電動機基礎教程

1、單相交流電動機單相交流電動機只有一個繞組，轉子是鼠籠式的。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁場可分解為兩個以相同轉速、旋轉方向互為相反的旋轉磁場，當轉子靜止時，這兩個旋轉磁場在轉子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉矩，使得合成轉矩為零，所以電動機無法旋轉。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉時（如順時針方向旋轉），這時轉子與順時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變小；轉子與逆時針旋轉方向的旋轉磁場間的切割磁力線運動變大。這樣平衡就打破了，轉子所產(chǎn)生的總的電磁轉

2、矩將不再是零，轉子將順著推動方向旋轉起來。要使單相電動機能自動旋轉起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉磁場，如圖2所示。在這個旋轉磁場作用下，轉子就能自動起動，起動后，待轉速升到一定時，借助于一個安裝在轉子上的離心開關或其他自動控制裝置將起動繞組斷開，正常工作時只有主繞組工作。因此，起動繞組可以做成短時工作方式。但有很多時候，起動繞組并不斷開，我們稱這種電動機為電容式單相電動

3、機，要改變這種電動機的轉向，可由改變電容器串接的位置來實現(xiàn)。在單相電動機中，產(chǎn)生旋轉磁場的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動機。此種電動機定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個磁極在1/3-1/4全極面處開有小槽，如圖3所示，把磁極分成兩個部分，在小的部分上套裝上一個短路銅環(huán)，好像把這部分磁極罩起來一樣，所以叫罩極式電動機。單相繞組套裝在整個磁極上，每個極的線圈是串聯(lián)的，連接時必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個在相位上滯后90度的感應電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作

4、用與電容式電動機的起動繞組相當，從而產(chǎn)生旋轉磁場使電動機轉動起來。要想讓單相交流電動機正反轉,就要看電動機是什么形式的一般分為四種的.1是分相式電動機.共有兩組線圈,一組是運行線圈,一組是啟動線圈,顛倒著兩組線圈中任意一組的兩個線端就可以使電動機翻轉.2是推拒式電動機,我們通常移動電刷在換相器的位置就可以改變電動機的旋轉方向.3罩極式電動機,這中電動機只有將電動機的定子鐵芯取出到個方向就可以使電動機反轉.4普通串激電動機變幻電慪或磁場的電源線頭就可以了贊同單相電機電容：（1）耐壓大于220V*1.41310V,選用400V(2)電極性選用無極電容（3）電容器容量/額定功率10nf/100W如你

5、的電機功率是370w*10nf/100W=37nf三相異步電機(Triple-phase asynchronous motor)是靠同時接入380V三相交流電源(相位差120度)供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速成旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電機。 工作原理電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘嫵苫ハ噙M行電磁感應的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達到能量轉換的目的。三相異步電機是感應電機，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致

6、使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉磁場。通電啟動后，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，即旋轉磁場與轉子存在相對轉速，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉矩，使轉子轉起來，實現(xiàn)能量變換。 電動機分類1按工作電源分類 根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。 2按結構及工作原理分類 根據(jù)電動機按結構及工作原理的不同，可分為直流電動機，異步電動機和同步電動機。 同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同步電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、

7、單相異步電動機和罩極異步電動機等。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。 直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。 3按起動與運行方式分類 根據(jù)電動機按起動與運行方式不同，可分為電容起動式單相異步電動機、電容運轉式單相異步電動機、電容起動運轉式單相異步電動機和分相式單相異步電動機。 4按用途分類 可分為驅(qū)動用電動機和控制用電

8、動機。 驅(qū)動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機、錄像機、影碟機、吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。 控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。 5按轉子的結構分類 根據(jù)電動機按轉子的結構不同，可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機）。 6按運轉速度分類 根據(jù)電動機按運轉速度不同，可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調(diào)速電動機。 低速電動機又

9、分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。 調(diào)速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無級變速電動機外，還可分為電磁調(diào)速電動機、直流調(diào)速電動機、PWM變頻調(diào)速電動機和開關磁阻調(diào)速電動機。 異步電動機的轉子轉速總是略低于旋轉磁場的同步轉速。 同步電動機的轉子轉速與負載大小無關而始終保持為同步轉速。 基本工作過程：(1)當三相異步電機接入三相交流電源(各相差120度電角度)時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉磁動勢）并產(chǎn)生旋轉磁場，該磁場以同步轉速n0沿定子和轉子內(nèi)圓空間作順時針方向旋轉。(2)該旋轉磁場與轉子導體有相對切割運動

10、,根據(jù)電磁感應原理,轉子導體(轉子繞組是閉合通路)產(chǎn)生感應電動勢并產(chǎn)生感應電流（感應電動勢的方向用右手定則判定）。(3)根據(jù)電磁力定律，在感應電動勢的作用下，轉子導體中將產(chǎn)生與感應電動勢方向基本一致的感生電流。載流的轉子導體在定子產(chǎn)生的磁場磁場中受到電磁力作用(力的方向用左手定則判定)，電磁力對電機轉子軸形成電磁轉矩，驅(qū)動電機轉子沿著旋轉磁場方向旋轉，當電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。由于沒有短路環(huán)部分的磁通比有短路環(huán)部分的磁通領先，電機轉動方向與旋轉磁場方向相同。 為什么是異步電機因為三相異步電機轉子線圈中的感應電流是由于轉子導體與磁場有相對運動而產(chǎn)生的。三相異步電機的轉子轉速不會

11、與旋轉磁場同步，更不會超過旋轉磁場的速度。如果三相異步電機轉子的轉速與旋轉磁場的轉速成大小相等，那么，磁場與轉子之間就沒有相對運動，導體不能切割磁力線，因之轉子線圈中也就不會產(chǎn)生感應電勢和電流，三相異步電機轉子導體在磁場中也就不會受到電磁力的作用而使轉子轉動。因而三相異步電機的轉子旋轉速度不可能與旋轉磁場相同，總是小于旋轉磁場的同步轉速。但在特殊運行方式下（如發(fā)電制動），三相異步電機轉子轉速可以大于同步轉速。 三相異步電機轉矩對稱3相繞組通入對稱3相電流，產(chǎn)生旋轉磁場，磁場線切割轉子繞組，根據(jù)電磁感應原理，轉子繞組中產(chǎn)生e和i，轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用，即產(chǎn)生電磁轉矩，使轉子旋轉起來，

12、轉子輸出機械能量，帶動機械負載旋轉起來。在交流電機中，當定子繞組通過交流電流時，建立了電樞磁動勢，它對電機能量轉換和運行性能都有很大影響。所以三相交流繞組通入三相交流產(chǎn)生脈振磁動勢，該磁動勢可分解為兩個幅值相等、轉速相反的旋轉磁動勢和，從而在氣隙中建立正傳和反轉磁場和。這兩個旋轉磁場切割轉子導體，并分別在轉子導體中產(chǎn)生感應電動勢和感應電流 。 該電流與磁場相互作用產(chǎn)生正、反電磁轉矩。正向電磁轉矩企圖使轉子正轉；反向電磁轉矩企圖使轉子反轉。這兩個轉矩疊加起來就是推動電動機轉動的合成轉矩。 三相異步電機轉速在電機定子中通入3相交流電，使其產(chǎn)生旋轉磁場，轉速為n0。不同的磁極對數(shù)p，在相同頻率f=5

13、0Hz的交流電作用下，會產(chǎn)生不同的同步轉速n0，n0=60f/p。電機轉子的轉速小于旋轉磁場的轉速，它和感應電機基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉差率，ns為磁場轉速，n為轉子轉速。 三相異步電機種類按轉子結構的不同，三相異步電機可分為籠式和繞線式兩種。籠式轉子的異步電動機結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜，得到了廣泛的應用，其主要缺點是調(diào)速困難。繞線式三相異步電機的轉子和定子一樣也設置了三相繞組并通過滑環(huán)、電刷與外部變阻器連接。調(diào)節(jié)變阻器電阻可以改善電動機的起動性能和調(diào)節(jié)電動機的轉速。 三相異步電機特點:優(yōu)點：與單相異步電動機相比，三相異步電機結構簡單，制造方便，運行性能好，并

14、可節(jié)省各種材料，價格便宜。缺點：功率因數(shù)滯后，輕載功率因數(shù)低，調(diào)速性能稍差。 三相異步電機的使用三相異步電機功率大，主要制成大型電機。它一般用于有三相電源(Triple-phase power)的大型工業(yè)設備中。首先說明一點的是，三相異步電機只用于電動機，極少用作發(fā)電機，都是同步電機用來發(fā)電。 對于1kW以下的小功率三相異步電機，不僅可以作三相運行，而且也可以作單相運行。直流電動機的分類直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。 直流電機的勵磁方式1他勵直流電機勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關系，而由其他直流電源對勵磁

15、繞組供電的直流電機稱為他勵直流電機，接線如圖（a）所示。圖中M表示電動機，若為發(fā)電機，則用G表示。永磁直流電機也可看作他勵直流電機。2并勵直流電機并勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)，接線如圖（b）所示。作為并勵發(fā)電機來說，是電機本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機相同。3串勵直流電機串勵直流電機的勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源，接線如圖（c）所示。這種直流電機的勵磁電流就是電樞電流。4復勵直流電機復勵直流電機有并勵和串勵兩個勵磁繞組，接線如圖（d）所示。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為

16、積復勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復勵。不同勵磁方式的直流電機有著不同的特性。一般情況直流電動機的主要勵磁方式是并勵式、串勵式和復勵式，直流發(fā)電機的主要勵磁方式是他勵式、并勵式和和復勵式。 直流電動機的特點(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。 直流電動機的工作原理 直流電動機的工作原理大致應用

17、了“通電導體在磁場中受力的作用”的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉動。要使電樞受到一個方向不變的電磁轉矩，關鍵在于：當線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換， 即進行所謂“換向”。 為此必須增添一個叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機能連續(xù)的旋轉,這就是直流電動機的工作原理 直流電動機的構造分為兩部分：定子與轉子。記住定子與轉子都是由那幾部分構成的，注意：不要把換向極與換向器弄混淆了，記住他們兩個的作用。 定子包括：主磁極，機座，換向極，電刷裝置等。 轉子包括：電樞鐵芯，

18、電樞繞組，換向器，軸和風扇等。 直流電動機四種勵磁方式各自的特點直流電動機的性能與它的勵磁方式密切相關，通常直流電動機的勵磁方式有4種：直流他勵電動機、直流并勵電動機、直流串勵電動機和直流復勵電動機。掌握4種方式各自的特點： 1,直流他勵電動機:勵磁繞組與電樞沒有電的聯(lián)系，勵磁電路是由另外直流電源供給的。因此勵磁電流不受電樞端電壓或電樞電流的影響。 2,直流并勵電動機: 并勵繞組兩端電壓就是電樞兩端電壓，但是勵磁繞組用細導線繞成，其匝數(shù)很多，因此具有較大的電阻，使得通過他的勵磁電流較小。 3,直流串勵電動機：勵磁繞組是和電樞串聯(lián)的，所以這種電動機內(nèi)磁場隨著電樞電流的改變有顯著的變化。為了使勵磁

19、繞組中不致引起大的損耗和電壓降，勵磁繞組的電阻越小越好，所以直流串勵電動機通常用較粗的導線繞成，他的匝數(shù)較少。 4,直流復勵電動機：電動機的磁通由兩個繞組內(nèi)的勵磁電流產(chǎn)生。左右手定則【左右手定則】左手定則亦稱“電動機定則”。它是確定通電導體在外磁場中受力方向的定則。其方法是：伸開左手，使拇指與其余四指垂直，并都與手掌在同一平面上。設想將左手放入磁場中，使磁力線垂直地進入手心，其余四指指向電流方向，這時拇指所指的方向就是磁場對電流作用力的方向 。右手定則亦稱“發(fā)電機定則”。確定導體在磁場中運動時導體中感生電流方向的定則。伸開石手，使拇指與其余四指垂直，并都和手掌在同一平面內(nèi)。假想將右手放入磁場中

20、，讓磁力線垂直地從手心進入，使拇指指向?qū)w運動的方向，這時其余四指所指的方向就是感生電流的方向。 右手定則right-hand rule對于一個矢量的叉乘，我們定義A×B=C注意A和B的順序不能搞反讓矢量A的方向沿手背，矢量B沿四手指的指向，那么矢量C的方向就是翹起大拇指的方向（垂直于A,B形成的平面）這就是右手定則。右手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)。把右手放入磁場中，若磁力線垂直進入手心（當磁感線為直線時，相當于手心面向N極），大拇指指向?qū)Ь€運動方向，則四指所指方向為導線中感應電流的方向。電磁學中，右手定則判斷的主要是與力無關的方向。如果是和力有關的則全依

21、靠左手定則。即，關于力的用左手，其他的用右手定則。電流元I1d 對相距12的另一電流元I2d 的作用力df12為： 0 I1I2d2 × (d1 × 12) df12 = 4 123式中d1、d2的方向都是電流的方向；12是從I1d 指向I2d 的徑矢。安培定律可分為兩部分。其一是電流元Id（即上述I1d ）在（即上述12）處產(chǎn)生的磁場為 0 Id × dB = 4 3這是畢-薩-拉定律。其二是電流元Idl（即上述I2d2）在磁場B中受到的作用力df（即上述df12）為： df = Id × B 確定在外磁場中運動的導線內(nèi)感應電流方向的定則，又稱發(fā)電機定

22、則。也是感應電流方向和導體運動方向、磁力線方向之間的關系判定法則。做握手狀適用于發(fā)電機手心為磁場方向大拇指為物體運動方向手指為電流方向 確定導體切割磁感線運動時在導體中產(chǎn)生的動生電動勢方向的定則。右手定則的內(nèi)容是：伸開右手，使大拇指跟其余四個手指垂直并且都跟手掌在一個平面內(nèi)，把右手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運動方向，則其余四指指向動生電動勢的方向。動生電動勢的方向與產(chǎn)生的感應電流的方向相同。右手定則確定的動生電動勢的方向符合能量轉化與守恒定律。應用右手定則注意事項應用右手定則時要注意對象是一段直導線（當然也可用于通電螺線管 ），而且速度v和磁場B都要垂直于導線，v與B也要

23、垂直，右手定則能用來判斷感應電動勢的方向,如用右手發(fā)電機定則判斷三相異步電動機轉子的感應電動勢方向。 產(chǎn)生右手定則的原因在于, 電，磁，質(zhì)量 構成的三維,右手定則代表電維,磁維,質(zhì)量信息梯度維左手定則zushudìngzéleft-hand rule左手平展，使大拇指與其余四指垂直，并且都跟手掌在一個平面內(nèi)。把左手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入手心（手心對準N極，手背對準S極，四指指向電流方向（既正電荷運動的方向）則大拇指的方向就是導體受力方向。用于電動機中 【原理】：當你把磁鐵的磁感線和電流的磁感線都畫出來的時候，兩種磁感線交織在一起，按照向量加法，磁鐵和電流的磁感線方向相

24、同的地方，磁感線變得密集；方向相反的地方，磁感線變得稀疏。磁感線有一個特性就是，每一條同向的磁感線互相排斥！磁感線密集的地方“壓力大”，磁感線稀疏的地方“壓力小”。于是電流兩側的壓力不同，把電流壓向一邊。拇指的方向就是這個壓力的方向。區(qū)分與右手定則。【適用情況】:電流方向與磁場方向垂直. （計算法）如下 電流元I1d 對相距12的另一電流元I2d 的作用力df12為： 0 I1I2d2 × (d1 × 12) df12 = 4 123式中d1、d2的方向都是電流的方向；12是從I1d 指向I2d 的徑矢。安培定律可分為兩部分。其一是電流元Id（即上述I1d ）在（即上述12）處產(chǎn)生的磁場為 0 Id × dB = 4 3這是畢-薩-拉定律。其二是電流元Idl（即上述I2d2）在磁場B中受到的作用力df（即上述df12）為： df = Id × B 安培定則定則表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關系的定則，也叫右手螺旋定則。 (1)通電直導線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向 (2)通電螺線管中的安培定則