畜牧业机械化

1、第一节 电动机概述 一、电动机的类型电动机是将电能转化为机械能的动力设备， 广泛应用于现代化畜牧机 械之中。电动机的种类很多， 按电流性质分为直流电动机和交流电动 机；按交流电源的相数 . 交流电动机分为三相交流电动机和交流电动 机；按转子的结构型式，交流异步电动机又分为。 子磁场与转子的转速关系 .和交流同步电：霎 异步电动机又分为。由于交流电便于产生、 输送和分配， 所以在生产和生活中广泛应用交 流电动机，而直流电动机有特殊要求的场合。优 " ： 轰 式三相交流异步电动机和单相交流异步电动机是牧业生产中常用的 动力设备。差，功率因数较低。 二、交流异步电动机的系列和型号( )三相

2、交流异步电动杌系列和型号 在牧业生产中广泛使用的是 Y 系列三相异步笼型电动机， 它是我 国近年来研制成功的节能型电动机，自 20世纪 80年代起逐步取代 J2、JO2 老系列电动机， 应用面广。 Y 系列电动机按外壳防护等级分为封闭式 (IP44) 和防护式 (IP23) 两个基本系列。三相 防护式笼型电动机外壳有通风孔，能防止直径大于 l2mm 的小固体异物进入， 并防止与垂直方 向成 60。角或小于 60。角的 水滴对电机的影响，它适用于驱动无特殊要求的作业机械，如水泵、 运输机、鼓风机等。三相封 闭式笼型电动机外壳封闭并带有自冷却风扇， 适用于多尘、 潮湿的场 合，如牧业机械、碾米和磨

3、粉机等。现以 Yl32Sl -2 型电机为例说明 Y 系列笼型三相异步电动机 型号的意义。(=)单相异步电动机的系列和型号常用单相交流异步电动机有 B02、C02、D02三个系列。B02系 列为单相电阻启动电机，6功率在 60370W 之间，仅适用于对启动转矩要求不高的场合 . 如鼓 风机等。 C02 系列为单相电容启动电机，功率在I2075OW之间，启动转矩较大.适用于要求 满载启动的工作机械 . 如空气压缩机、冰箱等。 D02 系列为单相电容运转电机，功率范围为4250W，其功率因数高运转平稳， 适用于风扇等启动转矩要求不高的工作机械， 不宜作空载 使用。现以 DO2 - 6314 电机为

4、例说明单相电机型号的含义。D02 - 63 I 4 磁极数日 铁心长度代号 （1短， 2长 ） 中心高 （mm） 第二次设计 系列代号 第二节 电动机的构造和工作原理 一、三相交流异步电动机的构造和工作原理（ ）三相交流异步电动机的构造 三相交流异步电动机由定子、转子两个基本部分和其他附件组成 （图 1 - 1）。1. 定子 定子是电动机的固定部分， 由铁心、绕组 （三相或单相 ）、 机座等组成。定子铁心 是电动机磁路的一部分，起导磁作用。它是用厚度为 0.35mm 或 05mm，并在表面涂有绝缘漆 的硅钢片叠制而成， 压装在铸铁制的机座内。 冲片采用硅钢片以及片 间绝缘处理，是为了减少铁 心

5、中的损耗， 防止铁心过热 定子铁心的内圆表面冲有嵌放绕组的线槽，供嵌放定子绕组用。定子绕组由漆包线制成， 按一定规律嵌放在定子铁心的线槽内。 对于三 相交流异步电动机，定子绕组分成三相对称地嵌放在线槽内， 每相绕组引出两个线头， 分别叫 做始端和末端，三相绕组的 6 个端头通过引出线引到机体外部的接线盒内。定子绕组通电 后，将在铁心中产生旋转磁场。7图 1-1 三相异步电动机的构造1.罩壳 2.风扇叶轮：；.后瑞盖 4、77钠承：;.机座和定子机座一般由铸铁制成，用来固定和保护定子铁心和定子绕组， 座表面还铸有散热片 . 以利于散热。6. 转子 8. 前端盖并由两个端盖支承着转轴。机2. 转子

6、 转子是电动机的旋转部分， 其作用是在旋转磁场的作用下产生转矩， 并带动作业机械的转轴转动。它由转子铁心、转子绕组和转轴等组成 （图 1- 2）。 转子铁心也由圆形硅钢片叠压而戌， 在它的外圆上有用于嵌放转子绕组的线 槽。转子铁心压装在转轴上 . 转子绕组嵌 放在转子线槽内。笼型转子绕组是用浇铸 铝液的办法一次铸成型的，在其铁心两端 图 1-2 笼型转子绕组a. 鼠笼 b. 转子铁心硅钢片 c. 铸铝转子1. 端杯 2. 笼条 槽口处形成有两个导电的圆环， 分别把转子线槽内的铝条连接成一整 体。如果去掉铁心 . 整个绕 组的外形就像一个“笼子” 。在定子和转子之间有一个间隙，叫做气 隙，其值为

7、 0. 25l.5www。 定子铁心、转子铁心和气隙组成电动机的磁路。（二）三相交流异步电动机的工作原理 三相异步电动机的基本工作原理是：三相交流电通入三相定子绕 组产生交变磁场 . 其合成磁 场方向按一定规律变化形成旋转磁场。 转子绕组在旋转磁场作用下产 生感应电流，有电流通过的 转子导体在磁场作用下产生电磁力， 形成电磁转矩驱动转子， 使转子 转动。1. 定子旋转磁场的产生 为了便于说明，将 分布在定子圆周上的三相绕组简化成三个单匝绕 组，嵌放在六个线槽的定子铁心内 （图 1 - 3）。绕 组钓始端 A、 B、 C 和末端 X、Y、Z 在空间位置 上互差1200。当定子绕组通人三相交流电后

8、，在 定子三相绕组中就会有对称的三相交流电流通过。 三相交流电随时间变化的波形图及磁场变化情况 如图 1 -4 所示。假定流人绕组的电流为正值时，电流从绕组图 1-3 六槽异步电动机a. 由三个单匝线圈组成的三组绕组b. 六楷定子绕组的始端流出、末端流人，并以电流流人的符号在绕组的端头标为, 流出的符号标为 o.。中绘出了 0。、 90。、 180。、 270 和 360。时的电流方向和此时的电 所产生的磁场。在 0 。的瞬间， A 相电流 IA 为零 . 没有电流流过绕组 AX. B 相电流 18 为负值。电流从 Y 端流人，从 B 踹流出。 C 相电流 Jc为正值，电流从C端流入，Z 端流

9、出，且 IB 和 IC 大小相等。 根据电流方向，用右手螺旋法则 就可以确定电流 I8 和 Ic 产生的Y C图 1 -4 旋转磁场的产生合成磁场方向为从左到右，在 90。瞬间，电流 IA 为最大值. 从 A 端流向 X 端。 IB 和 Jc 同为负值，其大小则刚好是最大值的一半，电流从Y流向B和从Z流向C。 这时形成的合成磁场方向是从上到下。 和 0。相比较， 它沿着顺时针方向旋转了 90。在 180。 瞬间. 电流 IA 又达到零值。绕组AX元电流。IB为正方向，从B流向Y; lc为负方向.从Z 流向C。合成磁场又沿顺时 针方向转过 90。在 270。的瞬间， IA 达到负的最大值，电流从

10、 X 到 A 流过绕组。 IB 和 Ic 二者为 正值.且等于最大值之半，电流分别从 B流向Y和从C流向乙合成磁场再次沿顺时针方向转过 90。在 360。的瞬间，情况与 0。时相同。由以上分析可知，三相交流电所产生的合成磁场，在空间的方向 是随三相电流相位的变化而 变化的。当电流完成一个周期的变化时， 它所产生的合成磁场在空间 的方向也随时间的变化而转 了一圈。 因此，三相交流电随时间周而复始的变化， 则由它产生的合 成磁场也就在空间不停地旋 转起来，形成了三相异步电动机的定子旋转磁场。2. 转子转动的原理 由于转子处于定子之中，二者之间只 有很小的间隙。定子产生的旋转磁场切割转子导体，在转子

11、导体 中产生感应电势，感应电势的方向由右手定则确定（图 1 - 5）。如图转子上半部导体内的感应电势方向由内向外，而下半部导体 内的感应电势则由外向内。由于转子导体被瑞环接通，所以在感 应电势作用下 . 导体内就有感应电流流过。有感应电流流过的转子导体在定子磁场的作用下，产生电磁力 F ，力的方向由左手定则确定。此时，在转子上形成一电磁转矩 M ，使转子旋转。如果转子 图 1-5 转子转动原理 钓旋转速度同定子钓旋转磁场的速度一样，二者就处于相对静止状 态，转子绕组就不切割磁力线，转子的感应电势和电流都为零 . 转矩亦不复存在。由于摩擦阻力 及作业机械的阻力作用，转子转速立即减小， 于是转子绕

12、组又切割磁力线， 转子导体中又产生感 应电势和感应电流，从而又产生转矩。 转子的旋转方向与旋转磁场的旋转方向是一致的， 但它的 旋转速度应低于旋转磁场速庋，这样才能在转子导体内不断产生感应电流和电磁转矩， 使转子连 续转动。由于电动机的转子转速与旋转磁场转速不同， 敌称为异步电动机。 又因为这种电动机工 作时，电源是接在定子绕组9十、】畜牧业杌摞化， '上 . 转子绕组中肋电流是由电磁感应产生的，故又称为感应电动机。若要政变电机的旄转方向.只需改变旋转磁 【宁21竺;g轰gi 绕组 Iti 撞线任意两相互换，例如， A 相电源接人 ;i 顺转开关调换任 意两个电源线接头即可 oF转 箦

13、 7 转磁场的转速决定的，而旋转磁场的转速与电动机bg磁披对数有关。按图1 -3中三个定子绕组的布置，定子中产 生一对磁极，即两极 （一个N 披和一个 S 极）。在交流电的一个周期内，两极电动机的旋转磁场 转过 360。 . 即正好转了一 周。我国采用的电源频率为 50Hz?jlp Is 旋转 50 周. 政旋转磁场的 周期为1/50S?于是两极磁场 电动机 Iti 磁场转速为 3 OOOr/min 。招 6 个绕组 A, 一 X, 、 B, 一 y，、C1 一 2,、A2 一 X2、B2 一 Y2 和 ci 一 Z2 均 匀布置在定子内圆上 . 每个绕组在空 间上相厢 60。角。每两个绕组串

14、联， I;PAJ 一 XI 和 A2 一 X2、 B1 一 Y1 和 B2Y2、C,Z, 和 ciZ2 分别串联后，形成三 相绕!组，始端为 A, 、 B, 、 C, ?末端为X2、和Z2?5）g困1 - 6所示。经这样图 1-6 产生四极旋转磁场的定子绕组 布置后，可产生四极磁场 即 2 对磁 极。在图 1-7中 选择 0。、 90。、 180。、 270。和 360。时的电流瞬时 值，如同图 1-4 一样，把各瞬趵 ,b 电流方向和所产生的磁场绘人 . 可以看到在定子上就产生了 2 对磁场，即 4 个磁极。显然， 在交流电源一个周期内， 任一对磁场只转了半周， 就是说，四极电动 机中磁场转

15、一周需要交流电周期 I 坩间。所以四极电动机的磁场转速只是两极电动机的一半，即 1 500r/min 。假如每相绕组是由 3个绕组串联组成， 则三相绕组中有 9个绕组，它 们均布在定子内圆的10线榴呐，空间位置相隔 40。当三相电流通人后 . 用上述方法分析 . 定 子中会产生六极旋转磁场. I;p 3 对磁极。磁场旋转一周需两极电动机的 3倍时间，其转速为 1 00Or/min 。只要适当的布置定子绕组，就可以得到具有不同磁极对数的旋转 磁场。当旋转磁场具有 p 对磁极 s;I 电流每变化一周，旋转磁场就只旋转 1/p 圈。所以，具有 p 对 磁极的旋转磁场的转速为：ni-'6po

16、' (1-1)式中：711 旋转磁场转速 (r/min);-电流频率 (Hz)。从式 (1 - 1)可知，当电源频率固定不变时，旋转磁场的转速与磁 极对数成反比 . 即旋转磁披对数趑多，旋转磁场的转速越低。 一、单相异步电动机的构造和工作原理 图 1-8 单相电容式异步电动机1. 定子 2. 转子 3. 踹盖 4. 机座 5. 电容器图 1-9 脉动磁场a. 0<1<时 b. ;<t<T 时B=BM sin<,'t这个脉动磁场可以分解成两个旋转磁场(图 1 - 11)，它们旋转速度相等，但旋转方向相反， 1112上 t 章 动力设备动绕组。 这两个

17、绕组的轴线在空间上不重合 . 其电流的相位也不 一致。假定一单相异步电动机的两个绕组 . 在空间位置相隔 90。，其中流过的电流相位差为 90。， 旋转磁场的产生原理 . 可用与三相交流电通人三相异步电动机产生旋转磁场相似的方法分析。 如图 1- 12所示，电流 i 1 和 i2频率相同但相位上互差90。将i,通人绕组 AX，将i2通人 绕组 B_Y。 A、B 是绕组的首端. X、Y 是绕组的末端。正电流从绕组首端流人,负电流从尾端流 人。图中画出了 0。、 90。、180。、270。、 360。几个时刻的磁场变化情况,可以看出,电流变化 一周时 . 磁场也旋转一周 . 这 与前面所述的两极旋

18、转磁场的情况相同。实际上只要两个绕组在空间上轴线不重合 . 通人有一定相位差的 电流后 . 单相电动机内仍能产生旋转磁场。 通常采用在某一绕组上串联电容或电阻的方法, 使两个绕组上产生相位差单相电动机转子一旦转动以后，顺转磁场的转矩就超过逆转磁场 的转矩 . 使转子按顺转方向 加速旋转，直到进入正常运行。但是 . 逆转磁场及其在转子中产生的感应电流相互作用所产生的 逆转转矩一直起着阻碍转子 正转的作用， 是一种不可避免的损耗， 所以单相电动机的效率和功率 因数都较低。第三节 交流异步电动机的性能指标与工作特性 一、电动机的铭牌及性能指标()铭牌电动机上都有如图 1- 13 所示的铭牌，载明有关

19、重要技术数据， 用以表示电动机的主要性能 指标及工作特性，是选用、安装、维修和使用电动机的依据。 功率因数 防护等级Yl60M 4380V1 460r/min0.88 1P44 >(><XX三相异步电动机功率l5kW频率50Hz电流30. 3A接法猛升75。C绝缘等级E重量l50kg工作方式S1编号XXXX电机厂出厂年月 XXXX年X月图1-13 电动机的铭牌（=）牲能指标1. 电动机的接法 指电动机在额定电压下定子三相绕组的连接 方法。电动机定子三相绕组 钓首、末端均引到接线盒内，国家规定用U1、 V1、W1 表示首端，用 U2、V2 、W2 表示末端。定子绕组的6个端头可

20、以有三角形（A）和星形（Y）两种接法（图1 - 14）。使用时必须按电动机铭牌上规定的接法进行连接。2. 电动机的定电压 用 U. 表示，指三相定子绕组在标定接法时 电源上的线电压 （用 U1 表示）。对于某一台电动机，其各相绕组所能承受的相电压（用 U 中表示 ）是一定的 . 因此，当电源线电压一定时， 一台异步电动机的接线方法也是固定的 . 接线错 误将引起电压过低或过高，13星形接U:A =U,三角形接法Ll: =ULA =CjcA对标定接法为，形的电动机，若采用 Y形接法 . 电动机运行或启动时引起的线电压仅为形接法的（3'的电动机若采用 Y电机启动 （启动时电流大）对电网谨成

21、的冲击，启动后再改为接 法人正常运行。而对于标定接法为 Y 形的 电动机，若采用形接法，定子绕组会因电 电动机功率降低。根据这一原理，形形接法启动 . 可减轻图 1-14，三相异步电动机的接线方法a. 星形接法 b. 三角形接法 流过大而损坏。3. 电动机的额定电流 用 I. 表示 . 指三相定子绕组在标定接法 及额定负载时电源供给的线电流 (I1) 。同样，一台电动机采用不同接法时 . 定子绕组中的相电流I 中 与额定电流关系分 别为：星形连接 I 巾 =I1Y =IeY 三角形连接电动机工作s:f,电流随电源线电压及负载而变化。在额定电压下， 电流随负载增减而增减。负载过大使电流超过额定值

22、时，电动机会出现过热而易烧损。在 额定负载下，线电压过高或过低都会便电流超过额定值，亦会导致电动机过热而烧毁。 电动矶启动时，转子导体与旋转磁场的相对速度大，转子导体中 感应电流大，由于互感作用使定子绕组中肋电流也增大， 一般会达到额定电流的 47 倍。因 此，在直接供电电源容量不够大时，必须设法限制启动电流的数值。4. 电动机的功率、 功率因数和效率 输入异步电动机的电功率不 能全部转换为机械功率，部分电能消耗于电路、磁路和克服摩擦阻力之中。(1) 视在功率。三相电压、电流乘积的总和称为视在功率，它是输入电动机的总电功率，用 符号S表示，单位为伏安(VA)或千伏安(kVA)。S=3L71!

23、=tI IL(2) 有功功率。异步电机用于产生电磁力矩(驱动作业机械的机械能)及在绕组电路和铁心 (磁路中所消耗的功率称为有功功率，以Py 表示，单位为瓦 (W)或千瓦 (kW) 。P,=J, 1,'0,4b(3) 无功功率。视在功率并非全部成为有功功率对外作功 . 用于建立交 变磁场的电功率永不gl,以符号Q表示，单位为乏(var)或干乏(kvar)。g 耗掉. 而是在电源和电动机之间不停地往返 (电能与磁场能交替变 换)。这部分电功率称为无功率。14(4) 功率因数。电压与电流相位差的余弦cos 称为电路的功率因数。它反映输入电动机的有功功率在视在功率中所占的比重。cOs= pY/

24、S 功率因数随电动机的负载而变化。电动机在额定负载时的功率因数一般为0.70. 9.负载减轻则功率因数下降，空载 s;l的功率因数仅为0. 203。(5) 效率。电路、磁路和摩擦阻力所消耗的功率(AP)使电动机发热，不对外作功，电动机转轴输出的机械功率 P=PYAP。有功功率转换为输出功率的 程度用效率刁表示。=主)< 100'so7f PY电动机铭牌上或性能规格中标示的是在额定负载时的效率，一般为 0.7O. 9。随着负载减轻，输出功率减少 . 效率降低。 超载时，损耗功率增加 . 效率亦下降。(6) 额定功率。 指在额定电压及额定负载时， 转轴输出的机械功率 . 以符号 Pe

25、 表示。P,=U,I,cos-,7 (1-2)5. 电动机的转速 电动机的转速有同步转速 (n, )和转轴转速 (n) 之分。电动机铭牌上标 出的额定转速就是指在额定功率下的转轴转速； 同步转速是指电动机 旋转磁场的转速，由式 (1 -1)知n, =60f'p。异步电动机的转子转速小于同步转速，其转速差与 同步转速的比值称为转差率，用 S 表示。(ni -n)s= )< 100's0异步电动机在额定转速时的转差率一般为2 'sO5 's0。6. 温升、绝缘等级和定额随着电动机的负载运行，、各种损耗转化的热量将使绕组及铁心的猛度升高，当负载超过额定值长时间运

26、行时， 将导致电动机过热而 烧毁。(1)温升。电动机的温度升高至一定值时将破坏绝缘.为保证电动机正常工作而限制的温度称为允许工作温度。允许工作温度减去规定的环境温度即为电动机的 允许温升。(2 )绝缘等级。电动机绕组绝缘材料的耐热性有不同等级，其允许 工作温度也不同(表1 -1)。按电动机铭牌标示的温升与绝缘等级可确定允许工作温度，便于运行中监测。表1-1电动机的绝缘等级绝缘等环境温度和 温容许温升(升C)容许温度 ( c C)铁心绕组铁心绕组级A（。C4o60k丿Li严1 L55100k丿Li严1 L95E407565115105(3)定额。规定电动机的额定功率，必须考虑电动机的运行方式。根据作业机械的要求， 15机可有连续(S1)、短时(S2)、断续(S3)电种运行方式。连续运行的电动机在额定功 率下可:期连续运行，也可用于短时间运行方式(如水闸门)，这时电动机的输出功率可超出其额定功3)定额。规定电动机的额定功率，必须考虑电动机的运行方式。根据作业机械的要求，电15机可有连续（S1）、短时（S2）、断续（S3）三种运行方式。连续运行 的电动机在额定功率下可:期连续运行，也可用于短时