结构

48、的设计，主要是确定：框式线圈匝间、排间绝缘结构，框式和条式线圈槽部绝缘厚度和结构，端部绝缘结构和斜边间隙等。设计要点：1）根据产品技术要求，选择符合规定的耐热等级。对在特殊环境中运行的电机，必须选择与特殊环境相适应的绝缘结构。对频繁起动、正反转和带冲击负载的电机，其定子绕组的电磁线或匝间绝缘的耐热等级应比正常工作方式的高一级，并应加强定、转子线圈的固定。2）在保证电机运行可靠和达到预期寿命的前提下，尽量选用较薄的绝缘厚度，以提高槽利用率，缩小电机尺寸，提高技术经济指标。3）选用先进合理的工艺，采用新材料、新技术，提高劳动生产率和质量，并努力改善劳动条件、工业卫生和环境保护。4）原材料资源丰富、

49、易得和价格低廉。电机线圈的绝缘一般可以分为对地绝缘和匝间绝缘两部分。（1）对地绝缘(又称主绝缘) 它所承受的电压是电机的额定电压，是电机定子绕组的主要保护部分。对主绝缘的要求基本有三个：（a）耐压强度；（b）耐热性；（c）介质损耗。介质损耗就是在高压交流电场作用下，由于泄漏电流在绝缘层中引起的损耗。如果介质损耗大，则绝缘材料就容易老化。（2）匝间绝缘 匝间绝缘所承受的电压是线圈内部匝与匝间的电压，大致在20150V之间。线圈匝间绝缘方式的选择和每个线圈的匝数、导线的尺寸和匝间电压有关。现场经验表明：多匝框式绕组的大多数故障是由匝间绝缘损坏开始，而最终导致绝缘对地击穿。3 无溶剂整侵电机线圈绝缘

50、结构通常是指多匝式高压电机线圈用环氧玻璃粉云母带连续绝缘，白坯下线后整体浸渍无溶剂漆，热烘固化。其优点是：1）嵌线时，所有适形材料、涤玻绳、固定材料等均用白坯材料。嵌线绑扎固定后，进行真空压力浸渍(VPI处理)，使整个绕组槽部、端部牢靠结实，能防止振动变形和避免绕组磨损。2）嵌线后槽内间隙小，经VPI处理，各部浸透的无溶剂漆具有自锁性，挂漆量饱满，提高了对地绝缘和绕组表面与槽壁之间的导热性。实测表明，整浸电机定子绕组的平均温升比非整浸的下降810。4 低压电机绝缘结构低压电机通常是指额定电压为660V及以下的电机。低压电机的绝缘结构，包括导线绝缘、匝间绝缘、相间绝缘、对地绝缘等。41定子绕组结

51、构低压电机定子绕组的匝间和对地电压都不高，设计绝缘结构时，主要考虑不同嵌线时的机械损伤和运行中的机械和老化的因素。1）匝间绝缘 由于低压电机正常运行时，匝间电压很低，其匝间绝缘由导线本身的绝缘层代替。一般用途电机的定子绕组为散嵌线圈，广泛用漆包圆线绕制。对于频繁起动及正反转电机，宜选用玻璃丝包漆包圆线，以提高匝间绝缘的机械强度和介电强度。2）对地绝缘低压电机通常采用槽绝缘作为对地绝缘。散嵌绕组的槽绝缘(对地绝缘)，通常采用薄膜复合材料，它具有一定的刚性，便于嵌线。3）相间绝缘双层绕组槽部层间绝缘为相间绝缘，承受线电压。其选材与槽绝缘相同。绕组端部异相相邻线圈边之间也承受线电压，需放置相间绝缘；

52、而同相相邻线圈只承受一个线圈电压，电磁线本身的绝缘已足够。42 异步电机绕线转子绕组绝缘结构绕线型转子绕组分散嵌和插入线棒式两种。前者用于小型电机，后者用于中、大型电机。由于转子绕组承受离心力的作用，绕组端部需用绑箍扎紧，以保证在电机运行时，绕组不发生变形、位移等导致匝间短路的故障。散嵌绕组分单层和双层，双层绕组有层间绝缘，其绝缘结构与低压电机定子绕组相似，端部用无纬玻璃丝带绑扎。插入式绕组的直线部分热滚卷包三合一粉云母箔，冷压或热烘压固化成型。交流电机的干燥电机在运输、贮存和安装过程中，绝缘容易受潮。绝缘受潮后，其电气强度大大降低，在直接通电起动时，容易发生击穿事故。所以，对于因受潮而绝缘电

53、阻值比较低的电机，应进行干燥处理，以驱逐潮气，提高绝缘电阻和电气强度，以保证电机安全起动、稳定运行。1 需要干燥的电机1）新安装的电机 由于在运输、贮存和安装过程中，电机可能受潮，在起动前须进行绝缘电阻的测量，当所测的绝缘电阻值低于标准规定的数值时，须进行干燥。2）已投入运行的电机 因长期停止使用，而绝缘电阻下降，低于规定值时，须进行干燥。2 绝缘电阻规定值根据国家标准GB755的规定，对于各类电机，在接近工作温度时，测得的绝缘电阻值应不小于R： ()R最小为0.5。3 电机不干燥投入运行的条件1） 新电机在运输、贮存和安装过程中，保管较好不曾受潮；2） 已运行的电机，在停止运行期间，维护较好

54、不曾受潮；在满足下面条件时，可以不经干燥投入运行：（1）在接近工作温度时，绝缘电阻值大于规定值。（2）绝缘吸收比应大于1.3。4 电机干燥的注意事项：1）电机在干燥前，必须用压缩空气将积尘吹扫干净，电机绕组等部件上的油污必须擦净。2）在电机本体内进行干燥时，必须在外壳加盖苫布保温，而且在机座或端罩上面开一个排潮小窗口。3）在通电干燥时，机壳必须可靠接地。4）电机升温不能过快，一般大型电机的温度上升速度为58/h；中、小型电机的温度上升速度为715。5）在干燥过程中，应随时测量绝缘电阻(所用兆欧表的电压等级应与电机额定电压相符)，并记录干燥曲线。开始每15min记录一次，以后每1h记录一次。干燥曲线内容应包括：时间、温度和部分绝缘电阻值。开始干燥后，由于温度升高和排潮、绝缘电阻先是下降，然后开始回升，直至稳定。一般绝缘电阻值稳定45h后，干燥可以完毕。5 电机的干燥方法电机的干燥方法很多，要根据电机的具体情况和现场的具体条件，来选择合适的干燥方法。下面介绍几种简便易行的干燥方法。51局部加热干燥法这种方法通常用于绕组局部修补、局部刷漆。对于电机的绕组进行局部的修补和刷漆的情况，往往采用红外线灯泡或碘钨灯照射烘干，利用辐射热能加热需干燥的部位。为了防止热量散逸到需干燥以外的部位，应