电机的结构及工作原理

1、电动机电动机发电机发电机电机电机直流电机直流电机交流电机交流电机（笼型、笼型、 绕线型）绕线型）特殊电机特殊电机一、电机的分类及应用特殊电机：单相异步电机（电冰箱、电风扇、洗衣机等电冰箱、电风扇、洗衣机等）； 伺服电机、测速发电机（激光打印机、数控加工中心激光打印机、数控加工中心） 步进电机（反应式步进电动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

2、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。 是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛（如：（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。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

3、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。1.1 直流电机的结构直流电机主要由定子定子和转子转子(电枢电枢)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11.5mm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

4、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。（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

5、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。（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0.350.5mm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

6、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。 （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接线盒接线盒转轴转轴电气学院 李志平机座机座定子定子铁心铁

7、心定子定子绕组绕组接线盒接线盒端盖端盖罩壳罩壳风扇风扇转子转子转轴转轴电气学院 李志平 三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定是由机座、定子铁心和定子绕子绕 组组成。组组成。定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心U1U2 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。鼠笼转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不

8、能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、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。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 60

9、0动画动画mIoSNSNAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：2. .动画动画0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)CiAXCZBYAiBi0mICiBiAi tiomINSNS0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 极对数极对数2p动画动画旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX

10、 XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAiimIt 0分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分）分）转转/( 30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNSX NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时BiCiAiit mI0分）分）转转/( 150026010 fn0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNS)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速

11、同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。AXYCBZ分）分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS0nn 如果如果:0nn L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2M3M3 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸

12、和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联结联结电机容量电机容量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。 表示星形表示星形联结联结下电

13、机的线电流为下电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电下线电流为流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。12PP cos3NN1IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有

14、 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O 0N0Nnnns 额定转差率额定转差率指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。分）分）转转/( 6010pfn 转子一般用鼠笼式转子一般用鼠笼式定子定子定子定子绕组绕组转子转子AA NSiAABBA iBtIi sinAmA )90sin(BmB tIi 正弦波形如图所示。正弦波形如图所示。iBiAm

15、IitO 45t 0 t ABBAo0 t ABBA 90t 0 t ABBA两相旋转磁场两相旋转磁场动画动画450900iBiAmIitOABBiAiBA 12 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较iA超前近超前近90 ；当；当将将S切换到位置切换到位置2，电容，电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA 较较iB 超超前近前近90 。这样就改变了旋转磁。这样就改变了旋转磁场的转向，从而实现电动机的场的转向，从而实现电动机的反转。反转。i 1 2定子绕组定子绕组鼠笼式转子鼠笼式转子短路环短路环极掌极掌(极靴极靴) 当电流当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁流过定子绕组时，产生了一部分磁通通 1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通生成了磁通 2 。由于短路环中感应电流的阻碍。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得作用，使得 2在