电机的结构及工作原理

电动机发电机电机直流电机交流电机同步电机

异步电机（笼型、绕线型）特殊电机三相异步电机单相异步电机一、电机的分类及应用特殊电机：单相异步电机（电冰箱、电风扇、洗衣机等）；

伺服电机、测速发电机（激光打印机、数控加工中心）

步进电机（反应式步进电动机）伺服电机：将输入的电压信号（即控制电压）转换成轴上的角位移或角速度

输出。测速发电机：测速发电机作检测元件，可将电机轴上的机械转速转换为电压

信号输出，输出电压与机械转速成正比，输出电压极性反映电

动机的旋转方向。步进电机：电脉冲信号→角位移或直线位移。给步进电动机输入一个电脉冲

信号时，它就转过一定的角度或移动一定的距离。由于其输出的

角位移或直线位移可以不是连续的，因此称为步进电动机。

异步电动机是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛应用于工业（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、农业（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、家用电器（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。直流电动机与交流电动机相比，虽然结构复杂，使用维护较麻烦，价格贵，但由于直流电动机具有调速性能好、起动转矩大等优点，被广泛地应用于起重机械、运输机械（挖掘机、电力机车、船舶推进器）、冶金传动机械（矿井卷扬机）、精密机械设备（纺织机、造纸机、金属切削机床）、轧钢机及自动控制系统（小容量的直流电动机）等领域。1.1直流电机的结构直流电机主要由定子和转子(电枢)两大部分构成。1、电机中静止不动的部分就是定子。定子的主要作用是产生主磁场并作为机械支撑，它主要由主磁极、换向磁极、机座和电刷装置组成。（1）主磁极主磁极的作用时产生主磁场。永磁电动机的主磁极直接由不同极性的永久磁体组成。励磁电动机的主磁极则由主磁极铁心和主磁极绕组两部分组成。主磁极铁心一般用1~1.5mm薄钢板冲制成型后，再用铆钉铆紧成一个整体，最后用螺钉固定在机座上。

（2）换向磁极

换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善换向，使电机在运行时电刷下不会产生有害的火花。它由换向铁心和换向绕组两部分构成。（3）机座

机座是直流电机的外壳，一方面用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，另一方面也是电机磁路的一部分，这部分磁路称为定子磁轭（4）电刷装置

电刷装置的作用是用来固定电刷，并使电刷与旋转的换向器保持滑动接触，将转子绕组与外电路接通，使电流经电刷输入转子或从转子输出。电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座、压紧弹簧以及汇流条等构成。对电刷的要求是既要有良好的导电性，又要有较好的耐磨性，因此电刷一般用石墨粉压制而成。电刷放置在电刷盒内，并用弹簧把电刷压紧在换向器表面。调整压紧弹簧的压力，保证电刷与换向器表面有良好的滑动接触。刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上，彼此绝缘，刷杆座装在端盖或轴承盖上，位置可以移动，用以调整电刷位置。（5）前、后端盖

端盖用来安装轴承和支撑整个转子的重量，一般为铸钢件。2、转子通称为电枢，是电机旋转的部分。转子的作用是产生感应电动势和电磁转矩，它主要由转子铁心、转子绕组、换向器、转轴和风扇组成。（1）转子铁心转子铁心是电机主磁路的一部分，在铁心槽内嵌放转子绕组。为减小损耗，提高电机机械效率，转子铁心一般用0.35~0.5mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。在硅钢片的外缘冲有均匀分布的槽，用以嵌放转子绕组

（2）转子绕组

转子绕组是指所有放置在转子铁心槽中的线圈的总称，它用来产生感应电动势和通过电流，实现机电能量的相互转换。

（3）换向器是直流电机中的重要组成部分，在直流电动机中，换向器与电刷共同作用将外加直流电流变换为转子绕组内的交流电流；在直流发电机中，它将绕组中的交变电动势和电流转换成电刷两端的直流电动势和直流电流。（4）转轴的作用是支撑转子铁心和传递转矩。为了使电机能安全、可靠的运行，它必须具有足够的强度和刚度，以保证负载运行时气隙均匀及转轴本身不致断裂。转轴一般用合金钢锻压加工而成。（5）风扇

风扇是用来降低电机在运行中的温升。直流电机的工作原理2.1

三相异步电动机的构造接线盒转轴机座定子铁心定子绕组接线盒端盖罩壳风扇转子转轴1.定子

三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。定子绕组机座铁心定子铁心冲片U1U2（U相）三相定子绕组

转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)

鼠笼式转子

铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：

结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。7.2

三相异步电动机的转动原理7.2.1旋转磁场

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生oo规定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出()电流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600动画oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。动画任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0to3.旋转磁场的极对数P

当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：otAXBYCZAXYCBZ

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC极对数动画旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'04.旋转磁场的转速工频：

旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时0旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:7.2.2电动机的转动原理1.转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩TnF7.2.3转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流

转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。Y－起动器接线简图L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△动触点Y动触点静触点Y－起动器接线简图Y起动L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起动UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2

方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转三相异步电动机的正、反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~3.1

三相异步电动机铭牌数据1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.电压例如：380/220V、Y/是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。

三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,

及6000V等多种。4.电流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。

5.功率与效率鼠笼电机

=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数PN

三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cosO如：n

N=1440转/分

sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。

同步电动机在结构上比异步机复杂，但比直流机简单。和同容量的直流机相比，它具有效率高，过载能力大，体积小，转动惯量小，等优点，并可做到大容量、高电压、高转速。和异步电动机调速系统相比，它具有功率因数高、转子参数可测、效率高、控制性能好等优点。4.1

同步电动机

同步调速系统的缺点

（1）同步机需在转子侧加一套励磁装置，其维护量增加。

（2）同步机的控制比异步机的复杂。

同步机的定子（电枢）和三相异步电动机的一样；而它的转子是磁极，由直流励磁。4.1.1

同步电动机的工作原理4.1

同步电动机1.转动原理定子三相绕组通入三相交流电旋转磁场转子转速接近n0时，对转子励磁。转子磁场因受定子磁场磁拉力的作用而随定子磁场同步旋转，达到同步转速。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等。7.10.4同步机的用途同步电动机：用于拖动恒速运转的大、中型机械负载。调相机：实为不带负载的同步电动机，用于改善电网的功率因数。

单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。定子定子绕组转子AA'NS7.11.1

单相异步电动机的工作原理7.11

单相异步电动机

为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。7.11.2电容分相式异步电动机

电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，一个是工作绕组A–A'，另一个是起动绕组B–B',两个绕组在空间相隔90º。起动时，B–B'绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90º，即可获得所需的旋转磁场。电容分相式异步电动机iAS••ABB'•••A~iB设两相电流为两相电流正弦波形如图所示。工作绕组iBiAO起动绕组ABB'A'ABB'A'ABB'A'两相旋转磁场动画450900iBiAOS•••ABB'•••iAiBA12~实现正反转的电路

改变电容C的串联位置，可使单相异步电动机反