电动机的构造及原理

第一节三相异步电动机的构造与工作原理

一、三相异步电动机的构造

三相异步电动机由两个基本部分组成：定子和转子。图4-1表示了异步电动机的结构。

1、定子

定子在空间静止不动，主要由定子铁心、定子绕组、机座、端盖等部分组成。

1）定子铁心

定子铁心呈圆筒状，装入机座内，它是电机主磁通磁路的一部分。为了减小铁心损耗，它是由厚度为0.5mm、片间用绝缘漆绝缘的硅钢片叠装压紧而成。硅钢片的形状如图4-2所示定铁心圆周内表面沿轴向有均匀分布的直槽，用以嵌放定子绕组。为了增加散热面积，当定子铁心比较长时，沿轴线方向上每隔一定距离有一条通风沟。

2）定子绕组

定子绕组由在空间相差1200电角度、对称排列的结构完全相等的三相绕组组成。为了产生多对磁极的旋转磁场，每相绕组可以由多个线圈串联组成。每相绕组的各个导体按照一定的规律分散嵌放在定子铁心槽内。

三相定子绕组要与交流电源相接。为此，将三相定子绕组的首、末端都引到固定在电动机外壳的接线盒上。盒内有六个接线柱，分别标注字母U1、U2、V1、V2、W1、W2，这是我国电机生产厂家统一使用的标记。三相绕组首、末端新旧标注字母的对比如表4-1所示。

表4-1三相电机三相定子绕组首、末端新旧标注字母表

首端末端备注

第一相绕组U1 U2 旧标记是D1、D4

第二相绕组V1 V2 旧标记是D2、D5

第三相绕组W1 W2 旧标记是D3、D6

通常电机三相定子绕组的首、末端都是从机座上的接线盒内引出。图4-3是接线盒的示意图。根据电源电压的不同，三相定子绕组可作星形或三角形联结，其接线方法如图4-4所示。例如电源的线电压为380V，如果电动机定子的额定电压为220V，则绕组必须接成星形；如果电动机定子的额定电压为380V，则绕组必须接成三角形。只有这样，才能保证各相绕组在其额定电压下工作。我国生产的三相异步电动机，凡容量在4KW及以上的，其定子绕组一般为三角形接法。

图4-3是接线盒的示意图。

3）机座

机座通常由铸铁或铸钢制成，是整个电机的支撑部分。为了加强散热能力，其外表面有散热筋。

2、转子

转子是电动机的旋转部分，转子由转子铁心和转子绕组组成。

1）转子铁心

转子铁心是电动机主磁通磁路的一部分。转子铁心固定在转轴上，可绕轴转动。与定子铁心一样，转子铁心也是由0.5mm厚的硅钢片冲压而成。，如图4-2所示。转子外表面分布有冲槽，槽内安放转子绕组。

2）转子绕组

转子绕组是自成闭路的短路线圈。转子绕组不需外接电源供电，其电流是由电磁感应作用产生的。它有两种结构形式：笼型转子和绕线型转子。图4-5为笼型转子示意图、图4-6为绕线型转子示意图。

（1）笼型转子

笼型转子是在铁心槽内放置铜条，铜条两端用铜制短路环焊接起来。如图4-5（a）所示。如果将定子铁心去掉，转子绕组的形状如图4-5(b)所示，其邢如鼠笼，故称之为笼型转子。现在，中、小型笼型电动机的转子—般都采用铸铝转子，采用压力浇铸或离心浇铸的方法将转子槽中的导体、短路环以及端部的风扇铸造在一起，与转子铁心形成一个整体，如图4-5(c)所示。

笼型转子的优点是构造简单、价格便宜、运行安全可靠，使用方便，成为使用最广泛的一种电动机。

（2）绕线式转子

绕线式转子的绕组与定子绕组—样，也是三相对称绕组，按—定规律嵌放在转子表面的冲槽内。转子绕组通常接成星形，其三个末端连在一起，埋设在转子内，而三个首端则连接到装在转轴一端的三个铜制滑环上。三个滑环之间，以及它们与转轴之间都是彼此绝缘的。滑环与固定在端盖上的电刷架内的电刷滑动接触。三相绕组的首端就通过这种电刷、滑环结构与外部变阻器相连接，如图4-6所示。转动可变电阻器的手柄，可调节串入每相绕组的电阻值，并可使之短路。

绕线型转子的结构比较复杂，价格也比较贵。但是由于它的转子绕组内可以串入电阻或某种电子控制电路，使之具有较好的起动和调速特性。一般用于对起动特性要求较高的场合，如大型机床和某些起重设备上。

笼型转子与绕线式转子只是在结构上有所不同，它们的工作原理是一样的。

为了保证转子能够自由旋转，在定子与转子之间必须留有一定的空气隙。中小型电动机的空气隙约在0.2～1.5mm之间。气隙的大小对异步电动机的运行有很大影响。气隙越小，则磁路中磁阻越小，定子与转子之间的相互感应作用就越好，可以降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数。但是气隙过小，会对电机的装配带来困难，对定转子的同心度要求也会很高，并导致运行不可靠。

二、三相异步电动机的铭牌

每台异步电动机的机座上都钉有一块铭牌，上面标出该电动机的主要技术数据，了解铭牌上数据的意义，才能正确选择、使用和维修电动机。

1、型号三相异步电动机的型号表明了电动机的类型、用途和技术特征。如Y系列的三相异步电动机Y180M2-4，其型号组成中各符号表示的意义如下。

2、额定功率PN表示电动机在额定工作状态下运行时，转轴上输出的机械功率。单位是瓦（W）或千瓦（kW）。其中UN为额定电压，IN为额定电流，cosφ N为额定功率因数，ηN为额定效率。

对于额定电压380V的三相异步电动机，其cosφ NηN乘积大致在0.8左右，所以根据上式，可估算出额定功率PN和额定电流IN之间的大小关系：IN≈2 PN，式中PN单位是kW，IN单位是A。

3、额定电压UN指电动机定子绕组规定使用的线电压，单位是伏（V）或千伏（kV）。如果铭牌上有两个电压值，则表示定子绕组在两种不同接法时的线电压。按国家标准规定，电动机的电压等级分为220V、380V、3000V、6000V和10000V。其中3000V 以上的电动机很少。

4、接法指电动机在额定电压下定子三相绕组的联结方法。若铭牌写△，额定电压写380V，表明电动机额定电压为380V时应接△形。若电压写成380／220V，接法写丫／△，表明电源线电压为380V时应接成丫形；电源线电压为220V时应接△形。我国多数地区低压电线电压为380V。

5、额定电流IN指电动机在额定情况下运行时电源输入电动机的线电流。单位是安培（A）。如果铭牌上标有两个电流值，表示定子绕组在两种不同接法时的线电流。数值大的对应三角形接法，数值小的对应星形接法。

6、额定频率fN指输入电动机交流电的频率，单位是赫兹（Hz）。我国的工业用电频率为50 Hz。

7、额定转速nN表示电动机在额定运行情况下的转速，单位为转／分（r／min）。

8、绝缘等级与温升绝缘等级表示电动机所用绝缘材料的耐热等级。温升表示电动机发热时允许升高的温度。

三、三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理是基于电磁感应的基础上的。因此在具体讨论工作原理之前，先分析讨论三相异步电动机的旋转