电动机的基本结构及工作原理

电动机的基本结构及工作原理
交流电机分异步电机和同步电机两大类。

异步电机一般作电动机使用，拖动各种生产机械作功。

同步电机分分为同步发电机和同步电动机两类。

根据使用电源不同，异步电机可分为三相和单相两种型式。

一、异步电动机的基本结构
三相异步电动机由定子和转子两部分组成。

因转子结构不同又可分为三相笼型和绕线式电机。

1、三相异步电动机的定子：
定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。

定子的作用是通入三相对称交流电后产生旋转磁场以驱动转子旋转。

定子铁心是电动机磁路的一部分，为减少铁心损耗，一般由～0.5mm厚的导磁性能较好的硅钢片叠成圆筒形状，安装在机座内。

定子绕组是电动机的电路部分，安嵌安在定子铁心的内圆槽内。

定子绕组分单层和双层两种。

一般小型异步电机采用单层绕组。

大中型异步电动机采用双层绕组。

机座是电动机的外壳和支架，用来固定和支撑定子铁心和端盖。

电机的定子绕组一般采用漆包线绕制而成，分三组分布在定子铁心槽内（每组间隔120O），构成对称的三相绕组。

三相绕组有6个出线端，其首尾分别用U1、U2；V1、V2；W1、W2表示，连接在电机机壳上的接线盒中，一般3KW以下的电机采用星形接法（Y接），3KW以上的电机采用三角形接法（△接）。

当通入电机定子的三相交流电相序改变后，因定子的旋转磁场方向改变，所以电机的转子旋转方向也改变。

2、三相异步电动机的转子：
转子主要由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成。

转子的作用是产生感应电动势和感应电流，形成电磁转矩，实现机电能量的转换，从而带动负载机械转动。

转子铁心和定子、气隙一起构成电动机的磁路部分。

转子铁心也用硅钢片叠压而成，压装在转轴上。

气隙是电动机磁路的一部分，它是决定电动机运行质量的一个重要因素。

气隙过大将会使励磁电流增大，功率因数降低，电动机的性能变坏；气隙过小，则会使运行时转子铁心和定子铁心发生碰撞。

一般中小型三相异步电动机的气隙为～1.0mm，大型三相异步电动机的气隙为～1.5mm。

三相异步电动机的转子绕组结构型式不同，可分为笼型转子和绕线转子两种。

笼型转子绕组由嵌在转子铁心槽内的裸导条（铜条或铝条）组成。

导条两端分别焊接在两个短接的端环上，形成一个整体。

如去掉转子铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，由此而得名。

中小型电动机的笼型转子一般都采用铸铝转子，即把熔化了的铝浇铸在转子槽内而形成笼型。

大型电动机采用铜导条；绕线转子绕组与定子绕组相似，由嵌放在转子铁心槽内的三相对称绕组构成，绕组作星形形联结，三个绕组的尾端连结在一起，三个首端分别接在固定在转轴上且彼此绝缘的三个铜制集电环上，通过电刷与外电路的可变电阻相连，用于起动或调速。

3、三相异步电动机的铭牌：
每台电动机上都有一块铭牌，上面标注了电动机的额定值和基本技术数据。

铭牌上的额定值与有关技术数据是正确选择、使用和检修电动机的依据。

下面对铭牌中和各数据加以说明：
型号异步电动机的型号主要包括产品代号、设计序号、规格代号和特
殊环境代号等。

产品代号表示电动机的类型，用汉语拼音大写字母表示；设计序号是指产品设计的顺序，用阿拉伯数字表示；规格代号是用机座中心高、铁心外径、机座号、机座长度、铁心长度和极数等表示。

例如：Y2 160 M2-2额定电压和联结方式额定电压是指加在电动机定子绕组上的线电压有效值，单位为V或KV。

联结方式是指电动机在额定电压下，三相定子绕组采用的是Y结还是△接。

额定电流指电动机轴上输出额定功率时，电动机定子绕组中的线电流值，单位为A
额定功率指在额定状态下运行时，电动机机轴上输出的机械功率，单位为W或KW，这里要注意的是额定功率不是指电能功率。

绝缘等级指电动机机定子绕组所用的绝缘材料的等级。

电动机所允许的最高工作温度与绝缘材料的绝缘等级有关：
温升温升是指允许电动机绕组温度高出周围环境温度的最大温差。

防护等级电动机外壳防护等级的标志，是以字母“IP”和其后面的两位数字表示的。

IP后的第一位数字表示第一种防护型式（防尘），共分5
个等级，它是指防止人体接触电动机内的带电或转动部分和防止固体异物进
入电动机内部的防护等级。

第二个数字代表第二种防护型式（防水）的等级，共分7个等级，是指防止水进入电动机内部程度的防护等级。

4、三相交流异步电动机工作原理：
(1)当三相异步电机接入三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场。

(2)该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流。

（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。

电机的转速（转子转速）小于旋转磁场的转速，从而叫为异步电机。

它和感应电机基本上是相同的。

s=(ns-n)/ns。

s为转差率，ns为磁场转速，n 为转子转速。

三相异步电动机的转速永远低于旋转磁场的同步转速，使转子和旋转磁场间有相对运动，从而保证转子的闭合导体切割磁力线，感生电流，产生转矩。

转速的差异是异步电机运转的必要条件。

在额定情况下，转子转速一般比同步转速低2-5%。

电动机的拆装
电动机在使用中因故障检查或日常维护等原因，需进行拆卸与装配。

只有掌握正确的拆卸与装配技术，才能保证电动机的修理质量。

1、电动机拆卸前的准备工作
1）准备好拆卸工位与拆卸电动机的专用工具，如拉具、扳手、手锤、螺丝刀、毛刷、木块等；
2）作好相应记录和标记。

在线头、端盖、刷握等处作好标记，记录好联轴器或带轮与端盖之间的相应距离位置。

2电动机的拆卸步骤
1）切断电源后，首先拆除电动机的电源线，并用绝缘胶布包好电源线端头；
2）卸下传动带，拆卸地脚螺栓，将螺母、垫圈等小零件用小盒装好，以免丢失；
3）拆卸带轮或联轴器；
4）卸下风罩和风扇；
5）拆卸轴承和端盖（绕线转子应先提起和拆除电刷、电刷架及引出线）；
6）抽出或吊出转子。

3、电动机主要零件的拆卸方法
1）拆卸带轮（或联轴器）
首先标好带轮的正反面，以免安装时装反；在带轮（或联轴器）的轴伸端作好标记，松下带轮上的压紧螺钉或销子。

装好拉马，注意拉马的中心线要对准电动机轴的中心线，转动拉马的丝杆。

2）拆卸轴承盖和端盖
在端盖与机座间作好标记，便于装配时复位。

逐个拧松端盖上的坚固螺栓，用螺钉旋具将端盖按对角线一先一后的向外扳撬，把端盖取下。

对于较大的电动机因端盖较重，应先把端盖用超重设备吊住，以免拆卸时端盖摔破或碰伤绕组。

3）刷架、风罩和风扇叶的拆卸
绕线转子异步电动机的电刷在拆卸前应先作好标记，便于复位。

然后松
开刷架弹簧，抬起刷握，卸下电刷，取下刷架。

封闭式电动机的带轮或联轴器拆除后，松开风罩的固定螺钉，取下风罩，再将风扇的定位销或定位螺钉拆下，将风扇拉出。

4）轴承的拆卸
拆卸轴承有两种方法：一种是用轴承拉马，将轴承拉马的抓钩紧紧地扣住轴承内圈，然后把轴承慢慢拉下来；另一种是敲打法，将转子垂直放置，轴承与转子间用隔板架置，转子上部垫上铜棒，用铁锤敲打铜棒拆下轴承。

若安装轴承时，可将轴承套在转轴上，用一个内径略大于轴的铁圆套筒套装在转轴上，筒壁应能很好地顶住轴承内圈，用铁锤均匀敲打套筒将轴承安装到位。

5）拆卸转子
端盖拆下后，可抽出转子。

此时必须仔细，不能碰伤绕组、风扇、铁心和轴颈等。

对于小型电动机，可单人双手抽出，也可双配合人取出。

对于大中型的电动机，转子较重，可在轴上另套一加长钢管，由多人配合抬出或用起重机械将转子吊住平移取出。

4电动机的装配与检验
装配电动机时可按拆卸工序的逆步骤进行。

装配后的电动机应进行以下检查：
1）检查电动机的转子转动是否轻便灵活，若转子转动不灵活，应调整端盖紧固螺栓的松紧程度，使之转动灵活。

检查绕线转子电动机的刷握位置是否正确，电刷在刷握内有无卡阻，电刷与集电环接触是否良好。

2）检查电动机的绝缘电阻值，用绝缘电阻表测电动机定子绕组相与相、各相对机壳之间的绝缘电阻；对于绕线转子异步电动机，还应检查转子绕组
及绕组对机壳之间的绝缘。

所测的绝缘电阻值应在Ω以上，说明绝缘电阻达到工作要求（电动机绝缘电阻一般按1KV一个MΩ计算，如我公司磨机主电机额定工作电压为6KV，所以电机绝缘电阻应达到6 MΩ以上）。

3）根据电动机的铭牌与电源电压正确接线，并在电动机外壳上安装好接地线，通电后用钳形电流表分别检测三相电流是否平衡。

三相空载电流的偏差值应小于10%。

三相空载电流与额定电流的百分比（单位：%）
电气识图原则
生产机械电气控制线路常用电路图、接线图和布置图来表示。

在实际中，电路图、接线图和布置图要结合起来使用。

1.电路图
电路图能充分表达电气设备和电器的用途、作用和工作原理，是电气线路安装、调试的维修的理论依据。

识读电路图时应遵循以下的原则：
1）电路图一般分电源电路、主电路和辅助电路3部分绘制。

①电源电路画成水平线，三相交流电源相序L1L2L3自上而下依次画出，中性线N和保护接地线PE画在相线之下。

直流电源的正极画在上边，负极画在下边。

电源开关要水平画出。

②主电路是由主熔断器、接触器和主触头、热继电器的热元件以及电动机等组成。

主电路通过的电流较大。

主电路画在电路图的左侧并垂直电源电路。

③辅助电路一般由主令电器的触头、接触器线圈及辅助触头、继电器线圈及触头、指示灯和照明灯等组成。

它通过的电流较小，一般不超过5A。

辅助电路要跨接在两相电源线之间，一般按照控制电路、指示电路和照明电路的顺序依次垂直画在主电路的右侧，且与下边电源线相连的耗能元件要画在电路图的下方，而电器的触头要画在耗能元件与上边电源线之间。

一般应按照自左至右、自上而下的排列来表示操作顺序。

2）电路图中，各电器的触头位置都按电路未通电和电器未受外力作用时的常态位置画出。

分析原理时，应从触头的常态位置出发。

3）电路图中，不画出电器元件实际的外形图，而采用国家统一规定的电气图形符号画出。

4）电路图中，同一电器的各个元件不按它们的实际位置画在一起，而是按其在线路中所起的作用分别画在不同的电路中，但它们的动作却是相互关联的，因此，必须标注相同的文字符号。

5）一般识看电路图时，有直接电联系的交叉导线连接点，用小黑圆点表示；无直接电联系的交叉导线则不画小黑圆点。

6）电路图采用电路编号法，即对电路中的各个接点用字母或数字编号。

①主电路在电源开关的出线端按相序依次编号为U11、V11、W11。

然后按从上到下、从左到右的顺序，每经过一个电器元件后，编号要依次递增，如U12、V12、W12；U13、V13、W13……单台三相交流电动机的3根引出线相序依次编号为U、V、W。

对于多台电动机引出线的编号，为了不致引起误解和混淆，可在字母前用不同的数字加以区别，例如：1U、1V、1W；2U、2V、2W……。

②辅助电路编号按“等电位”原则从上而下、从左至右的顺序用数字依次编号，每经过一个电器元件后，编号要依次递增。

控制电路编号的起始数字必须是1，其他辅助电路的起始数字依次递增100，如照明电路编号从101开始；指示电路编号从201开始等。

2.接线图
识读接线图时应遵循以下的原则：
1）接线图中一般示出如下内容：电气设备和电器元件的相对应位置、方案符号、端子号、导线号、导线类型、导线截面积、屏蔽和导线绞合等到。

2）所有的电气设备和电器元件都按其所在的实际位置绘制在图样上，且同一电器的各元件根据其实际结构，使用与电路图相同的图形符号画在一起，并用点画线框上，其文字符号以及接线端子的编号应与电路图中的标注一致，可以方便对应检查接线。

3）接线图中的导线有单根导线、导线组、电缆等之分，可用连续线和中断线来表示。

凡导线走向相同的可以合并，用线束来表示，到达接线端子
或电器元件的连接点时再分别画出。

在用线束来表示导线组、电缆等时可用加粗的线条表示，在不引起误解的情况下也可采用部分加粗。

另外，导线及管子型号、根数和规格应标注清楚。

3．电动机基本控制线路的安装步骤
电动机基本控制线路的安装，一般应按以下步骤进行：
1）识读电路图，明确线路所用电器元件及其作用，熟悉线路的工作原理。

2）根据电路图和元件明细表配齐电器元件，并进行检验。

3）根据电器元件选配安装工具和控制板。

4）根据电路图绘制和接线图，然后按要求在控制板上固装电器元件，并贴上醒目的文字符号。

5）根据电动机容量选配主电路导线的截面积。

6）根据接线图布线，同时将剥去绝缘层的两端线头套上标有与电路图相一致编号的编码套管。

7）安装电动机。

8）连接电动机和所有电器元件金属外壳保护接地线。

9）连接电源、电动机等控制板外部的导线。

10）自检、校验、通电试验。

4.电动机接触器联锁正反转控制线路
1)正转控制
-→KM1辅助常开触头闭合自锁-→电动机M起动连续正转按下SB1→KM1线圈得电--→KM1主触头闭合
-→KM1辅助常闭触头分断对KM2联锁
2）反转控制
-→KM1辅助常开触头分断解除自锁-→电动机M失电停转
按下SB3→KM1线圈失电--→KM1主触头分断
-→KM1辅助常闭触头恢复闭，合解除对KM2联锁
-→KM2辅助常开触头闭合自锁-→电动机M起动连续反转
按下SB2→KM2线圈得电--→KM2主触头闭合
-→KM2辅助常闭触头分断对KM1联锁。