电机及其应用

电动机及其应用第1章 电动机的种类 页码 1.1 电动机的种类 1 1.2 感应电动机的定位 2 1.3 感应电动机的种类 3第2章 电动机铭牌的含义 5 2.1 频率 6 2.2 交流电流和电压 6 2.3 功率因数和电压、电流的关系 8 2.4 三相交流 8 2.5 关于输出功率、输入功率、功率因数、效率 12 2.6 转速和极数、转差率 14 2.7 额定值、温度上升、绝缘的类别 15 2.8 转矩 16 2.9 二次电压和二次电流 18 2.10 起动阶段 19 2.11 轴承 20 2.12 电刷 20 2.13 复习问题 21第3章 感应电动机为什么会转动 22 3.1 导线切割磁场会感应电压 22 3.2 磁场内的导体中有电流通过时导体会受力 22 3.3 转动磁铁时铜板跟着转动 23 3.4鼠笼型转子的旋转 24 3.5 3相交流的旋转磁场 25 3.6 2相交流的旋转磁场 27 3.7 单相电动机的旋转 28第4章 感应电动机的结构 29 4.1 感应电机的结构 29 4.2 定子铁心 29 4.3 定子绕组 31 4.4 定子框架和托架(bracket) 34 4.5 转子铁心 35 4.6鼠笼型转子的绕组 36 4.7 绕组型转子的绕组 37 4.8 保护和冷却的方法 37第5章 感应电动机的启动方法 页码 5.1鼠笼型电动机的起动思路 39 5.2 全电压起动 39 5.3 星形-三角形启动 39 5.4 电抗器启动 40 5.5 补偿器启动和Kondorfer启动 5.6 一次电阻启动及Kuza启动（三相中只有一相装入电阻或电抗的启动方式） 42 5.7 绕组型感应电动机的启动 42 5.8 单相感应电动机的启动方法 43第6章 单相感应电动机的设计 6.1 转子直径和转子铁心长度 48 6.2 每极磁通量的确定 49 6.3 定子绕组尺寸 49 6.4 定子卷绕次数 50 6.5 绕组系数 50 6.6 定子槽 52 6.7 定子铁心的确定 52 6.8 气隙 52 6.9气隙的平均磁密 53 6.10 转子绕组和槽数 54 6.11 转子铁心的确定 55 6.12 定子绕组的电阻 55 6.13 转子导体的电阻 56 6.14 漏抗 57 6.15 重绕设计 58附：用于压缩机的电动机设计表 612第1章 电动机的种类1.1 电动机的种类按电流区分有直流和交流。电动机相应做如下分类。 直流电动机施加直流电而产生动力输出的电动机 交流电动机施加交流电而产生动力输出的电动机因为直流电动机是靠输入直流电而产生旋转的，一般采用整流子和电刷的方式(来实现)。最近因为能得到较高的效率，所以在空调电机中，没有使用霍尔器件位置检测器等感应装置，而实际上使用无刷直流电机方式。交流电动机根据不同的结构，可以按如下分类： 同步电动机磁铁（永磁铁或电磁铁等）受旋转磁场牵引而与旋转磁场一起按同样的速度转动。 感应电动机从一次绕组感应到二次绕组的电流和旋转磁场的相互作用，使电动机按慢于旋转磁场的速度转动。 交流整流子机是交流电动机，有整流子和电刷。同 步 电 机感 应 电 机电 刷励磁铁心励磁绕组励磁铁心励磁绕组集电环电刷输入励磁电刷这些分类用图解表示的话如图1.1所示。1.2 感应电动机的定位1 感应电动机的特长感应电动机的特长大体有以下两点：（1）结构简单特别是三相鼠笼型感应电动机如图1.2所示，由转动部分也就是转子及支撑转子的定子组成，在转子的铁芯上安装有短路的裸导体，定子和转子间没有电气上的连接。图1.2 鼠笼形感应电动机同步电动机中，一般，为了制造在转子上产生电磁铁作用的励磁绕组，在铁心上绕有被绝缘的绕组，为了使电流形成回路，需要有集电环和电刷。图1.3显示了其构造。集电环电刷励磁绕组 图1.3 同步电机 直流电动机如图1.4所示，转子是主电路部分，不但绕有带绝缘的绕组，而且有整流子和电刷。电刷励磁绕组 图1.4 直流电动机 如上所示，之所以说鼠笼形感应电动机的结构较其他电动机简单，意思是说它价格便宜、坚固耐用、以及损坏消耗的零件少。因此使用方便，无须保养。 （2）特性稳定 将供电所供给的电压直接施加到定子的三相绕组上后，在转子中产生旋转力从而旋转，并以稳定的速度持续旋转。即使负荷加重，速度也只变化几个百分点。这个特点极有利于电机用在泵、鼓风机、压缩机等上面。 因为具有该特长，三相鼠笼形感应电动机得到广泛应用。并且一般用的电动机，从0.2Kw到37Kw，都作为标准品而批量生产，尺寸和特性都有标准规定。2 感应电动机的缺点 三相鼠笼形感应电动机具有以下缺点： （1）电动机自身不可以改变转速。 （2）一般情况下，频率为50Hz时转速为3000rpm、频率为60Hz时转速为3600rpm，在此之上的转速单靠电机本身不能达到。但随着可控硅等半导体装置的进步和普及，改变施加到电机上的频率和电压变得容易，该问题正在逐步解决。1.3 感应电动机的种类感应电动机也有各种类别，根据转子的构造、电源，可以大体划分如下。1根据转子构造划分（鼠笼形和绕组形）（1）鼠笼形感应电机上一节也说到，因为装在轴上的铁芯上安装有短路的裸导体，跟定子侧的电线没有连接，结构上非常简单。导体上采用的是铜，小型电动机上，用铸铝来将导体和短路环压铸为一体的方法得到广泛的应用。 （a）铜导体 （b）铝压铸导体 1：二次导体 2：短路环 3：通风翼片 图1.5 鼠笼形转子（2）绕组形感应电机比起鼠笼形电机，绕组形电机的转子上要绕上绕组，还要通过集电环、电刷来连接到外部的电阻器等，构造比较复杂，操作也比较麻烦。优点是启动特性优良，可以承受重负荷启动，也可以调整速度。A：集电环 B：通风翼片C：扎线 D：铁心 图1.6 绕组形转子2根据单相和三相电源的划分IM是感应电动机（Induction Motor）的符号图1.7 单相和三相提供给家庭的电力是由两根线组成的单相电源。（参照图1.7（a）与此相对，提供给工厂等作为动力使用的电力是由三根线组成的三相电源。（参照图1.7（b）（1）单相感应电动机 主要用于家庭用电气用品，也会用于小工厂的动力。输出功率多数从几瓦到几百瓦不等。（2）三相感应电动机 因为一般的企事业单位的动力几乎都来自三相配线，所以要使用三相电动机。输出功率从几百瓦到几千瓦不等。3根据低压和高压电源划分三相配线有低压和高压区分。我国的低压采用200V或400V，高压采用3,000V或6,000V。低压电动机和高压电动机的绝缘方式有很大差异。200V用的低压电动机在55KW程度以下， 400V用的低压电动机在200KW程度以下，高压电动机有45KW程度以上的。表1.1显示了其分类。表1.1 感应电动机的种类低压、高压的区别电压（V）一般制造的电机的额定输出功率与频率的关系单相（鼠笼形）低压1000.75KW以下50、60Hz都是按100V制造2000.40.75KW50、60Hz都是按200V制造三相（鼠笼形）（绕组形）低压20055KW以下50、60Hz多数都是按200V制造400200KW以下50Hz按400V，60Hz多数按440V制造。高压6,00045KW以上50Hz按3000V，60Hz多数按3300V制造6,00045KW以上50Hz按6000V，60Hz多数按6600V制造第2章 电动机铭牌的含义电动机如图2.1所示，肯定会安装上铭牌。并且，铭牌上写有电机的特性、使用方法等所有内容，记载的每一个数字和文字都包含着重要的内容。但是，铭牌如图2.2所示，只占很小的空间，所以内容简洁，为便于理解，需要先知道一些用语等的意思。本章以铭牌记载事项为中心，对决定电机性能的各种变量和用语进行说明。铭牌 图2.1 电机的铭牌 图2.2 铭牌的例子2.1 频率供电所供给我们的电力都是交流的。这种交流的说法是相对于直流而言的。直流如图2.3（a）所示，跟时间无关并保持一定大小。但交流如图2.3（b）那样，大小和方向随时间而有规律地变化。各个点相对于时间的值称作瞬时值。例如，如图（b）所示，时间t1的瞬时值是v1V。并且，所有瞬时值中最大的值称为最大值。電圧大：电压的大小； ：弧度； ：循环、周期图2.3 直流电压和交流电压图中，如时间tp秒之间交流的变化，交流从产生变化到回归到初始状态为一个循环，或称一个周期。或者， 1秒钟的交流变化周期数称为频率，用赫兹（Hertz符号记为Hz）作为单位。在日本，中部地区的中央部以西地区使用60Hz，中央部以东地区使用50Hz，所以选用电动机时要好好确认铭牌上所写的频率。另外，一般电机制造时就考虑到了50Hz和60Hz是通用的。图2.2就是其中一例，分两种频率标明下述各变量。像这样，铭牌上记载的电动机能使用的交流频率称为额定频率。2.2 交流电流和电压1 交流电流电流的单位用安培（符号是A）表示。交流如图2.4所示，电流的大小和流向按正弦波状变化。这样表示交流电流大小的方法可以用最大值Im表示，但其效果与同等大小的直流电流不同。因此，通入交流电流时产生的热量与同样电阻下通入直流电流1A所产生的热量相等时，该交流电流定为1A。这样，因为产生的热量为I2R，所以交流的情况下就是变化的电流其各瞬时值的平方的平均值，该值称为有效值。因此，电流的有效值为I的话，如下式所示。（参照图2.4）電流大：电压的大小； ：弧度； ：循环、周期图2.4 交流电流感应电动机的铭牌上记载的额定电流是基于额定电压、额定频率，在铭牌上记载的输出功率（额定输出功率）下使用时通入的电流值。2 交流电压电压的单位用伏特（符号为V）表示。直流时如图2.3(a)所示，电压值总是保持恒定。因此，电压的大小如该图(a)所示用Vd表示就可以了。交流时，如该图(b)所示，呈正弦波状变化。因此，交流电压的值跟交流电流一样用瞬时电压最大值Vm的的值来表示，这个称为电压的实用值。参考 电流及电压的瞬时值算式现用算式表示电流随时间的变化。时间t时交流电流的瞬时值为i的话，可用下式表示。上式中，是将交流的1周期tp（50Hz 时为1/50秒，60Hz时为1/60秒）看作1次旋转，当作2时的时间轴长度值，称为电角度，单位用弧度(rad)表示。称为电角度速度，单位用弧度每秒（rad/s）表示，f为频率（Hz），t为时间（s），Im为电流的最大值（A）。并且，、t之间有如下关系。交流电压的瞬时值用算式来表示的话：在此，：时间t时电压的瞬时值（V），：电角度（rad） ：电角度速度（rad/s） t ：时间（s） Vm：电压的最大值（V） f ：频率（Hz）2.3 功率因数和电压、电流的关系对电动机施加图2.3（b）所示的交流电压后，通入如图2.4所示的电流，电压和电流的关系是如何呢，如图2.5所示，频率相同，但电流的变化比电压的变化稍迟一些。这个延迟的电角度称为功率因数角度，cos称为功率因数。完全没有这种延迟时0，cos1（cos0=1）。并且，电压和电流只要偏位90也就是/2时，=/2，cos=0（cos/2=0）。一般功率因数角度越小，而且功率因数越接近1越好。原因将在后文讲述。算式（2.4）中，交流电压表示为那么，延迟功率因数cos的交流电流i就表示为图2.5 功率因数和电压、电流的关系2.4 三相交流1 三相的电压和电流像家庭配线那样由两条配线提供的交流电力称为单相。与此相对，有一种有三个单相交流的，其最大值和频率是相等的，交变的时间各相隔一个周期的1/3，也就是用电角度表示的话为各相隔2/3的组合称为三相交流。其概貌如图2.6所示。因为是通入三个单相，所以本应需要236根电线，但通入各相的其中一根电线的电流的各瞬间瞬间的值正负相加后总为0，所以6根线中的3根线可以省略。也就是说，3相交流可以用3根线配送，非常经济的同时，3相交流通入3相绕组时可形成旋转磁场，从而可简单地使电动机旋转。这就是现在的配送电线里使用三相交流的原因。参考 三相交流的电压及电流瞬时值的算式三相交流的相电压及相电流相互错位2/3（rad），也就是120度，所以U相电压的瞬时值为u，V相电压的瞬时值为v，W相电压的瞬时值为w的话，下面，各相电流的瞬时值为iu、iv、iw，功率因数角度为的话，可得下式：2 线间电压和相电压、线电流和相电流如图2.7所示，因为三相电流是用三根线配送的，所以其电压用线和线之间的电压，也就是图中uv、vw、wu来表示。然后，该电压称为线间电压，与此相对，u、v、w称为相电压。流经该处的电流之和为0，省略图2.7 三相配线线间电压和相电压的关系如图2.8所示，电压大小方面，线间电压是相电压的倍，相位方面，uv比u前30，vw比v前30，wu比w前30。我国的三相交流的配线在低压方面，线间电压的实用值为200V或400V。此时的相电压为各自的200/=115.5（V），或400/=231（V）。并且，高压方面，线间电压的实用值为3,000V或6,000V。三相交流的电流用流经各条线的电流，也就是图2.7的iu、iv、iw表示较为方便，这称为线电流。部分表示线间电压的瞬时值图2.8 相电压和线间电压三相电动机的铭牌上所写的电压是使用该电动机的三相交流的线间电压实用值。同样，电流是额定状态下通入的线电流实用值。正常状态下，各线间都是一样大小的电压，并且各条线都是通入同样大小的电流。图2.2的铭牌例中，频率50Hz时额定电压为200V，频率60Hz时标记了额定电压200V及220V两种。这是由于现在低压配线在50Hz地区和60Hz地区的配电电压原则上都是200V，60Hz地区的某些地方是220V的缘故，这表明一般用电动机是制作成在哪个地区都能使用的。另外，本是用于50Hz、200V的感应电动机具有在60Hz、220时，在同样的条件下也能使用的特性（原因将在后文论述），这也是铭牌上添加了60Hz、220V的理由之一。高压电动机有些是有50Hz 3,000V、60Hz 3,300V双重额定值的，也是由于那样的原因。表2.1显示了这些特性的一个例子。表2.1（a）低压防滴保护型鼠笼形感应电动机的特性（b）低压防滴保护型鼠笼形感应电动机的特性（c）高压防滴保护型鼠笼形感应电动机的特性（仅6极，达到160kW）2.5 关于输出功率、输入功率、功率因数、效率1 输出功率铭牌上以瓦特（W）或千瓦（KW）的单位表示电动机轴可产生的动力多少，也就是输出功率。输出功率表示单位时间内电动机可做功的量，1W为1秒钟内可做功1焦耳（J）=1（Nm）=1/9.8（Kgf.m）换句话说，如果有1W的电动机，它有能力在对抗1牛（N）的力的同时，以每秒1m的比例使物体持续运动。在额定电压及额定频率下，能发挥最好特性地进行运转的输出功率称为额定输出功率，其时的负荷状态为全负荷，空转为无负荷，超出额定输出功率的称为过负荷。2 输入功率和功率因数电动机从轴产生一定输出功率运转时，跟其机械能相当的电能不断输入端子。也就是输入电力。这称为输入功率。输入功率的单位跟输出功率一样都是用（W）或（KW）表示。额定输出功率下运转时的输入功率的大小可从铭牌标记的数值中推测出来。电力是电压和电流的乘积。直流电动机铭牌上记载的额定电压（V）和额定电流（A）的乘积就是额定运转时的输入功率（W）。但交流电动机的输入功率不能只这样算，还要再乘以一个功率因数。单相电动机额定时的输入功率如下式所示：在此，V：额定电压（V） I：额定电流（A） cos：额定电流时的功率因数（功率单位值）三相交流电动机的输入功率是根据相电压和相电流求出的单相电力的3倍，电压用线间电压，电流用线电流表示，所以输入功率Pi的关系式如下。在此，V：相电压（V） V：线间电压（V） I：相电流（A） I：线电流（A）如上所示，交流的情况下，VI或者3VI不是全部成为有效电力，VI cos或者3VI cos成为有效电力。这正像图2.9所示的那样，本希望高尔夫球笔直飞向目标的，但却飞偏了。发射位置高尔夫球图2.9 有效成分和无效成分该直角三角形的各成分分别如下称呼：皮相電力：表观电力并且，各个量之间存在以下关系：功率因数越好，越可以以更少的电流来传递更多的电力。3 效率并非所有的输入功率3V Icos都转换成输出功率，如图2.10所示，输入功率的一部分成为电动机中的损失，被消耗掉，其余的作为输出功率被输出。图2.10 输入功率、输出功率和损失也就是说，输出功率P0是在此，Pi是输入功率，W是损失，是效率。效率用输出功率和输入功率的比值来表示。也就是说，效率是（功率单位值） （2.14）并且，损失是电动机运转时变热的原因。2.6 转速和极数、转差率铭牌上标有电动机在额定电压、额定频率下产生额定输出功率运转时，每分钟的转数（这称为额定转速）（rpm）的概略值。该转速与电动机的极数有密切的关系。电动机内部形成若干个磁极。如图2.11（a）所示，间隙面上形成N、S一对磁极的为2极，如该图（b）所示，形成两对磁极的称为4极，同样地，该图（c）的为6极。间隙3相绕组里通入3相交流后，根据不同的极数形成如图所示的磁极，它随着电流的交变而旋转。这样，绕组停止了，但只有磁极在旋转的称为旋转磁场。该旋转磁场的速度是每半个周期移向下一极的，所以同步速度ns如下式表示：在此，f：频率（Hz），P：极数感应电动机在无负荷的状态下转子以跟ns同样的速度转动，施加负荷后转速会慢几个百分点。这称为转差率。以图2.2的铭牌为例，p=4、f=50（Hz），所以同步速度ns根据算式（2.15），ns=12050/4=1,500（rpm），因为额定转速nr为1,420rpm，所以转差率sr为也就是5.3。这样，无论是否施加负荷，速度变化都不大，也就是所谓的定速电动机，这是感应电动机的一大魅力。2.7 额定值、温度上升、绝缘的类别1 额定值对电动机保证的使用限度称为额定值，在规定输出功率使用限度的同时，指定电压、频率等。上文已说过，这些分别称为额定输出功率、额定电压、额定频率等。这些使用限度的保证是根据电动机厂家设计、制作，然后在出货前通过试验来确立的，决定使用限度的主要原因是因为电动机温度上升。2 温度上升电动机运转时，因为内部产生损失，所以温度上升，上升的方式如下。首先，运转前电动机的温度跟周围空气的温度一样。但是，运转开始，施加一定的负荷后，温度开始逐渐上升，不久发热和散热取得平衡，几小时后达到恒定温度。电动机的温度和周围温度的差异称为温度上升。该状态如图2.12所示，温度变化如图所示，呈指数函数状。图2.12 温度上升3 绝缘的类别电动机在运转中某种程度变热是理所当然的，并且从干燥的角度来看，保持适当温度可以说更适宜。但是，升温过高的话会加速绝缘物的恶化、造成损伤、损坏轴承，所以会根据使用的绝缘物的类别来规定温度上升的限度。用于电动机的绝缘根据其允许最高温度如表2.2分类。这些各级别的绝缘在表中所示的温度范围内不得引起绝缘恶化，不能妨碍使用。表2.2 绝缘的类别绝缘的种类允许最高温度（）绝缘材料的例子A105木棉、丝绸、纸、聚乙烯醇缩甲醛E120聚酯系的涂层材料和薄膜等，缩甲醛的一部分也有使用B130云母、玻璃纤维等与普通的粘结材一起使用的物质。聚酯系的涂层材料也在此范围以内。F155云母、玻璃纤维等与耐热粘结材一起使用的物质。下述H种的涂层材料、薄膜、纸及聚酯亚胺涂层材料等也有使用。H180云母、玻璃纤维等跟硅树脂，或是与硅树脂同等以上硅树脂的粘结材一起使用的物质。聚酰胺涂层材、薄膜、聚酰胺纸等也有使用。当然，上述各种绝缘材料的温度上升限度各有差异，即使是同一个电动机，譬如绕组和集电环的限度值也不一样。下面汇总了JEC标准里规定的温度上升限度，如表2.3所示。表2.3 温度上升限度（）电动机的部分A种绝缘E种绝缘B种绝缘F种绝缘H种绝缘温 电 度 阻 计 法 法温 电 度 阻 计 法 法温 电 度 阻 计 法 法温 电 度 阻 计 法 法温 电 度 阻 计 法 法定子绕组*50 60*65 75*70 80*85 100*105 125定子铁心607580100125鼠笼形转子导体无机械方面的妨碍，并且不会对附近绝缘物造成损伤的温度。转子铁心绕组形转子绕组*50 60*65 75*70 80*85 100*105 125转子铁心60 75 80 100 125 集电环60 70 80 90 100 电刷及电刷保持器无机械方面的妨碍，并且不会对附近绝缘物造成损伤的温度。轴承（自冷式）测试表面时40，将温度计元件埋入金属时测试为45。 使用耐热性良好的润滑剂时，表面测试温度为55。 但使用水冷式轴承或特殊耐热润滑剂时，按当事者间的协定。* 全密封型制定的温度上升限度比该值高5。4 使用和额定的种类开始运转数小时后，如图2.12所示，温度上升趋于稳定。此后无论运转多久都是安全的。这样，可连续使用的额定称为连续额定。铭牌额定值一栏里写有“连续”或“continuous”，略称“cont”的就是指这个意思。图2.2就是它然后，温度到达恒定之前的某段短时间内可以使用的额定称为短时间额定。此时，铭牌额定值一栏里就会写10分钟、30分钟、60分钟、90分钟等。并且，使用方法有反复转动停止，也有在一直运行的状态下，反复施加负荷使负荷为0。可以实行该使用方法的额定称为反复额定。反复额定的铭牌上写有施加负荷的时间和反复一周期的比率（称为负荷时间率），标为15ED、25ED、40ED、60ED。图2.15的铭牌是其中一例。2.8 转矩1 转矩电动机使其轴转动的力为转矩（也称旋转力）。如图2.13所示，电动机轴上安上支杆，其端部放上秤，给电动机施加电压后，秤就受力。此时固定电动机轴和支杆，不让电动机转动的话，这个力就是将要启动的力，将轴和支杆缓慢咬合，轴跟支杆的安装部边摩擦边转动的话，这个力就是转动过程中产生的运转力。秤支杆图2.13 转矩的测定转矩的单位用重量单位表示就是千克米（kgfm），用SI单位表示就是牛米（Nm）。1 Nm的转矩就是图2.13中，r=1(m)时施加1N力的转矩。1Kgfm的转矩就是r=1(m)时施加1 Kgf力的转矩。并且，2 转矩的求法转矩的值可以通过输出功率和转速简单求出。现在，电动机的轴一边产生T（Nm）的转矩一边转一圈后，支杆长度为1（m）的部位在半径为1（m）的圆周上以T（N）的力移动了21（m）。也就是做了2T（J）的功。电动机如果持续1分钟转n圈的话，1秒转n/60圈，那么1秒钟的功输出功率P0就如下式所示。3 额定转矩的求法额定输出功率为P0r（W），额定转速为nr（rpm）的话，电动机的额定转矩Tr就为并且，用Kgm的单位表示的转矩r就为4 启动转矩和最大转矩选定负荷方面适当电动机等的时候，电动机转矩是必须好好考虑的重要特性，除了上述额定转矩，也必须注意启动转矩和最大转矩。启动转矩是停止时的电动机开启后开始转动瞬间电动机产生的转矩，如果电动机被大于该转矩的转矩抑制的话，电动机不能转动。并且，电动机存在这样的限度：如果施加更大的转矩，电动机不能在接近于额定转速的正常转速下运转。这就是最大转矩，感应电动机在运转过程中，如果施加的转矩大于该转矩的话，会进入不稳定区域而停止，所以也叫停止转矩。5 转矩和转差率的关系电动机的转矩和转差率的关系一般如图2.14所示。图中分别显示了额定转矩、启动转矩、停止转矩。图2.14 转矩和转差率（转速率）的关系注：转矩； 定格：额定转矩；：转差率； 回転速度率：转速率另外，转速0相当于转差率1时，因为转差率0跟同步速度相等，所以转速跟同步速度的比为转速率（=n/ns）的话，转差率s和转速率（nyuu）的关系为图2.14的横轴就表示了这种关系。2.9 二次电压和二次电流前文也已说到，感应电动机上，定子、转子都绕了绕组，其一端与输入电源相连。这称为一次绕组。另一个绕组称为二次绕组，其电流通过一次绕组的感应而通入。鼠笼形感应电动机中，二次绕组中间被短路，所以其电压和电流跟外部没关系，铭牌上没必要做标示。绕组感应电动机中，二次绕组的端子通过集电环和电刷露出外部，在那里要连上电阻等进行各种控制的，所以铭牌上标记着二次电压和二次电流。图2.15就是绕组形的铭牌的一个例子。二次电压标记的是开放二次绕组，在一次绕组上施加额定电压时，二次端子上出现的电压的值。并且，二次电流标记的是额定负荷运转时二次绕组上通过的电流的值。其概况如图2.16所示。第2章 电动机铭牌的含义注：形式：型号；出力：输出功率；周波数：频率；：电刷；定格：额定值图2.15 绕组形的铭牌注：电刷；：集电环；誘導電動機：感应电动机；定格：额定。 （a）额定二次电压 （b）额定二次电流图2.162.10 启动阶段电动机刚开始启动的瞬间流过的电流最大。该电流称为启动电流。电动机在接通电路的瞬间，常会看到给电灯等其它负荷上施加的电压下降的情况。这是因为流入的启动电流是额定电流的5倍到7倍，造成配电线的电压下降的缘故。因此，从对配电线施加的影响这个角度，0.2KW以上37KW以下的低压3相感应电动机或单相感应电动机将启动电流的程度作为“启动阶段”标示在铭牌上。启动阶段记号的内容在JIS C 4204上有规定，如表2.4所示。启动电流的通电时间是启动后到加速接近完成的1秒以内到几秒钟的短时间，需要对配线和连接加以注意。表2.4 启动阶段启动阶段每1kW的输入功率（kVA）启动阶段每1kW的输入功率（kVA）A4.2以下L12.1以上13.4以下B4.2以上4.8以下M13.4以上15.0以下C4.8以上5.4以下N15.0以上16.8以下D5.4以上6.0以下P16.8以上18.8以下E6.0以上6.7以下R18.8以上21.5以下F6.7以上7.5以下S21.5以上24.1以下G7.5以上8.4以下T24.1以上26.8以下H8.4以上9.5以下U26.8以上30.0以下J9.5以上10.7以下V30.1以上K10.7以上12.1以下（备注）每1kW的启动时输入功率（单相时） 每1kW的启动时输入功率（三相时） 在此，V：额定电压（V）， Is：接近于全负荷电流的堵转电流 A Vs：对于Is的阻抗电压 V, Is：启动电流 A2.11 轴承感应电动机的轴承较常使用滚动轴承（球轴承）。因为轴承是一种消耗零件，到某个时间是要需更换的，为那个时候做准备，铭牌上会标示现使用的轴承的编号。2.12 电刷绕组形感应电动机为了给转子通入电流而使用与端环进行相对滑动的电刷。电刷也是消耗零件，所以磨耗到最初长度的一半左右就要交换。这时候不是换成什么电刷都可以的。厂家选定的牌子和尺寸都标示在铭牌上的，应使用那种电刷。*复习问题*问题1三相感应电动机的铭牌上标示额定电压200V、额定电流14.4A、输出功率3.7KW。该电动机的功率因数和效率的积为多少？问题2单相感应电动机的铭牌上标示额定电压100V、额定电流5.8A、输出功率200W。该电动机的功率因数为59的话，效率是多少？问题3感应电动机的铭牌上标示极数4、频率60Hz、转速1,710rpm。求出该电动机的同步速度和转差率。问题4感应电动机的铭牌上标示输出功率3.7KW、转速1,710rpm。该电动机的额定转矩是多少？第3章 感应电动机为什么会旋转？3.1 导线切割磁力线时感应电压（速度电压）如图3.1所示，使直线导体（a）在均匀磁场内沿固定导体（b）的箭头方向，也就是垂直于磁通的方向移动。现在，导体（b）的间距为1（m），磁密为B（T），导体的运动速度为（m/s）的话，就会感应e = Bl （V） （3.1）的电动势。并且该电动势e的方向按照弗莱明的右手法则，产生于箭头所示方向。弗莱明的右手法则如该图（b）所示，右手的拇指、食指、中指相互呈直角展开，拇指指向运动方向，食指指向磁通方向，中指方向为电动势的方向。弗莱明的右手法则导体移动时被磁通卷绕方便的记忆方法图3.1 速度电压的产生注：磁束：磁通； 起電力：电动势；但是，该法则究竟用右手还是左手，哪个手指指的是什么方向等是很容易忘记的，按下文所说的方法记忆就方便多了。也就是，如该图（c）所示，导体沿箭头方向在磁通通过的地方运动的话，导体把磁力线挤压成凹进去的形状、磁力线把导体卷绕起来，变成图示的状态。一般认为那些沿着卷绕的磁力线方向旋转的右螺旋前进方向，也就是沿着纸面从里向外的方向是感应电动势的方向。3.2 磁场内的导体中有电流流过时导体会受力运动如图3.2（a）所示，均匀磁场内给固定的导体（b）装入电池，直线导体（a）在那上面可以自由移动。此时，导体（b）里有电流流入，使导体（a）受到如图箭头方向所示的力。现在，磁密为B（T），电流为i（A）的话，这个力的大小Ft表示为F t = B i l (N) （3.2）而且，这个力的方向按照弗莱明的左手法则为如图箭头所示的方向。导体受力弗莱明的左手法则方便的记忆方法弗莱明的左手法则如该图（b）所示，左手的三只手指呈直角展开，中指指向电流方向，食指指向磁通方向时，拇指方向为力的方向。这个法则也很容易忘记，按下述方法记忆较为方便。也就是如该图（c）所示，方向为从下往上的磁通中，导体里流入从纸的里面往表面方向的电流的话，该电流使导体周围产生右螺旋方向的磁通，那么导体右侧磁密因增加而变密，左侧因相互抵消而变疏，所以导体被密的一侧推向疏的一侧。3.3 转动磁铁时铜板跟着转动感应电动机的原理是3.1节、3.2节里所述两个现象的组合。如图3.3所示，铜圆板上用手转动磁铁时，圆板以慢于磁铁的速度跟着转动。感应的涡流铜是非磁性物质，所以圆板并非单纯受磁力吸引而转动的。首先，磁铁产生的磁通和在其中的圆板导体之间存在相对运动，所以按照3.1节所说明的弗莱明右手法则，感应了电动势，从而产生虚线所示的涡流。该电流和磁铁的磁通，如3.2节里所述的按照弗莱明的左手法则，使圆板受到磁铁转动方向的力，从而转动。这个问题可以这么想：感应的涡流使圆板产生磁极，磁铁N极稍后方的涡流中心形成S极，稍前方的涡流中心形成N极。因此，磁铁的N极和S极的牵引下，磁铁的N极和圆板的N极互相排斥，结果就是圆板受磁铁牵引而转动。此时，之所以“圆板的转动速度不得快于磁铁”，是因为如果圆板跟磁铁的转动速度相同的话，圆板和磁铁间就没有了相对速度，从而感应不了涡流，产生不了力。要让圆板受磁铁感应而转动，一定要让其速度慢于磁铁，也就是需要有转差率。这个实验称为阿拉哥圆盘（Aragos disk）。3.4 鼠笼形转子的旋转实际感应电动机的转子不是图3.3那样的圆板。如图3.4（a）所示，将打穿了槽的薄硅板叠起来做成铁心，槽里面通入铜或是铝的导体棒（导条），铁心的外部如图（b）所示，导体棒的两端用短路环（端环）短路了。如果只把导体棒和短路