第4章電機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行電能與機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械稱(chēng)為電機(jī)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱(chēng)為發(fā)電機(jī)，把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)分類(lèi):

1.按電源的種類(lèi)分:交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。2.按外殼尺寸或功率的大小分:大、中、小型和微型電動(dòng)機(jī)。

大型電動(dòng)機(jī):1000kW以上

中型電動(dòng)機(jī):100～1000kW

小型電動(dòng)機(jī):0.6～100kW

微型電動(dòng)機(jī):數(shù)百毫瓦到數(shù)百瓦。

24．1三相異步電動(dòng)機(jī)4．1．1基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)由兩個(gè)基本部分組成：定子和轉(zhuǎn)子，按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同又分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)兩類(lèi)。3定子繞組是用絕緣銅線(xiàn)或鋁線(xiàn)繞制而成，對(duì)稱(chēng)三相定子繞組U1—U2、V1—V2、W1—W2按一定規(guī)律嵌放在槽中，六個(gè)接線(xiàn)端都引到機(jī)座外的接線(xiàn)盒中，以便將其作星形或三角形聯(lián)結(jié).41.定子

轉(zhuǎn)子主要由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等組成。

按轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)不同，轉(zhuǎn)子分為籠型轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子兩種。

52.轉(zhuǎn)子（1）籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子：中小型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子常用鑄鋁轉(zhuǎn)子，即采用離心鑄鋁法將熔化了的鑄鋁在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)成為一個(gè)整體，連兩端的短路環(huán)和風(fēng)扇葉片一起鑄成，如圖4.6。6（2）籠型銅條轉(zhuǎn)子：即在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)放置沒(méi)有絕緣的銅條，銅條的兩端用短路環(huán)焊接起來(lái)，形成一個(gè)籠子的形狀，如圖4.7所示。主要用于功率較大的異步電動(dòng)機(jī)上。7

三相異步電動(dòng)機(jī)一接上電源，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，這是什么原因呢?

在一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的馬蹄形磁極中間，放一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的籠型轉(zhuǎn)子.當(dāng)用手搖動(dòng)馬蹄形磁極使之轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子也隨磁極一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果三相異步電動(dòng)機(jī)通入三相交流電后能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，則轉(zhuǎn)子也會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。84.1.2工作原理1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

當(dāng)三相對(duì)稱(chēng)電流通入三相異步電動(dòng)機(jī)定子的三相對(duì)稱(chēng)繞組時(shí)，就在定子內(nèi)建立起一個(gè)在空間連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，此磁場(chǎng)稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。9

（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

圖4.9,定子鐵心有六個(gè)槽，三相繞組U1—U2、V1—V2、W1—W2在空間互差120°，末端U2、V2、W2形成星形聯(lián)結(jié)，繞組的首端U1、V1、W1分別接在三相對(duì)稱(chēng)電源U、V、W相上，繞組中便有三相對(duì)稱(chēng)電流通過(guò)。波形如圖4.10。11

在正半周時(shí)，電流從繞組的首端流進(jìn)，末端流出；在負(fù)半周時(shí)，電流從末端流進(jìn)，首端流出。

當(dāng)ωt=0o時(shí)，合成磁場(chǎng)按右手螺旋定則畫(huà)出，如圖4.10(a)。磁場(chǎng)是兩極的，即磁極對(duì)數(shù)p=1。

當(dāng)ωt=120o時(shí)，如圖4.10(b)，仍有p=1，但合成磁場(chǎng)在空間的位置已按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了120°。

同理，可畫(huà)出ωt=240o和ωt=360o時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖4.10(c)、(d)所示，合成磁場(chǎng)在空間的位置已分別按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了240°和360°。

由此可見(jiàn):

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相對(duì)稱(chēng)電流后，在電動(dòng)機(jī)中所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是一個(gè)在空間旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。12(2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向

由圖，當(dāng)電流相序?yàn)閁→V→W時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，由U→V→W；當(dāng)電流相序?yàn)閁→W→V，發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)將按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。

所以：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向總是同通入定子三相繞組中電流的相序一致。（3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與三相定子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。若電流的頻率為f1，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的轉(zhuǎn)速：13旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0也稱(chēng)為同步轉(zhuǎn)速。14

2.轉(zhuǎn)動(dòng)原理當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接通三相電源以后，定子繞組便有三相對(duì)稱(chēng)電流通過(guò)，在空間產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖4.11所示。轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)將切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，使之產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)→感應(yīng)電流→電磁力→電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子便在T的作用下順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。U1U2V1V2W1W2++???+++轉(zhuǎn)子定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0n

轉(zhuǎn)子總是以

的轉(zhuǎn)速,與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沿同一方向旋轉(zhuǎn)。因此，這種電動(dòng)機(jī)稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)。

顯然，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值

是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的必要條件。此差值與同步轉(zhuǎn)速之比，稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即16

在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，

；隨著n的上升，s不斷下降；當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，它的額定轉(zhuǎn)差率sN

很小，一般為1%～8%。式(4.3)也可以為

要改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只需改變?nèi)嚯娫吹南嘈颍呀拥蕉ㄗ尤嗬@組首端上的任意兩根電源線(xiàn)對(duì)調(diào)即可，如圖4.12所示。例4.1有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN=1430r/min，求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率。解:nN=1430r/min，與其最接近的同步轉(zhuǎn)速為:n0=1500r/min

由表4.1可知，電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)

，

故電動(dòng)機(jī)為4極電動(dòng)機(jī)。額定轉(zhuǎn)差率為

184.1.3電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性1.電磁轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)能轉(zhuǎn)動(dòng)是由于電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，電磁轉(zhuǎn)矩決定了電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的能力。(1)電磁轉(zhuǎn)矩

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流，在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通的作用下產(chǎn)生電磁力，電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩T。異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為

式中，kT是一個(gè)取決于電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的常數(shù)，轉(zhuǎn)子電流I2、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosψ2、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每相磁通Φ19(2)轉(zhuǎn)矩特性

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性是指在電源電壓為定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系，

如圖4.13。

可以看出，s在0與1之間。當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通電源,轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬間，s=1，其對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩T稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。如果起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子將升速，轉(zhuǎn)差率s隨之減小。當(dāng)s=sm時(shí)，電動(dòng)機(jī)可產(chǎn)生一個(gè)最大轉(zhuǎn)矩Tm。20

2.機(jī)械特性機(jī)械特性是指在電源電壓不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n之間的變化關(guān)系，即

曲線(xiàn)，如圖。

曲線(xiàn)上的兩個(gè)區(qū)域和三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩

(1)穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)

以最大轉(zhuǎn)矩Tm為界，分為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)(ac段)和不穩(wěn)定區(qū)(cd段)。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在穩(wěn)定區(qū)上某一點(diǎn)(如b點(diǎn))時(shí)，保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL變化，電磁轉(zhuǎn)矩T將隨之變化達(dá)到新的平衡而穩(wěn)定運(yùn)行。21

例如由于某種原因負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增加(如切削機(jī)床的進(jìn)刀量加大)，則在該瞬間T＜TL，于是轉(zhuǎn)速n下降，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)增大，直到增大到T=TL時(shí)，n不再降低,將有:

TL↑(T＜TL)→n↓→T↑→T=TL

反之，若負(fù)載轉(zhuǎn)矩由于某種原因突然減小，將有:

TL↓(T＞TL)→n↑→T↓→T=TL

電動(dòng)機(jī)將在較高的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。

可見(jiàn):

在TL不超過(guò)Tm的情況下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩必定隨負(fù)載而變化，最后達(dá)到平衡并穩(wěn)定運(yùn)行。22

如果電動(dòng)機(jī)工作在不穩(wěn)定區(qū)，則電磁轉(zhuǎn)矩不能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，因而不能穩(wěn)定運(yùn)行。(2)三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩

①

額定轉(zhuǎn)矩TN額定轉(zhuǎn)矩:電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率時(shí)，其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的功率等于角頻率ω和轉(zhuǎn)矩T的乘積，即P=ωT，

故:式中ω的單位為rad/s，PN的單位為kW，n的單位為r/min，TN的單位為N·m。為了避免電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，一般不允許電動(dòng)機(jī)在超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩的情況下長(zhǎng)期運(yùn)行，但允許短期過(guò)載運(yùn)行。23例4.2有Y160M-4及Y180L-8型三相異步電動(dòng)機(jī)各一臺(tái)，額定功率都是11kW，前者額定轉(zhuǎn)速1460r/min，后者額定轉(zhuǎn)速730r/min，分別求它們的額定輸出轉(zhuǎn)矩。解：對(duì)Y160M-4型電動(dòng)機(jī)而言

對(duì)Y180L-8型電動(dòng)機(jī)而言

由此可見(jiàn):輸出功率相同的異步電動(dòng)機(jī)如極數(shù)多,則轉(zhuǎn)速就低,輸出轉(zhuǎn)矩就大;極數(shù)少,轉(zhuǎn)速高,則輸出轉(zhuǎn)矩就小。24②

最大轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tm:電動(dòng)機(jī)能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的機(jī)械負(fù)載不可超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩，否則

導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)。堵轉(zhuǎn)時(shí)電流達(dá)到額定電流的4～7倍。

為了描述電動(dòng)機(jī)允許的瞬時(shí)過(guò)載能力，通常用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值Tm/TN來(lái)表示，稱(chēng)為過(guò)載能力λm，即

一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力為1.8～2.2。

③

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

電動(dòng)機(jī)在接通電源被起動(dòng)的最初瞬間，n=0，s=1，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱(chēng)為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。

如果起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即Tst＜TL，則電動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)。這時(shí)與堵轉(zhuǎn)情況一樣，電動(dòng)機(jī)的電流達(dá)到最大，容易過(guò)熱。

如果起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即Tst＞TL，則轉(zhuǎn)速n越來(lái)越高，電磁轉(zhuǎn)矩T增大，隨著n的升高，T又逐漸減小，直到T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)就以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行。

26

異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力通常用起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值Tst/TN來(lái)表示，稱(chēng)為起動(dòng)能力λst，即

一般三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力不大，λst約為1.0～2.2。例4.3有一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率為30kW，額定轉(zhuǎn)速為1470r/min，λst=1.2，λm=2，額定效率ηN=0.88，求額定轉(zhuǎn)矩TN、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst、最大轉(zhuǎn)矩Tm及額定輸入功率P1N。

解：由式4.6可知，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為

27起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T(mén)st=1.2TN=1.2×194.9N·m=233.9N·m最大轉(zhuǎn)矩為T(mén)m=2TN=2×194.9N·m=389.8N·m額定輸入功率為kW4.1.4銘牌數(shù)據(jù)、使用與維護(hù)1．銘牌數(shù)據(jù)電動(dòng)機(jī)的外殼上都有一塊銘牌，標(biāo)志著這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的主要規(guī)格，如型號(hào)、額定數(shù)據(jù)、使用條件等項(xiàng)目，它對(duì)于電動(dòng)機(jī)的正確使用、維護(hù)、維修都是必不可少的。（1）型號(hào)表示電動(dòng)機(jī)的品種、規(guī)格，由字母和數(shù)字組成，其含義如下：

Y系列電動(dòng)機(jī)為全封閉自冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。

優(yōu)點(diǎn):高效、節(jié)能、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、噪聲低、振動(dòng)小、運(yùn)行安全可靠等.

適用范圍：驅(qū)動(dòng)無(wú)特殊性能要求的各種機(jī)械設(shè)備，如金屬切削機(jī)床、水泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、食品加工機(jī)械等。異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)型號(hào)及其含義如表4.2所示。30

(2)功率和效率

功率：電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定條件下正常工作時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的額定輸出功率，也稱(chēng)容量，用PN表示。

效率：PN與P1N之比，用η表示。（P1N：電動(dòng)機(jī)從電源取用的功率稱(chēng)為輸入功率P1N）(3)額定電壓

額定電壓：電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)加到定子繞組上的線(xiàn)電壓。

(4)額定電流

額定電流：電動(dòng)機(jī)在額定電壓下軸上輸出額定功率時(shí)定子繞組的線(xiàn)電流。

(5)額定轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速：電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子的速度。31(6)額定頻率

我國(guó)的工頻為50Hz，額定頻率是指加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電源頻率。(7)功率因數(shù)

功率因數(shù)：電動(dòng)機(jī)輸出額定功率時(shí)定子繞組相電壓與相電流之間相位差的余弦。

三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)很低，在額定負(fù)載時(shí)為0.7～0.9，而在輕載或空載時(shí)更低，空載時(shí)只有0.2～0.3。

(8)接法

指電動(dòng)機(jī)三相繞組六個(gè)線(xiàn)端的連接方法。

星形(Y)聯(lián)結(jié)

，

三角形(△)聯(lián)結(jié)。32例4.4Y112M-4型電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如銘牌數(shù)據(jù)所列,求此電動(dòng)機(jī)的效率。解：輸入功率

輸出功率

PN=4kW

效率

(9)溫升

在穩(wěn)定狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)溫度與環(huán)境溫度之差，叫電動(dòng)機(jī)溫升。而環(huán)境溫度規(guī)定為40℃，如果溫升為60℃，表明電動(dòng)機(jī)溫度不能超過(guò)100℃。(10)絕緣等級(jí)

指電動(dòng)機(jī)繞組所用絕緣材料按它的允許耐熱程度規(guī)定的等級(jí)。

3334

(11)工作方式

電動(dòng)機(jī)的工作方式分為以下三種。

連續(xù)工作方式：可以按銘牌上規(guī)定的功率長(zhǎng)期連續(xù)使用。

短時(shí)工作方式：每次只允許在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)按額定功率運(yùn)行，如果連續(xù)使用，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。

斷續(xù)工作方式：電動(dòng)機(jī)以間歇方式運(yùn)行。2.選擇

根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械的需要和工作條件合理地選用電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)型式、電壓和轉(zhuǎn)速、功率。選擇電動(dòng)機(jī)的原則是可靠、經(jīng)濟(jì)與安全。

(1)種類(lèi)的選擇

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、硬機(jī)械特性、有一定過(guò)載能力、維護(hù)及控制方便等優(yōu)點(diǎn)。

凡額定功率小于100kW，而且不要求調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，如水泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、壓縮機(jī)、金屬切削機(jī)床等設(shè)備，都廣泛使用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。(2)結(jié)構(gòu)型式的選擇

電動(dòng)機(jī)外型結(jié)構(gòu)的選擇，一方面要保證安全可靠地工作，另一方面要考慮經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

353637(3)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇

功率小于100kW的Y系列籠型電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級(jí)，只有大于100kW的才可在允許的條件下選用3kV、6kV或10kV的高壓電動(dòng)機(jī)。

功率相同的電動(dòng)機(jī)，同步轉(zhuǎn)速愈高，極對(duì)數(shù)愈少，體積就愈小，價(jià)格也愈便宜。

因此，轉(zhuǎn)速高的電動(dòng)機(jī)具有較高的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。一般選用1500r/min較多，即四極異步電動(dòng)機(jī)。

(4)功率(容量)的選擇

選擇電動(dòng)機(jī)，首先要考慮的是電動(dòng)機(jī)的功率(容量)的選擇。合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。38

正確選擇電動(dòng)機(jī)功率除應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速的要求外，還必須符合下列三點(diǎn)選擇準(zhǔn)則：

①電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，其發(fā)熱應(yīng)接近許可的溫升，不得超過(guò)；

②電動(dòng)機(jī)必須具有一定的過(guò)載能力，以保證短時(shí)過(guò)載時(shí)能正常運(yùn)行；

③電動(dòng)機(jī)應(yīng)具有生產(chǎn)機(jī)械所需要的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

39表4.5列出了電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、主要性能特點(diǎn)及典型選用實(shí)例。403.維護(hù)與使用

電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行前要注意檢查以下幾點(diǎn)：

（1）電動(dòng)機(jī)的緊固螺釘是否齊全，電動(dòng)機(jī)的固定情況是否良好。

（2）電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)是否靈活，工作是否可靠。

（3）繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的電刷與滑環(huán)之間是否清潔，有無(wú)灼傷痕跡。

（4）電動(dòng)機(jī)和電源引入線(xiàn)的接頭處有無(wú)松散和灼傷現(xiàn)象。

（5）電動(dòng)機(jī)金屬外殼上的接地線(xiàn)是否牢固。

（6）檢查電動(dòng)機(jī)各繞組之間、繞組與機(jī)殼(大地)之間的絕緣電阻。低壓電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻通常要求在0.5MΩ以上，若絕緣電阻達(dá)不到要求，應(yīng)將電動(dòng)機(jī)烘干再用。維護(hù)時(shí)測(cè)量絕緣電阻一般應(yīng)該使用電壓等級(jí)為500V的兆歐表。41

（7）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)測(cè)：電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中，應(yīng)注意它的各部分溫度是否超過(guò)允許值，有無(wú)不正常的振動(dòng)和噪音，有無(wú)絕緣漆被燒焦的氣味。如發(fā)現(xiàn)有故障，應(yīng)停止運(yùn)行，及時(shí)檢查修理。

4.2單相異步電動(dòng)機(jī)

單相異步電動(dòng)機(jī)是利用單相交流電源供電的一種小容量交流電機(jī)。被廣泛采用于辦公場(chǎng)所、家用電器等方面，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域也使用著不少單相異步電動(dòng)機(jī)，如電鉆、電風(fēng)扇、小型鼓風(fēng)機(jī)、小型車(chē)床、醫(yī)療器械等。42

單相異步電動(dòng)機(jī)，其定子上放置有空間互差90°電角度的兩相繞組，一相為主繞組（工作繞組），另一相為副繞組（起動(dòng)繞組），在這兩相定子繞組通入在時(shí)間上互差90°的兩相電流將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。4.2.1基本結(jié)構(gòu)

單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，主要由定子、轉(zhuǎn)子、端蓋、軸承、外罩等組成。

431.定子

單相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心由硅鋼片疊壓而成，其定子繞組由兩套獨(dú)立的、在空間相差90°電角度的對(duì)稱(chēng)分布繞組組成，一套是主繞組（工作繞組），另一套是副繞組（起動(dòng)繞組），如圖4.16所示為其原理結(jié)構(gòu)圖。442.轉(zhuǎn)子

單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子與三相異步電動(dòng)機(jī)相同，轉(zhuǎn)子鐵心用硅鋼片疊壓而成，套裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)裝有籠型轉(zhuǎn)子繞組。

4.2.2.工作原理1．工作特點(diǎn)

當(dāng)定子單相繞組內(nèi)通入單相交流電流后，則在定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心和空氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)。磁場(chǎng)的變化規(guī)律與正弦交流電流的變化規(guī)律一樣，為4546

由此可見(jiàn):

當(dāng)單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組內(nèi)通入單相交流電流后，產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小及方向在不斷變化，但磁場(chǎng)的軸線(xiàn)在空間保持固定的位置，磁場(chǎng)在空間只是脈動(dòng)而不轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)這種磁場(chǎng)為脈動(dòng)磁場(chǎng)。

如果單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子原來(lái)靜止不動(dòng)，則在脈動(dòng)磁場(chǎng)作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因與磁場(chǎng)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，也就不存在電磁力作用，因此轉(zhuǎn)子仍然靜止不動(dòng)。

要使單相異步電動(dòng)機(jī)能真正起動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，必須使磁場(chǎng)能夠旋轉(zhuǎn)起來(lái)。472.起動(dòng)方法

從上可知，單相異步電動(dòng)機(jī)不能自行起動(dòng)，需附加起動(dòng)設(shè)備，使電動(dòng)機(jī)獲得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用的起動(dòng)方法有電容分相式和罩極式兩種。

（1）電容分相式電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)的定子繞組，除了工作繞組U以外，還有一個(gè)與工作繞組U在空間相隔90°電角度的起動(dòng)繞組V。繞組V與電容器相串聯(lián)。在接入單相電源后，兩個(gè)繞組中電流的相位差接近90°電角度，這就是分相。即兩相電流為48

這樣，在空間相隔90°電角度的兩個(gè)繞組中，分別通入時(shí)間上相位差為90°的兩相電流，就可在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)沿磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，如圖4.19所示。49

電容分相式電動(dòng)機(jī)常用于機(jī)床、電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)器、通風(fēng)機(jī)、冷凍機(jī)、錄音機(jī)、電子儀表儀器及醫(yī)療器械等各種空載或輕載起動(dòng)的機(jī)械上。（2）罩極式電動(dòng)機(jī)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):定子上有凸出的磁極，定子的主繞組就繞在這磁極上。在磁極上有一凹槽，將磁極分成大小兩部分，在磁極較小的部分上套著一個(gè)短路環(huán)，它相當(dāng)于一個(gè)副繞組，這部分叫被罩部分，其余叫未罩部分，如圖4.20（b）所示。50

當(dāng)定子繞組通入單相交流電后，產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)在空間被短路環(huán)分為兩部分，其中一部分磁通設(shè)為Φ1，穿過(guò)極面未罩部分，另一部分磁通Φ2穿過(guò)短路環(huán)被罩部分，這兩部分磁通極軸位置不同，在空間差一個(gè)α角。

這樣，這兩個(gè)空間位置不同，時(shí)間上又有一定相位差的交變磁通就形成了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

罩極式電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低、運(yùn)行噪聲小、維護(hù)方便。

主要缺點(diǎn):起動(dòng)性能及運(yùn)行性能較差，效率和功率因數(shù)都較低，主要用于小功率空載起動(dòng)的場(chǎng)合，在臺(tái)式電風(fēng)扇、儀用電風(fēng)扇、電唱機(jī)上使用。514．2．3使用與維護(hù)

單相異步電動(dòng)機(jī)的使用基本上與三相異步電動(dòng)機(jī)相仿。在電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中也要經(jīng)常注意電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是否正常，能否正常起動(dòng)，溫升是否過(guò)高，是否有焦臭味，在運(yùn)行中有無(wú)雜音和振動(dòng)等。524.3直流電動(dòng)機(jī)

在生產(chǎn)實(shí)際中,對(duì)調(diào)速要求較高的生產(chǎn)機(jī)械（如龍門(mén)刨床、軋鋼機(jī)等）或者需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械（如起動(dòng)機(jī)械、電力牽引設(shè)備等）以前曾采用直流電動(dòng)機(jī)。

隨著三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已基本上被變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)取代。4.3.1基本結(jié)構(gòu)

直流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)統(tǒng)稱(chēng)為直流電機(jī)，兩者的結(jié)構(gòu)相同。

直流發(fā)電機(jī)是在原動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)下，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能；直流電動(dòng)機(jī)是將輸入的直流電能轉(zhuǎn)換成軸上的機(jī)械能。541．定子

定子主要有主磁極、附加磁極、機(jī)座、端蓋、軸承和電刷等部件，是電機(jī)磁路的主要部分。

主磁極的鐵心用硅鋼片或鋼板沖制而用螺釘固定在機(jī)座內(nèi)壁上，其上套有電磁線(xiàn)圈，當(dāng)直流電流通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)便產(chǎn)生固定方向的主磁通。

附加磁極(又稱(chēng)換向極)，它的作用是產(chǎn)生大小隨負(fù)載電流變化而方向不變的附加磁通，用于改善電流換向，減小電刷與換向片表面的接觸火花。552.轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子主要有電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉(zhuǎn)軸和電刷裝置等部件組成，是電機(jī)電路的主要部分。

電樞鐵心:固定電樞繞組，也是主磁通磁路的一部分。

電樞繞組:產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和通過(guò)電流，是電機(jī)電路的主要部分，是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的樞紐，它與電樞鐵心一起稱(chēng)作電機(jī)的電樞。

換向器:由一定數(shù)量特殊形狀的銅片組裝而成。其作用是將輸入電刷兩端的直流電變?yōu)殡姌欣@組內(nèi)的交流電，以保證在同一磁極下的電流方向一致，使電機(jī)產(chǎn)生方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩。56

電刷裝置是直流電壓、電流引入或引出的導(dǎo)電裝置，它包括電刷、刷握、刷桿座等組件。

直流電機(jī)的電樞、換向器和電刷裝置如圖4.22所示。574.3.2工作原理及勵(lì)磁方式1.工作原理

直流電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于載流導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間的相互作用。圖4.23是最簡(jiǎn)單的直流電動(dòng)機(jī)原理圖。58

(1)轉(zhuǎn)動(dòng)原理

當(dāng)外加直流電源加在電刷兩端時(shí)，直流電流通入電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈每個(gè)邊的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電磁力F的作用。

如圖4.23(a)，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針?lè)较颍闺姌行D(zhuǎn)。轉(zhuǎn)到圖4.23(b)，兩線(xiàn)圈邊受到同方向的電磁力作用，其電磁轉(zhuǎn)矩仍是逆時(shí)針?lè)较颉?/p>

由此可見(jiàn):線(xiàn)圈中產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是同一方向，使電動(dòng)機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

（2）電磁轉(zhuǎn)矩

直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T的大小為式中CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)。這說(shuō)明電磁轉(zhuǎn)矩T與每極磁通Φ和電樞電流Ia的乘積成正比。59

直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n及軸上輸出的機(jī)械功率P的關(guān)系式為（3）電樞電動(dòng)勢(shì)和電流

電樞轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各導(dǎo)體均切割主磁通而產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)。

在電樞電路中(如圖4.24所示)，加于電樞繞組兩端的電壓U等于電樞電阻Ra的電壓降RaIa與反電動(dòng)勢(shì)E之和，即故電樞電流為

由于Ra一般很小，所以當(dāng)電樞電壓一定時(shí)，

電樞電動(dòng)勢(shì)E對(duì)電樞電流Ia起著決定性的作用。U=E+RaIa(4.14)602.勵(lì)磁方式

直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式的不同，可分為他勵(lì)電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)四種。(1)他勵(lì)電動(dòng)機(jī)

他勵(lì)是指勵(lì)磁電路與電樞電路各自由單獨(dú)的直流電源供電，如圖4.25（a）所示。(2)并勵(lì)電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組相并聯(lián)，如圖4.25（b）所示。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組一般匝數(shù)較多，導(dǎo)線(xiàn)較細(xì)，勵(lì)磁電流If約為額定電樞電流的1%～5%，采用與勵(lì)磁繞組相串聯(lián)的磁場(chǎng)變阻器來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。61（4）復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)

這類(lèi)電動(dòng)機(jī)有兩組勵(lì)磁繞組，一組與電樞繞組相并聯(lián)，另一組與電樞繞組相串聯(lián)，兩組繞組套裝在同一個(gè)主磁極上，如圖4.25(d)所示。（3)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組和電樞繞組相串聯(lián)，如圖4.25（c）所示。因?yàn)橥ㄟ^(guò)勵(lì)磁繞組的電流就是電樞電流，即If=Ia，所以勵(lì)磁繞組一般匝數(shù)較少，并用較粗的導(dǎo)線(xiàn)繞制。624.3.3并勵(lì)電動(dòng)機(jī)和串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

在四種勵(lì)磁方式中，以并勵(lì)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最為廣泛。例如大型車(chē)床、磨床、刨床和某些冶金機(jī)械等。

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系。分析可得n=no-△n

（4.16)

式中no為T(mén)=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，稱(chēng)為理想空載轉(zhuǎn)速。△n∝T是反映電動(dòng)機(jī)隨負(fù)載增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速降，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降隨之增大，但Ra值甚小，故△n的變化量是很小的。63

由此可見(jiàn):

并勵(lì)電動(dòng)機(jī)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是略有下降的，△n的變化量?jī)H為(3%～8%)nN，其機(jī)械特性如圖4.26(a)所示。

必須注意，運(yùn)行中的并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電路絕不可斷開(kāi)，否則勵(lì)磁電流等于零，在空載的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將劇增，發(fā)生“飛車(chē)”現(xiàn)象。如在有載情況下，斷開(kāi)勵(lì)磁電路，則電動(dòng)機(jī)有可能停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電樞電流劇增，燒壞電機(jī)。64652.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)由于勵(lì)磁繞組和電樞繞組相串聯(lián)，勵(lì)磁電流就是電樞電流，因而磁通Φ的大小與電樞電流Ia成正比。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而迅速變化，它的機(jī)械特性是軟特性。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T變小時(shí),Ia變小，Φ減小，轉(zhuǎn)速n升高。如電動(dòng)機(jī)空載，Ia很小，則有可能因電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n過(guò)高而造成設(shè)備損壞或人身安全事故。663．串勵(lì)電動(dòng)機(jī)與并勵(lì)電動(dòng)機(jī)性能的比較（1）并勵(lì)電動(dòng)機(jī):硬特性，主要用于負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速要求比較恒定的場(chǎng)合。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī):軟特性，主要用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較大，能在大范圍內(nèi)調(diào)速的場(chǎng)合，如起重吊車(chē)、起錨機(jī)、電動(dòng)起重機(jī)、電傳動(dòng)機(jī)車(chē)、城市電車(chē)、蓄電池搬運(yùn)車(chē)等上面。（2）串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在空載或輕載時(shí)，轉(zhuǎn)速很高，對(duì)電機(jī)本身及操作人員都不安全。

串勵(lì)電動(dòng)機(jī)絕對(duì)不允許空載起動(dòng)，不允許用皮帶或鏈條傳動(dòng)。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中如果磁通Φ很小，也可能造成電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高而發(fā)生意外。因此并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)繞組決不允許開(kāi)路。674.3.4調(diào)速與反轉(zhuǎn)

1．調(diào)速

電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速稱(chēng)為調(diào)速。

直流電動(dòng)機(jī)具有極其可貴的調(diào)速性能，可以在寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行平滑而經(jīng)濟(jì)地調(diào)速。

根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，改變電樞電阻Ra、磁極磁通Φ或電樞電壓U都可以改變其機(jī)械特性。例如他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的三種調(diào)速情況如圖4.27所示。6869

圖4.27(a)是在電樞電路內(nèi)串接可變電阻使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟，當(dāng)Ra增大時(shí)，在同樣負(fù)載下轉(zhuǎn)速便下降，但在輕載時(shí)得不到低速。這種調(diào)速方法僅適用于調(diào)速范圍不大和調(diào)速時(shí)間不長(zhǎng)的小功率電動(dòng)機(jī)。圖4.27(b)是在勵(lì)磁電路中串聯(lián)可變電阻，或減小勵(lì)磁電源的電壓，使電動(dòng)機(jī)的磁通Φ小于原來(lái)的額定值，因而能使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高，機(jī)械特性也有所變軟。圖4.27(c)是用單獨(dú)的可變直流電源給電樞電路供電，可從電動(dòng)機(jī)的額定電壓向下調(diào)，使機(jī)械特性平行下移，硬度不變。這種調(diào)速方法調(diào)速范圍較大。

圖4.28是與這三種調(diào)速方法相對(duì)應(yīng)的電路圖。在調(diào)速要求很高的設(shè)備中，也可同時(shí)采用改變電樞電壓和改變勵(lì)磁電壓兩種方法進(jìn)行調(diào)速。7071

從性能上說(shuō)，采用電樞電壓調(diào)速，能保證原有的機(jī)械特性的硬度，且調(diào)速范圍很寬，但轉(zhuǎn)速只能從基本轉(zhuǎn)速往下調(diào)，其缺點(diǎn)是需要電壓可調(diào)的專(zhuān)用電源，相對(duì)來(lái)說(shuō)投資費(fèi)用較高。目前廣泛采用電子變流設(shè)備，亦可方便地獲得高效直流電能。

從經(jīng)濟(jì)上說(shuō)，無(wú)論從投資和耗能上分析，采用調(diào)磁的方法最為簡(jiǎn)便。雖機(jī)械特性的硬度略有下降，但在一定范圍內(nèi)變化較小，特性仍較硬。其轉(zhuǎn)速只能上調(diào)，調(diào)速范圍較小，通常用作輔助調(diào)速用。

電樞電阻調(diào)速法，由于在調(diào)速電阻中通過(guò)的是電樞電流，故耗能大，電阻的價(jià)格也貴，特性變軟，轉(zhuǎn)速只能下調(diào)，目前已較少采用。722．反轉(zhuǎn)

直流電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，取決于電樞電流的方向和勵(lì)磁電流的方向，任意改變其中之一，即可使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)通常采用改變電樞電流的方向使其反轉(zhuǎn)，如圖4.29所示。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)一般采用改變勵(lì)磁繞組的電流方向，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。734.3.5銘牌數(shù)據(jù)與使用1.銘牌數(shù)據(jù)

每臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上都釘有銘牌，它標(biāo)明該電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格及正確使用的條件，如不按銘牌數(shù)據(jù)使用，就會(huì)造成事故，甚至燒壞電機(jī)。74(1)型號(hào)

表示電動(dòng)