电机的结构及工作原理

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 Y YR YB YQ 汉字意义 异 异绕 异爆 异起
老代号
J、JO JR、JRO JB、JBO JQ、JQO
2. 接法
W2 U2 U1 V1 V2
定子三相绕组的联接方法。通常
电 机 容 量 3kW Y 联 结
7.2 三相异步电动机的转动原理
7. 2. 1 旋转 磁场 1.旋转磁场的产生
定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)
iA
i A I m sint iB I m sint 120 iC I m sint 120
Im
A Z X Y
i i A
iB iC
t
iC C
（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。
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。
V1
起动
U1
V1
Y起动
U2
V2
W1
W2
三相异步电动机的正、反转 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。
电源 U V W
~
电源
U V W
~
电动机 正转
M 3~
M 3~
电动机 ຫໍສະໝຸດ Baidu转
3.1 三相异步电动机铭牌数据
1. 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y 132 M－4
磁极数( 极对数 p = 2 ) 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。
P1
P2 P1
3U N I N cos
鼠笼电机
=72~93％
6. 功率因数 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。
cos
O
7. 额定转速 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
iB
B
o
ii i i C A B Im
o
()电流入
Y
A
n0
Z
t
C
X B
规定
i : “+”
i : “–”
首端流入，尾端流出。
尾端流入，首端流出。
(•)电流出
三相电流合成磁 动画 场 的分布情况
Im
i iA
iB iC
t
o
600
A
n0
Y
60
Y
N
A Z
A Z C
Y
N
Z
C X
S
C B
S
X B
S
X
N
（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。
B
t 90 t 60 t 0 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
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° 2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序 i i 任意调换两根电源进线 iB iC A Im I m (电路如图) iA A 0 o
C X
S
B
p 1
t 0
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。
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y A
Z
B X
iB
B Z
A Y
C
iA
A
iC
iB
Im
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
2.1 三相异步电动机的构造
转轴
接线盒
端盖
定子 铁心
定子 绕组
风扇
转轴
接线盒 机座
转子 罩壳
电气学院 李志平
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
定子铁 心冲片
铁心
U1
（U相）
U2
电气学院 李志平
三相定子绕组
2.转子
鼠笼式
绕线式 鼠笼转子
铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式转子
可见: 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
7. 2. 2 电动机的转动原理
1. 转动原 理 定子三相绕组通入三相交流电
Y
v
C
A
n0
F
Z
N
60 f 1 n0 ( 转 /分 ） p 旋转磁场
方向:顺时针 切割转子导体
F
B
S
X
Blv
右手定则
感应电动势 E20
感应电流 I2 旋转磁场
电磁转矩T
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系 60 f 1 n0 ( 转 /分 ) p 极对数
同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
p 1
p2
p3
p4
360
180
3000(转/分）
1500(转/分）
120
1000(转/分）
750 (转/分 ）
90
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。 三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。
4. 电流 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 例如： Y / 6.73 / 11.64 A 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 。 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。
A
n 0 3000 ( 转 / 分 ）
A Y C
N
Z Y B
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
S
X
X
X
p=2时
C
X
Y
A
N

30
Z
C
B

Y
A
Z
B
S
Z

S
A
X
S
N

B

n0

X
N
B
Y
C
Z
N
A Y
S
C
X
Im
i iA iB iC
t 0
t 60
0
t
60 f 1 n0 1500 (转 /分 ） 2
（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
Bli
左手定则
电磁力F
n
7. 2. 3 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 n n0 如果: n n0 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条 无转子电动势和转子电流 无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 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。
一、电机的分类及应用
电动机 直流电机 电机 交流电机 发电机 特殊电机 异步电机 （笼型、 绕线型） 单相异步电机 同步电机 三相异步电机
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。
动画
t
iB B
iC
Y X Z C
Z
A A
A A
S
Y
Z C
Y
S
结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。
N
B
C
B
N
X
X
t 0
t 60
3.旋转磁场的极对数P
iA
A
Z X Y
Im
i i A
iB iC
t
A Z
o
B
Y
iC C
iB
N
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：
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）。
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。
PN
注意：实用中应选 择容量合适的电机， 防止出现 “大马拉 P2 小车” 的现象。
n0 n N 额 定 转 差 率s N n0 如： n N =1440 转/分 sN = 0.04
8. 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(105º C)，H 级最高(180º C)。
X
Y
A
N

Z

B
S
Z

S
A
B
X
N
Y
C
i iA iB iC
t
极对数
p2
动画
0
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 p=1时
n0 60 f1 (转/分） 0 o 工频： f1 50 Hz
Im I m
i i A
iB iC
t
Y－ 起动器接线简图
静触点
W1 L3 V2 U2 L2 V1 W2 L1 U1
L3 L2 L1 S FU
动触点 动触点
U2
V2
△
U1
V1
Y
W1
W2
Y－ 起动器接线简图
S
W1 L3 V2 U2 L2 V1 W2 L1 U1
L3 L2 L1
U1 + + UP Ul ＿W2 U2
＿
FU
W1
V2
电 机 容 量 4 kW 联 结
接线盒
W1
U1
W2 U2 V2
W2 U2 V2
W2 U2 V2 W2 U1 W1
W1
V1
Y 联结
U1 V1 W1
V2
U2 U V W 1 1 1 V1
联结
3. 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。
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。
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。 转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电 流。
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。