1、電動機的結構及工作原理講 課 人：逯華磊,授課重點：三相交流異步電動機原理及結構 授課目標：了解電動機原理和熟悉電動機結構,電動機培訓內容安排,1、電動機的分類 2、直流電動機特點 3、異步電動機特點 4、三相異步電動機結構 5、三相異步電動機原理 6、三相異步電動機銘牌解釋 7、三相異步電動機常見故障分析,1.電機分類,靜止電機-變壓器,旋轉電機,直流電機,交流電機,2.直流電機的特點,直流發(fā)電機的電勢波形較好，對電磁干擾的影響小。 直流電動機的調速范圍寬廣，調速特性平滑。 直流電動機過載能力較強，熱動和制動轉矩較大。 由于存在換向器，其制造復雜，價格較高,異步電機 同步電機,異步與同步的概

2、念：所謂異步及同步是指電動機的轉子轉數(shù)與氣隙中的旋轉磁場的旋轉方向及速度是否相同，相同即稱為同步反之就是異步。,交流電機,3.1交流電機的特點,異步電機主要用作電動機，去拖動各種生產機械。 異步電動機的優(yōu)點:結構簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特征。 異步電動機的缺點:功率因數(shù)較差。異步電動機運行時，必須從電網里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。,3.2異步電動機的主要用途及優(yōu)缺點,4.1三相異步電動機的結構,下面是它主要部件的拆分圖。,右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖。,4.1.1定子部分,定子是用來產生旋轉磁場的。三相電動機的定子一

3、般由外殼、定子鐵心、定子繞組等部分組成。 （1）外殼：三相電動機外殼包括機座、端蓋、軸承蓋、接線盒及吊環(huán)等部件。 機座：鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是保護和固定三相電動機的定子繞組。中、小型三相電動機的機座還有兩個端蓋支承著轉子，它是三相電動機機械結構的重要組成部分。通常，機座的外表要求散熱性能好，所以一般都鑄有散熱片。 端蓋：用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，它的作用是把轉子固定在定子內腔中心，使轉子能夠在定子中均勻地旋轉。 軸承蓋：也是鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，它的作用是固定轉子，使轉子不能軸向移動，另外起存放潤滑油和保護軸承的作用。 接線盒：一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。 吊環(huán)：

4、一般是用鑄鋼制造，安裝在機座的上端，用來起吊、搬抬三相電動機。,（2）定子鐵心 異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有絕緣漆的薄硅鋼片疊壓而成，如圖3.2所示。由于硅鋼片較薄而且片與片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵心內圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞圈。,（a）定子鐵心 （b）定子沖片 圖3.2 定子鐵心及沖片示意圖,（3）定子繞組 定子繞組是三相電動機的電路部分，三相電動機有三相繞組，通入三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，且每個繞組又由若干線圈連接而成。每個繞組即為一相，每個繞組在空間相

5、差120電角度。線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。中、小型三相電動機多采用圓漆包線，大、中型三相電動機的定子線圈則用較大截面的絕緣扁銅線或扁鋁線繞制后，再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端分別標為U1, V1, W1 ，末端分別標為U2, V2, W2 。這六個出線端在接線盒里的排列如圖4.3所示，可以接成星形或三角形。,（a）星形連接 （b）三角形連接 圖3.3 定子繞組的聯(lián)結,定子繞組:是電路重要的組成部分定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內。,異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成的 。 1、轉子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用

6、0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉軸或轉子支架上，整個轉子的外表呈圓柱形。 2、轉子繞組：分為籠型和繞線型兩類。,4.2.1轉子部分,籠型轉子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，因此又叫鼠籠轉子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。 如果用的是銅料，就需要把事先做好的裸銅條插入轉子鐵心上的槽里，再用銅端環(huán)套在伸了兩端的銅條上，最后焊在一起，如圖(b)所示。如果用的是鑄鋁，就連同端環(huán)、風扇一次鑄成，如圖(c)所示 ?；\型轉子結構簡單、制造方便、是一種經濟、耐用

7、的電機，所以應用極廣。,其他部分包括端蓋、風扇等。端蓋除了起防護作用外，在端蓋上還裝有軸承，用以支撐轉子軸。風扇則用來通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉子之間的空氣隙，一般僅為0.2mm1.5mm。氣隙太大，電動機運行時的功率因數(shù)降低；氣隙太小，使裝配困難，運行不可靠，高次諧波磁場增強，從而使附加損耗增加以及使啟動性能變差。,4.3.1其他部分,三相交流電通入定子繞組后，便形成了一個旋轉磁場，其轉速 。旋轉磁場的磁力線被轉子導體切割，根據電磁感應原理，轉子導體產生感應電動勢。轉子繞組是閉合的，則轉子導體有電流流過。設旋轉磁場按順時針方向旋轉，且某時刻為上為北極N下為南極S，如圖3.7所示

8、。根據右手定則，在上半部轉子導體的電動勢和電流方向由里向外，用表示；在下半部則由外向里，用表示。,圖3.8 三相電動機的轉動原理,5.1異步電機的工作原理,iA,iB,iC,原理：定子旋轉磁場以速度n0切割轉子導體感生電動勢（發(fā)電機右手定則），在轉子導體中形成電流，使導體受電磁力作用形成電磁轉矩，推動轉子以轉速n順n0方向旋轉（電動機左手定則），并從軸上輸出一定大小的機械功率。(n不能等于n0)特點：電動機內必須有一個以n0旋轉的磁場。實現(xiàn)能量轉換的前提；電動運行時n恒不等于n0（異步）必要條件nn0； 建立轉矩的電流由感應產生。感應名稱的來源。,5.1.1異步電機的工作原理,流過電流的轉子導

9、體在磁場中要受到電磁力作用，力F的方向可用左手定則確定，如圖3.8所示。電磁力作用于轉子導體上，對轉軸形成電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向旋轉起來，轉速為n。 三相電動機的轉子轉速n始終不會加速到旋轉磁場的轉速n1。因為只有這樣，轉繞組與旋轉磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉子繞組導體中才能產生感應電動勢和電流，從而產生電磁轉矩，使轉子按照旋轉磁場的方向繼續(xù)旋轉。由此可見 ，且 ，是異步電動機工作的必要條件，“異步”的名稱也由此而來。,5.1.2異步電機的工作原理,轉差率 旋轉磁場轉速n1與轉子轉速n之差與同步轉速n1之比稱為異步電動機的轉差率s，即 轉差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，對

10、分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)及其機械特性有著重要的意義。當異步電動機處于電動狀態(tài)運行時，電磁轉矩 和轉速n同向。轉子尚未轉動時，n=0, ；當 時， ，可知異步電動機處于電動狀態(tài)時，轉差率的變化范圍總在0和1之間，即0s1。一般情況下，額定運行時=1%5%。,5.1.3異步電機的工作原理,5.2異步電機旋轉磁場的產生,定子繞組通入三相交流電流,旋轉磁場,切割轉子繞組,轉子繞組產生感應電勢,轉子中產生感應電流,轉子電流與磁場作用,產生電磁轉矩,運轉,問題:旋轉磁場又是如何產生的呢?,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,iA = Imsin t,iB = Imsin( t 120 ),iC

11、 = Imsin( t + 120 ),iA,iB,iC,相序 A-B-C,對稱三相電流流入對稱三相繞組。,5.2.1異步電機的旋轉磁場,iA,t = 0, t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA = 0 iB 為負值 iC 為正值,電流的流入端用 + 表示,iB,iC,電流的流出端用 表示,O,5.2.2異步電機旋轉磁場的產生,t,t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB 為負值 iA 為正值,iA,iB,iC,O,5.2.3異步電機旋轉磁場的產生,t = 90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA 為正值 iB 為負值 iC 為負值, t,i,iA,iB,iC,O,5

12、.2.4異步電機旋轉磁場的產生,t = 180,A,Z,B,X,C,Y,iA = 0 iB 為正值 iC 為負值, t,i,iA,iB,iC,O,5.2.5異步電機旋轉磁場的產生,5.2.6異步電機旋轉磁場的產生,空間相差 120 角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產生的是一對磁極的旋轉磁場，當電流經過一個周期變化時，磁場也沿著順時針方向旋轉了一周(在空間旋轉的角度為360)。,綜上分析可以得出：, t,i,iA,iB,iC,O,90,60,0,相序 A-C-B-A,5.3.1改變旋轉磁場的轉向,改變流入三相繞組的電流相序，就能改變旋轉磁場的轉向；改變了旋轉磁場的轉向，也就改變了三相異步電動機

13、的旋轉方向。,綜上分析可以得出：,要正確使用電動機，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機為例，來說明銘牌上各個數(shù)據的意義。,此外，還有功率因數(shù)0.85，效率87%。,6.1電機銘牌數(shù)據,為了適應不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。,型號說明：,（S-短機座；M-中機座；L-長機座）,6.1.1電機銘牌數(shù)據-型號,6.1.1電機銘牌數(shù)據-型號,6.1.2電機銘牌數(shù)據-接法,3、電壓,銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓。,4、電流,銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的線電流。,5、功率與效率,銘牌上所標的功率值

14、是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。,6.1.3電機銘牌數(shù)據-其他參數(shù),6、功率因數(shù),因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角。cos 就是功率因數(shù)。,7、轉速,由于生產機械對轉速的要求不同，需要生產不同磁極數(shù)的異步電動機，因此有不同的轉速等級。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。,8、絕緣等級,絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電動機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。,絕緣等級,極限溫度（0C）,A,E,B,105,120,130,Y,F,H,C,90,155,180,大于

15、180,6.1.3電機銘牌數(shù)據-其他參數(shù),9防護等級 防護等級表示三相電動機外殼的防護等級，其中IP是防護等級標志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電機防固體和防水能力。數(shù)字越大，防護能力越強，如IP44中第一位數(shù)字“4”表示電機能防止直徑或厚度大于1毫米的固體進入電機內殼。第二位數(shù)字“4”表示能承受任何方向的濺水。,6.1.3電機銘牌數(shù)據-其他參數(shù),機械方面的原因 電氣方面的原因,7. 三相交流電動機常見故障,軸承過熱 電動機振動大 電動機運行有異音,7.1 機械方面故障原因,滑脂過多或過少； 油質不好含有雜質； 軸承與軸頸或端蓋配合不當； 電動機軸彎曲。,7.1.1軸承過熱,由于磨損軸承間隙過

16、大； 氣隙不均勻； 轉子不平衡； 轉軸彎曲； 機殼或基礎強度不夠； 電動機地腳螺絲松動； 籠型轉子開焊斷路；繞線轉子斷路； 定子繞組故障。,7.1.2電動機振動大,轉子與定子絕緣紙或槽楔相擦； 軸承磨損或油內有砂粒等異物； 軸承缺油； 風道填塞或風扇擦風罩； 定轉子鐵芯相擦（掃膛）； 電源電壓過高或不平衡； 定子繞組錯接或短路。,7.1.3電機運行中異音,通電后電動機不轉有嗡嗡聲 通電后電動機不轉，然后開關跳閘 電動機過熱甚至冒煙,7.2電氣方面原因,定、轉子繞組有斷路（一相斷線）或電源一相失電； 繞組引出線始末端接錯或繞組內部接反； 電源回路接點松動，接觸電阻大； 電動機負載過大或轉子卡??； 電源電壓過低； 軸承卡住。,7.2.1通電后電動機不轉有嗡嗡聲,電源缺相，或定子線圈一相反接； 定子繞組相間短路； 定子繞組接地； 定子繞組接線錯誤；開關定值或容量過?。?電源線短路或接地。,7.2.2通電后電動機不轉，開關跳閘,定轉子鐵芯相擦； 電動機過載或頻繁起動； 籠型轉