第六节 电动机原理,运行导则.doc

26一异步电动机的结构与分类(一) 异步电动机的分类为适应各种生产机械的需要，异步电动机的系列、品种、规格很多。异步电动机按定子的相数可分为单相、三相；按转子绕组的结构可分为笼型和绕线转子，笼型异步电动机可根据贴心槽的形式分为普通型、深槽型、双笼型；按防护方式可分为开启式、封闭式、防爆式等。此外还可以按异步电动机的尺寸、使用条件、绝缘等级、工作方式等进行分类。(二) 异步电动机的基本机构异步电动机由两大部分组成，即静止部分和旋转部分，静止部分又被称为定子，旋转部分又被称为转子。图6-1是三相异步电动机的外形图和剖视图。图6-2是三相异步电动机的结构图。图6-1 三相异步电动机的外形图和剖视图（a）笼形异步电动机外形；（b）绕线转子异步电动机外形（c）小型笼形异步电动机剖视图；（d）绕线转子异步电动机剖视图1-定子；2定子绕组；3-转子；4-集电环；6-出线盒；7-风扇；8-轴承；9-轴承套；10-端盖；11-内盖；12-外盖；13-风扇罩从图6-2中可以看到，异步电动机主要由端盖、机座、定子、定子绕组、转子、风扇、风扇罩等组成。6-2 三相异步电动机的结构图1. 定子异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组、端盖、机座等组成。1) 定子铁心定子铁心是由0.350.5mm厚的相互绝缘的硅钢片叠压而成。未装绕组的异步电动机定子形状如图6-3所示。它是电动机磁路的一部分。由于异步电动机的磁场是交变的，所以铁心中要产生涡流损耗和磁滞损耗，为了减少铁心的损耗，铁心是用相互绝缘的硅钢片叠压而成。一般小容量的电动机主要利用硅钢片的表面氧化层来达到片间的绝缘，而容量较大的电动机所用的硅钢片必须涂绝缘漆。图6-3 未装绕组的异步电动机定子形状（a）定子铁心装在机座内；（b）叠成定子铁心的硅钢片定子铁心内圆上均匀分布一定形状的槽，槽内安放线圈（绕组），称定子线圈（绕组）。线圈与槽之间用绝缘物隔开。常用的定子槽有3种形状，定子槽形如图6-4所示。其中开口槽的槽口宽度与横宽相等，开口槽适用于大、中容量的高压异步电动机，便于高压成形线圈的嵌线。半开口槽的槽口宽度等于或大于曹宽的一半，半开口槽适用于500V以下的中型电动机，便于嵌入扁线绕成的分为双排的成形线圈。半闭口槽的槽口宽度小于槽宽的一半，半闭口槽适用于低压圆铜线绕成的散嵌线圈，其优点是槽口较小，齿部对主磁通磁阻小，可以减小励磁电流。槽形的选择与线圈的形式应相适应。图5-4 定子槽形定子铁心的外径小于1m时，叠片冲成整圆。当外径大于1m时，由于受到整张硅钢片标准尺寸的限制而冲成扇形片，叠装时，每层接缝应相互错开拼成整圆，构成定子铁心整体。大中型异步电动机定子铁心沿轴线长度上每隔一定距离有一条通风沟，以利于散热。2) 定子绕组定子绕组有成形硬绕组和散嵌软绕组两类。散嵌软绕组多用于小容量电动机，它是由高强度漆包线绕制成的线圈按一定规律依次嵌入槽中，形成的三相定子绕组。大、中容量电动机由于电流大、电压高、导线截面积大，绝缘强度要求高，故采用扁线绕制的成形线圈比较适合。散嵌绕组可分为单层、双层及单双层混合绕组3种，而成形硬绕组只采用双层一种形式，先绕成单个线圈，包扎对地绝缘后，热压或冷压成形，然后嵌入定子槽中。所有的定子线圈按一定的方式连接起来组成定子绕组。一半三相绕组的6个端线都引到机座侧面的接线板上，在与电源相接时，可根据情况将6个端线接成三角形或接成星形。3) 机座和端盖定子铁心固定在机座内，机座起着固定定子铁心的作用，机座应该有足够的强度和刚度，以承受加工、运输及运行中的各种作用力，同时还要满足通风散热的需要。异步电动机的机座还作为主磁路的组成部分，当安装的保护方式和冷却方式不同时，机座结构也不同。小型电动机一般都采用铸铁机座，中型电动机除采用铸铁机座外，也有采用钢板焊接的机座，大型电动机的机座都是用钢板焊接成的。例如封闭式异步电动机的机座外壳上铸有散热筋，而且定子铁心与机座紧密接触使内部热量易于传出。防护式电动机的机座与定子铁心之间留有一定的通风道，使空气疏通，带走机内热量。电动机的端盖装在机座两侧，它起着保护电动机铁心和绕组端部的作用，在中小型电动机中它还与轴承一起支撑转子。2. 转子异步电动机的转子主要由转子铁心、转子绕组、转轴和轴承组成。转子外形如图6-5所示。转子铁心是主磁路的一部分。在正常运行时，转子转速接近同步转速。旋转磁场相对于转子的转速很低，转子中的铁损很小，所以原则上转子铁心用普通硅钢片叠装就可以了。但是通常仍用从定子冲片的内圆冲下来的原料做转子叠片。小功率电动机的转子铁心直接套压在轴上；功率较大时，铁心压在转子支架上，然后安装在轴上。图6-5 转子外形（a）外形图；（b）剖视图在转子铁心的外圆上也均匀分布着放线圈或导条的槽。各槽中的线圈连接起来成为转子绕组。转子绕组的形式有两种：一种是笼型绕组，其解剖图如图6-5所以；另一种是绕线转子绕组，它们的结构不同，但工作原理基本相同。1) 笼型转子在转子铁心的槽中，穿一根根部未包绝缘的铜条，在铁心两端槽的出口处用短路铜环把它们连接起来，这个铜环称为端环。绕组形状像一个笼子，故称笼型绕组，如图6-6所示。中小型电动机一般采用铸铝来依次性成形笼型绕组，笼型转子的几种槽形如图6-7所示，通常采用半封口槽，槽形的选择主要决定于起动性能和运行性能的要求。采用图6-7（a）所示的槽形时转子齿壁基本上是平行的，采用图6-7（b）所示的则为平行槽。相对而言，在齿的最狭处宽度相同时前者齿的截面面积较大。此外，用图6-7（c）和（d）槽形的电动机比用图6-7（a）和（b）槽形的电动机有较大的起动转矩，但是槽形比较复杂、如需进一步提高转矩，改善起动性能，则需要采用双笼型或深槽型，如图6-7（e）、（f）所示。图6-7（g）为闭口槽，显然闭口槽可以减少一些损耗，但漏磁较大，运行时功率因数较低。在大功率电动机中很少采用。图6-7（h）为圆形槽，一般用圆铜条做导体。图6-6 笼形转子有时为了改善电动机的性能，有意使转子槽与转轴扭斜一定角度，这种槽称为斜槽。图6-7 笼形转子的几种槽形2) 绕线转子绕线转子是用绝缘导线做成线圈，嵌入转子槽中，载连接成三相绕组，一般都接成星形（Y）。图1-8所示为绕线转子和电刷装置。转子的一端装有3个滑环，称集电环。三相绕组的首端引出线分别与3个滑环相接。每个滑环上各有一个电刷，通过电刷将转子绕组与外部电路像连接，如图1-9所示，以改善起动性能或调节电动机的转速。在一般工作条件下，要求转子绕组是短路的。在大中型绕线转子电动机中还装有提刷短路装置，以使电动机在起动时将转子绕组接通外部电阻（或频敏变阻器），而在起动完毕，又不需要调速的情况下，将外部电阻等全部切除。为了消除电刷和滑环之间的机械摩擦损耗及接触电阻损耗以提高运行的可靠性，通常利用一套机构将转子三相出线短接后再由凸轮将电刷提起来。图 6-8 绕线转子和电刷装置（a）绕线转子结构；（b）电刷装置图6-9 绕线转子绕组与外部3. 气隙定子、转子之间的间隙称为异步电动机的气隙，气隙的大小对于异步电动机的性能影响很大。气隙大则磁阻大，励磁电流就大，由于异步电动机的励磁电流是取自电网的，增大气隙将使气隙中消耗的磁动势增大，导致电动机的功率因数降低。从这一角度来考虑，气隙应制造得小一些，但电动机负载运行时，转轴有一定的绕度，气隙太小，就可能发生定、转子铁心想擦的现象；另外，从减少谐波磁动势产生的磁通，减少附加损耗及改善起动性能来考虑，则气隙应大一些为好。因此气隙的大小除了考虑电性能，还要考虑便于安装，在运行中不发生转子与定子想擦的现象。异步电动机的气隙具有很小的数值。对于中小型异步电动机，气隙一般在0.22.0mm之间。（三）.异步电动机的铭牌每台异步电动机的机座上都有一快铭牌，上面标出该电动机的型号和主要技术数据，了解铭牌上数据的意义，才能正确选择、使用和维修电动。图6-10为一台新国标的异步电动机的铭牌，图6-11为一台旧国标的电动机的铭牌。三相异步电动机型号 Y180M24额定功率 20kW额定电压380V额定电流40A额定频率 50Hz额定转速 1470r/min联接 工作方式 连接绝缘等级 B防护形式 IP44产品编号*电机厂*年*月图6-10 新国标的异步电动机铭牌*电机厂产品编号三相交流鼠笼电动机型号 J-62-4电压 380伏接法 容量 17千瓦电流 32安额定 连续频率 50赫功率因数 0.88温升 转速 1470转/分绝缘等级 E出厂年月 *年*月图6-11 旧国标的异步电动机铭牌1. 异步电动机的型号产品型号是为了简化技术条件对产品名称、规格、型式等的叙述而引入的一种代号，我国现用汉语拼音大写字母、国际通用符号和阿拉伯数字组成电动机产品型号，其组成型式如下：异步电动机的产品代号由类型代号（Y）、特点代号（用字母表示）和设计序号3个小节组成。表1-1列出了部分异步电动机产品代号的含义。规格代号用中心高（mm）或铁心外径（mm）或机座号或凸缘代号、机座长度、铁心长度、功率、转速或磁极数表示、中小型电动机机座长度可用国际通用符号表示，如S表示短机座，M表示中机座，L表示长机座。表6-1 部分异步电动机产品代号的含义名称字母代号名称字母代号名称字母代号交流异步Y高起动转矩Q起重、冶金Z铝线L双笼S高转差率H多速D防爆B电磁调速CT绕线转子R高速K立式深井泵用LB异步电动机的特殊环境代号按表1-2所示规定，如果同时具备一个以上的特殊环境条件，则按表中顺序排列。对于大中型电动机第一组代码还包括了电机冷却形式：YKS 表示为带空水冷却器的异步电动机YKK 表示为带孔空冷却器的异步电动机表6-2异步电动机的特殊环境代号名称环境代号名称环境代号高原G热带T海洋H湿热TH户外W干热TA华工防腐F电动机产品型号举例：2.异步电动机的额定值额定值是制造厂根据国家标准，对电动机每一电量或机械量所规定的数值。（1） 额定功率 电动机的额定功率是指轴上输出的机械 ，单位为W或kW。（2） 额定电压 额定电压是指电动机在额定运行时的线电压，单位为V或kV。（3） 额定电流 额定电流是指电动机在额定运行时的线电流，单位为A。（4） 额定频率 额定频率是指电动机在额定运行似时频率，单位为。（5） 额定转速 额定转速是指电动机在额定运行时转子的转速，单位为r/min。（6） 额定联结 是指电动机在额定电压下，定子三相绕组应采用的连接方法。目前电动机铭牌上给出的联结有两种，一种是额定电压为380/220V，Y/联结，这表明定子每相绕组的的额定电压是220V。如果电源线电压是220V，定子绕组则应接成联结；如果电源线电压是380V，则应接成Y联结。切不可误将Y联结错为联结，否则每相绕组电压大大超过其额定值，电动机将被烧毁。另一种是额定电压为380V，或Y联结，这表明联结定子每相绕组的额定电压是380V，Y联结定子每相绕组的额定电压是220V，适用于电源线电压为380V的场合。图1-12为异步电动机的定子绕组的接线图。图6-12 异步电动机的定子绕组的接线图（a）三相绕组的内部接线；（b）星形联结；（c）三角形联结（7） 温升 是指运行时电动机温度高出环境温度的数值。允许温升的大小与电动机采用的绝缘材料的耐热性有关。（8） 绝缘等级 是指电动机所用绝缘材料的耐热等级。它一般用字母表示。电动机允许温升与绝缘等级的关系见表1-3.有的铭牌只标允许升温，不标绝缘等级。表6-3 电动机允许温升与绝缘等级的关系绝缘等级AEBFHC绝缘材料允许的温度/105120130155180180以上电动机允许的温升/607580100125125（9） 定额 是指电动机允许持续使用的时间，也称工作期限或运行方式。通常分为3种：持续定额，按额定运行可长时间持续使用；短时定额，只允许在规定的时间内按额定运行使用，标准的持续时间限值分别为10min、30 min、60 min、90 min四种；断续定额，间歇运行，但可按一定周期重复运行，每周期包括一个额定负载时间和一个停止时间。额定负载时间与一个周期之比称为浮躁持续率，用百分数表示。标准的负载持续率为15%、25%、40%、60%四种，每个周期为10min。短时定额和断续定额运行时，由于有一段时间电动机不发热，所以同容量的这类电动机的体积可以做得小一些。连续定额的电动机用做短时定额或断续定额运行时，所带负载可以超过额定数值。但要注意，短时定额和断续定额运行的电动机不能按容量连续定额运行，否则电动机将过热，甚至被烧毁。（10） 防护型式 是指电动机外壳防水、防尘能力的程度。表示如下：异步电动机防尘能力共有7级，内容见表6-4；防水能力共有9级，内容见表6-5。表6-4异步电动机防尘能力防护等级简 称防 护 性 能0无防护没有专门防护1防护大于50mm的固体能防止直径大于50mm的谷底导物进入壳内；能防止人体的某一大部分（如手）偶然货意外地触及壳内带电或运动部分，氮不能防止有意识地接近这些部分2防护大于12mm的固体能防止直径大于12mm、长度不大于80mm的固体导物进入壳内；能防止手指触及壳内带电或运动部分3防护大于2.5mm的固体能防止直径大于2.5mm的固体导物进入壳内；能防止厚度或直径大于2.5mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分4防护大于1mm的固体能防止直径大于1mm的固体导物进入壳内；能防止厚度或直径大于1mm的工具、金属线等触及壳内带电或运动部分5防尘不能完全防止尘埃进入，氮进入量不能达到妨碍电机的运行成都；完全防止触及壳内带电或运动部分6尘密完全防止尘埃进入壳内；完全防止触及壳内带电或运动部分表6-5 异步电动机防水能力防护等级简 称防 护 性 能0无防护没有专门防护1防滴垂直的滴水无有害影响2防滴与铅直线成角范围内的滴水，无有害影响3防淋水与铅直线成角范围内的滴水，无有害影响4防溅任何方向的溅水对电动机无有害影响5防喷水任何方向的喷水对电动机无有害影响6防海浪或防强力喷水强海浪或喷水对电动机无有害影响7浸入在规定压力和时间浸入水中对电动机无有害影响8潜水按规定条件，长期潜水对电动机无有害影响异步电动机的额定数据除以上内容外，绕线转子异步电动机铭牌上，还标有转子绕组的开路电压和额定电流，用作配用电阻的依据。二.直流电机(一) 直流电机的基本结构直流电机的基本结构与交流电机一样，也是由定子、转子两部分组成。图6-13所示为直流电机的结构。图 6-13 直流电机结构1-风扇；2-机座；3-电枢；4-主磁极；5-碳刷；6-换向器；7-接线板8-出线盒；9-端盖1. 定子直流电机的定子部分主要由主磁极、换向磁极、电刷装置、机座与端盖等组成。1) 主磁极主磁极是用来产生直流电机工作用主磁场的，它由铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分组成，如图6-14所示。绕组锁套的铁心部分称为极身，靠近电枢（转子）的较宽的部分称为极靴。大多数直流电机的主磁极不用永久磁铁，而是由励磁绕组通过直流电来建立磁场，改变励磁电流方向，则主磁场方向也改变。极靴可以固定励磁绕组，还可以较小气隙的磁阻，并使磁场在气隙中分布更均匀合理。虽然直流电产生的磁场不产生损耗，但在电枢运动时磁极表面的磁场还是有变化的，所以在铁心上要产生涡流损耗。为了减小铁损，主磁极铁心由11.5mm厚的低磁钢板冲压而成，铁心片之间主要依靠氧化膜绝缘。励磁绕组由绝缘的铜线绕制而成。它分为两类。一类叫并励绕组，它的匝数多，线径细；另一类叫串励绕组，它的匝数少，线径粗。各个主磁极上的励磁线圈通过串联的方式组成励磁绕组，这样可以保证每个磁极上的励磁电流相同。串联时相邻主磁极线圈中电流方向相反，以保证磁极的极性按N、S交替排列。整个主磁极是用螺栓固定在机座上的。图6-14 直流电机的主磁极（a） 用薄钢片制成的主磁极铁芯；（b）主磁极与励磁绕组一起固定在机座上1-极靴；2-机座；3-励磁绕组2) 换向磁极换向磁极与主磁极结构基本相同，也是由铁心和套在铁心上的励磁绕组两部分组成，如图6-15所示。但在体积上比主磁极小。它的主要作用是解决直流电机工作时产生的换向问题，所以称之为换向磁极。换向磁极的铁心常用整块厚钢板叠压而成。换向磁极励磁绕组一般由截面积较大的扁铜线绕制成，它与电枢绕组串联用以更好地改善换向问题。图 6-15 直流电机的换向磁极（a）换向磁极的结构；（b）换向磁极的安放次序1-机座；2-铁心；3-励磁绕组3) 电刷装置电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座、刷辫、弹簧机构等组成，如图6-16所示。电刷是由石墨制成的导电块，放在刷握内，用弹簧以一定压力压在换向器表面上。刷辫将电流引入、引出电刷。刷握装在刷杆支臂上，根据电流的大小，每个刷杆支臂上装有一个或一组相关联的电刷。同极性刷杆上的电流汇合到一块，经接线板与外电路连接。弹簧的压力可以调节以保证电刷与换向器表面良好的接触。电刷与刷握应配合良好，防止过紧或过松。一般电刷组数与主磁极数相等，各电刷组在换向器表面应均匀分布。各电刷组经刷杆支臂装在一个可调整位置的座圈上，如图6-16（a）所示。转动座圈时，可调整电刷杆在换向器上的相对位置。座圈套在端盖或轴承盖上的突出部位上，由把紧螺钉紧固。图6-16 电刷结构（a）电刷装置的结构；（b）电刷在刷握中安放1-刷握座；2-弹簧压板；3-刷杆；4-电刷；5-刷握；6-刷辫；7-压指；8-弹簧机构4) 端盖与机座端盖与机座用铸钢或钢板制成，机座既是构成直流电机磁路的一部分，又是固定直流电机的支架。主磁极和换向磁极都固定在机座内壁上，机座两端各有一个端盖。端盖的中心部位装有轴承，中小型直流电机用滚动轴承。由于大型直流电机用轴承不够坚固，所以有单独的轴承座。2. 转子（电枢）直流电机的转子部分主要由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴等组成。转子是机电能量转换的中枢，所以又称之为电枢。1) 电枢铁心电枢铁心一般用0.350.5mm的相互绝缘硅钢片叠压而成，主要是为了减少铁心的损耗，这与定子主磁极的构成是不同的，如图6-17所示，硅钢片上冲有槽，用以放置电枢绕组，容量较大的直流电机的硅钢片上还有轴向通风孔，用来形成轴向通风通路。电枢铁心的主要作用是形成磁路。图 6-17 直流电机的电枢铁心、铁心冲片及电枢槽截面1-电枢铁心整体；2-换向器；3-电枢绕组元件；4-电枢铁心冲片；5-电枢槽截面2) 电枢绕组电枢绕组主要由绝缘铜线绕制而成，并且按规律接到换向片上。它的主要作用是实现能量的转换。3) 换向器换向器的结构是由许多带有燕尾形的铜片（换向片）叠成的圆筒，如图6-18所示。换向片间用0.61mm的云母片绝缘。在整个圆筒的两端用两个V形环紧紧夹住，在V形环和换向片组成的圆筒之间垫以V形的云母绝缘圈。每一换向片上有一小槽以便焊接绕组的引出线。小容量直流电机多用塑料换向器，其工艺简单、省材料。换向器是直流电机的重要结构，它主要是在直流电机运行时，改变电枢绕组内的电流方向，也称为整流子。图 6-18 换向器结构1-片间云母；2-锁紧螺母；3-V形环；4-套筒；5换向片；6云母绝缘3. 气隙气隙是直流电机主磁极与电枢之间的间隙，小型直流电机的气隙约为13mm，大型直流电机的气隙约为1012mm。气隙虽小但对直流电机的性能影响较大。（二）.直流电机的铭牌每台直流电机的机座上都钉有一块铭牌，它表明了正确使用这台直流电机的各项技术数据，这些参数中包括直流电机的型号和额定数据。图6-6为一直流电动机的铭牌。直流电动机型号-72励磁并励功率55kW励磁电压220V电压220V励磁电流2.06A电流116A定额连续转速1500r/min温升80出厂编号*出厂日期*中华人民共和国*电机厂图6-19 直流电动机的铭牌1. 直流电机的型号直流电机的型号主要由产品代号、设计序号、规格代号等部分组成。例如我国直流电机的产品代号基本上用大写汉语拼音字母来表示，其含义见表6-7。表6-7 直流电机型号中汉语拼音字母含义代表字母含义内容Z直流F发电机D电动机W卧式L立式A安全式O封闭式C船用式K快速式Q牵引式Y冶金式2.额定数据（1）额定功率 对于电动机来说，是指在额定条件下轴上输出的机械功率；对于发电机来说，是指在额定条件下电枢的出现端上输出的电功率。（2）额定电压 对于动电机来说，是指在额定条件下电源的电压；对于发电机来说，是指在额定电流下输出额定功率时的端电压。直流电机的额定电压一般不高，直流电动机的额定电压有110、220、440、630、800、1000V等等级；直流发电机的额定电压有48、72、115、230、460、630、1000V等等级。（3）额定电流 对于发电机来说，是指在带有额定负载时的输出电流；对于电动机来说，是指在带有额定负载时的输入电流。因此，对于发电机来说，额定电压与额定电流的乘积是指它的输出的电功率；对于电动机来说，额定电压与额定电流的乘积是指它的输入电功率。（4）额定转速 是指电机在额定条件下转子的转速，单位为r/min。（5）励磁方式 是指电机定子电源与电枢电源的关系（6）励磁电压 是指电机定子绕组的端电压。其大小与励磁方式有关。（7）励磁电流 是指电机产生主磁通所需的定子绕组的电流。除以上额定数据外还有定额、温升等。（三）.直流电机的励磁方式直流电机的励磁绕组（定子绕组）获得电流的方式称为励磁方式。励磁方式对直流电机的运行性能影响很很大，直流电机常按励磁方式的不同进行分类。下面将各种励磁方式简介如下。1. 他励式他励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组没有电联系，即两个电路是彼此分开的。在电机运行时它们各自使用自己的电源供电。图6-20为他励式直流电机的接线图。图6-20他励式直流电动机接线图（a）接线示意图；（b）原理电路图2. 自励式自励式直流电机的励磁绕组与电枢绕组按一定方式连接，直流发电机中，励磁电流由发电机自身供给；直流电动机中，励磁绕组与电枢绕组由铜一电源供电。根据励磁绕组与电枢绕组连接方式的不同，自励式又可分为并励、串励和复励3种。1) 并励式并励式直流电机的接线图如图6-21所示，励磁绕组与电枢绕组并联，并励绕组上的电压即为电枢绕组的端电压。因此励磁电流的大小与电枢电压有关。大中型直流电机的励磁电流在正常情况下，仅为额定负载电流的2%3%，小型直流电机为5%10%。为建立所需的磁动势，励磁绕组的匝数较多，导线截面积较小。所以，匝数多，导线细是并磁绕组的特点。2) 串励式串励式直流电机的接线图如图6-22所示，励磁绕组与电枢绕组串联，串励绕组上的励磁电流即为电枢电流。所以，匝数少，导线粗是串励绕组的特点。图6-21并励式直流电动机接线图（a） 接线示意图；（b）原理电路图图6-22串励式直流电动机接线图（a）接线示意图；（b）原理电路图3) 复励式复励式直流电机的接线图如图6-23所示，它的电机的主磁极铁心上套有两个励磁绕组，其中一个与电枢绕组并联（并励绕组），另一个与电枢绕组串联（串励绕组）。根据串励、并励绕组与电枢绕组连接的先后次序不同，又可分为短复励和长复励两种。电枢绕组先与并励绕组并联，然后再与并励绕组并联称为长复励。图6-23复励式直流电动机接线图（a）接线示意图；（b）原理电路图另外，根据并励、串励两个绕组磁动势方向是否相同，分为积复励和差复励。如果串励绕组产生磁动势与并励绕组产生的磁动势方向相同，称为积复励；若两者方向相反，则称为差复励。（四）.直流电机的基本工作原理同其他旋转电机一样，直流电机的工作原理也是电磁的相互转化和相互作用，而且也是可逆的。图6-23（a）所示为一台两极直流电机的剖面图。无论是直流发电机还是直流电动机，其定子均由成对的磁极组成，在励磁绕组中通入直流电流以产生主磁场。电枢（转子）由圆柱形铁心构成，铁心槽内嵌放电枢绕组。电枢绕组由若干个线圈按一定规律连接而成，每个线圈称为绕组元件。绕组元件的两个有效便分别接到换向器的两个彼此绝缘的换向片上，再通过固定的电刷将直流电流引出（作发电机时）或引进（作电动机时）。下面以发电机为例说明直流电机的基本工作原理。图 6-23两极直流电机的原理图（a）剖面图；（b）元件的换向片示意图图6-24 绕组元件的电动势和电刷间的电动势当电枢由原动机驱动而旋转时，绕组元件的两个有效边将切割定子主磁场产生感应电动势。如图6-23（b）所示，绕组元件边A1和A2依次切割N、S极的磁场，所以感应电动势是交变的，如图6-24所示的虚线。但是，由于元件变A1和A2通过各自的换向片与固定的电刷B1和B2交替接触，电枢每旋转一周，元件变所切割定子主磁场的极性改变一次，电刷与元件边的接触也改变一次，因此，电刷B1和B2总是分别与不同的极性下的元件边接触。元件边产生的感应电动势虽然是交变的，而电刷上得到的电压方向则是不变的，如图6-24所示的实线。由此可知，直流发电机电枢绕组的感应电动势及电流是交变的，通过换向作用，便得到电电刷间方向不变的电动势及电流。电刷B1为正极，电刷B2为负极。从电刷引出，接通外电路，发电机便向负载输出电功率。上述直流发电机电刷间的电动势方向虽然不变，但其大小随时间变化，所以是脉动的。图6-23所示的电枢只有一个绕组元件，电枢每转一周，感应电动势两次达到最大值和零值。为使感应电动势的波动减少，应增加电枢上的绕组元件数。图6-25所示的直流发电机，电枢上有两个互成直角布置的绕组元件，换向器相应地由4个换向片组成，每一绕组元件的两个有效边分别接至两个换向片。这里采用两组电刷，并将电刷B2和B3连在一起，电刷B1和B4接外电路。这实际上是把两个绕组元件串联起来。两个元件串联的合成电动势波形如图6-26所示，从在电刷B1和B4间得到的合成电动势可以看出，其感应电动势波动情况比一个绕组时小了许多。不难想象，若在电枢上安排更多的绕组元件，并相应增加换向片数，就可获得非常接近恒值的直流电动势。实践证明，如每极下的绕组圆熟增加到8个以上，电刷间获得的电动势就已看不出脉动性了。直流发电机向负载输出电功率时，电枢电流与电子磁场相互作用产生电磁转矩。电磁转矩对电枢作用的方向是与电枢旋转的方向相反，原动机只有克服这一电磁转矩才能维持电枢恒速旋转。所以发电机在向负载输出电功率的同时，必须由原动机输入机械功率，从而不断地将机械能转换成电能。直流电机作为电动机运行时，输入电功率，输出机械功率。加在电刷间的电压虽然是直流，但通过换向器的转换作用，电枢绕组元件中的电流却是交变的。当元件边从一个磁极转入零一个异性磁极时，绕组元件中的电流方向随之改变。这样，电枢电流与定子磁场相互作用而产生的电磁转矩就有恒定的方向，从而驱动电枢旋转。这就是直流电动机的基本工作原理。直流电动机旋转的电枢又切割磁线而产生感应电动势，这是一个反电动势（对电源来说）。由此可知，任何一种旋转电机，不论其为发电机状态，还是电动机状态，感应电动势和电磁转矩两种屋里现象总是同时存在的，其区别只是主与从而已。图6-25 两个元件垂直布置的直流发电机图6-26 两个元件串联的合成电动势波形（五）.直流电机的电枢反应和换向问题直流电机在运行中会在电刷处产生火花，这是它的一个克服不了的缺点。这个缺点与直流电机的运行原理特点及内部磁场特点有关。下面首先分析一下直流电机内部磁场特点。直流电机内部一般有连歌磁场存在，即主磁场和电枢磁场。主磁场是由电机的定子和励磁绕组通电产生的。它的作用时让电枢绕组产生感应电动势或使通电的电枢绕组产生电磁转矩。但是，不管是电动机还是发电机，直流电机的电枢绕组都会有电流，那么这个电流就会产生一个磁场即电枢磁场。因此，直流电机中的实际磁场是主磁场和电枢磁场相互叠加的合成磁场，这个合成磁场与主磁场是否相同呢？首先看一下没有电枢磁场时主磁场的情况。图6-27所示为直流电机的主磁场在气隙中的分布情况。从图上可以看出，主磁场的方向与磁极轴线的方向是一致的。而且，在电枢表面上磁感应强度为零的地方，正好是磁极的中性面。也就是说，主磁场的物理中性面与几何中性面是重合的。图6-27直流电机的主磁场在气隙中的分布情况图6-28为直流电机的电枢磁场在气隙中的分布情况。电刷放在几何中性面上，主磁场N极范围内的电枢电流的方向是从纸面流入，S极范围内的电枢电流的方向是从纸面流出，方向垂直，在电枢表面上磁感应强度为零的地方，正好是主磁极的轴线。要注意的是，不管电枢是不是转动，电枢导体中的电流分布情况总是不变的，即以电刷为界，N极范围内的电枢电流的方向总是和S极范围内的电枢电流的方向相反，因此电枢磁场与主磁极一样也是固定不动的。由于这两个磁场的轴线相互垂直，所以把这个合成磁场叫做交轴磁场。图6-28 直流电机的电枢磁场在气隙中的分布情况这个交轴磁场与主磁场有什么不同呢？从如6-27和图6-28中可以看出，当电枢磁场与主磁场叠加时，在主磁极的前极端（电枢按转向进入主磁极的一端）电枢磁通与主磁通方向相反（图中转向为顺时针），因此气隙磁通会减弱，主磁通在此处要减小；而在后极端，电枢磁通与主磁通方向相同，即气隙磁通会增大，电枢磁场对主磁场是助磁作用。由于电枢磁场的去磁与助磁作用，使气隙磁场发生了畸变，即合成磁场的物理中性面与几何中性面不再是重合的，而是顺着电枢的旋转方向移动了一个角度，如图6-18所示。角的大小决定于电枢磁场的强弱，换句话说，也就是直流决定于电枢电流的大小。电枢电流越大，电枢磁场越强，气隙磁场畸变严重，角也越大。把这种由于电枢磁场的存在而使主磁场发生畸变的现象叫做电枢反应。图6-29 直流电机的气隙磁场顺着旋转方向移动了一个角度那么电枢反应的助磁作用是不是能补偿去磁作用，而使纵磁通量保持不变呢？结合磁性材料的知识可以知道，铁磁性材料是有磁饱和性的，即磁通增加幅度是有限度的，所以助磁作用是不能补偿去磁作用而引起的磁通的减少，因此可以认为电枢反应削弱了主磁场。综合上述，电枢反应的后果是，使电机中的主磁场形状发生畸变；使电机中的主磁场磁通量减少。电枢反应确实是引起直流电机在运行中在电刷处产生火花的主要原因，但这与直流电机的运行也有很大关联。前面已经讲过，直流电机绕组元件中的电流是交变的。电机旋转时，电枢导体不断地从一个磁极下转入另一个异性磁极下，也就是说，电枢绕组元件从一个并联支路转入另一个并联支路。这时候，元件中的电路方向要改变。绕组元件中的电流方向改变的过程叫做换向。在换向过程中，由于有电流方向的变化，根据电磁感应原理，在换向元件中有感应电动势产生。根据楞次定律，这个电动势的方向时阻止电流的变化，即与绕组元件换向前的电流方向相同。同时，绕组元件在换向时被电刷短路，其两个元件边是处在几何中性面上的。虽然电枢中没有电流时，几何中性面也就是主磁场物理中性面，这里的磁感应强度为零，因此被电刷短路的换向元件就不会因切割磁线而产生感应电动势。但是，由于发生了电枢反应，所以实际上此时的换向元件上是要产生感应电动势的，它的方向也与绕组元件换向前的电流方向相同。通过上述分析可以得到两个方向相同的感应电动势，它们紧是在电流换向时产生的。这两个电动势在被电刷短路的换向元件中，就会产生附加电流。此电流就会使换向元件上存在一定大小的磁场能量。当换向结束，被电刷短路换向片离开电刷时，短路回路断开，在换向片中的磁场能量就会释放，于是在电刷与换向器之间就会产生火花。这就是直流电机的循换向问题。显然，严重的火花将损坏电枢和换向器，可使电机不能工作。在最坏的情况下，火花会在高速旋转的整个换向器上出现，形成一个火环。此外，电刷下面的火花还是一个电磁波的来源，将会对附近的无线电火其他通信设备发生干扰。为了改善直流电机的换向问题，常采用在电刷所在的中性面上加装换向磁极的方法。换向磁极的主要作用是抵消电枢磁场，这样就会减小电枢反应，因此换向元件中的附加电流就会大幅减小，换向问题就得到了改善。为了有效地抵消电枢磁场，换向磁极的绕组与电枢绕组是串联在一起的，这样当电枢电流大、电枢反应强时，换向磁场也相应地增强了。这也使得在各种不同的负载情况下，换向磁极都能起到改善换向问题的作用。不过，换向磁极的作用还是有限的，这是因为换向磁极的铁心较小，当励磁电流达到一定数值时，换向磁极铁心达到饱和，它的作用就要减弱了，火花就会出现了。为此电枢电流的最大值在电机运行过程中是有限制的，一般等于额定电流的22.4倍。直流电机运行时产生火花的现象，除上述电磁原因外，还有机械和化学的原因。比如，电刷与换向器接触不良、换向器表面不平滑、换向器偏心、换向器表面的氧化亚铜薄膜受到损坏等，都会引起火花。另外，工作条件不好、电机过载或负载变化大等，也会引起火花。所以直流电机的最大容量只有10000kW左右。三大型电机的冷却我厂6KV电机有两种电机冷却型式，一种为YKS型，即空水冷却形式，电机绕组冷却采用空气冷却，空气用闭式冷却水冷却，如图6-30；还有一种为YKK型，即空空冷却形式，电机绕组采用空气冷却，空气用对流冷空气冷却，如图6-31。图6-30 空-水冷却电机示意图图6-31 空空冷却电机示意图四厂用电动机运行通则 (一) 厂用电动机启动前检查通则 1. 工作票已终结，电动机及其周围清洁、无杂物；工作人员撤离现场，有关接地线已拆除，电动机绝缘合格且已送电，事故按钮位置正常。2. 电动机接线绝缘无损伤,接线盒、安全罩完好，外壳接地线牢固。3. 电动机空气冷却器进、出口风道畅通无杂物。4. 电动机润滑系统、冷却系统投入正常。5. 电动机所带机械部分完好,允许启动。6. 二次回路传动正确，保护正确投入。(二) 厂用电动机启动通则电动机启动时应监视启动电流,起动后的电动机电流不应超过额定值且应在15s内返回,转速和声音正常。正常情况下,电动机在冷态允许起动两次,起动间隔5min；热态允许起动一次;对于起动时间不超过23s的电机,在事故处理时可以多起动一次。电动机运行30s以上为热态，停用2小时后为冷态。在进行动平衡校验时,电机起动时间间隔规定如下： 200KW以下的电动机30min 200500kW的电动机60min 500KW以上的电动机120min电动机启动应逐台进行，一般不允许在同一母线上同时启动两台以上较大容量的电动机，启动大容量电动机（如启动电泵），启动前应调整好母线电压。(三) 厂用电动机运行通则1. 在每一台电动机外壳上，均应有原制造厂的额定铭牌。铭牌若遗失，应根据制造厂数据或试验结果补上新铭牌。2. 经常保持电动机周围干燥清洁，防止水、汽、油侵入，特别是通风口附近应无任何障碍物，通风口无积灰。3. 电动机的转动部分应装设遮拦或护罩，电动机及起动调节装置的外壳应接地。4. 备用中的电动机应经常检查，能保证随时起动并按定期校验和切换试验制度中规定。5. 进行备用电