电动机基础教程.docx
《电动机基础教程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动机基础教程.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电动机基础教程
单相交流电动机
单相交流电动机只有一个绕组，转子是鼠笼式的。
当单相正弦电流通过定子绕组时，电动机就会产生一个交变磁场，这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，所以又称这个磁场是交变脉动磁场。
这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场，当转子静止时，这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩，使得合成转矩为零，所以电动机无法旋转。
当我们用外力使电动机向某一方向旋转时（如顺时针方向旋转），这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小；转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。
这样平衡就打破了，转子所产生的总的电磁转矩将不再是零，转子将顺着推动方向旋转起来。
要使单相电动机能自动旋转起来，我们可在定子中加上一个起动绕组，起动绕组与主绕组在空间上相差90度，起动绕组要串接一个合适的电容，使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度，即所谓的分相原理。
这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组，将会在空间上产生（两相）旋转磁场，如图2所
示。
在这个旋转磁场作用下，转子就能自动起动，起动后，待转速升到一定时，借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开，正常工作时只有主绕组工作。
因此，起动绕组可以做成短时工作方式。
但有很多时候，起动绕组并不断开，我们称这种电动机为电容式单相电动机，要改变这种电动机的转向，可由改变电容器串接的位置来实现。
在单相电动机中，产生旋转磁场的另一种方法称为罩极法，又称单相罩极式电动机。
此种电动机定子做成凸极式的，有两极和四极两种。
每个磁极在1/3--1/4全极面
处开有小槽，如图3所示，把磁极分成两个部分，在小的部分上套装上一个短路铜环，好像把这部分磁极罩起来一样，所以叫罩极式电动机。
单相绕组套装在整个磁极上，每个极的线圈是串联的，连接时必须使其产生的极性依次按N、S、N、S排列。
当定子绕组通电后，在磁极中产生主磁通，根据楞次定律，其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后90度的感应电流，此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通，它的作用与电容式电动机的起动绕组相当，从而产生旋转磁场使电动机转动起来。
要想让单相交流电动机正反转,就要看电动机是什么形式的一般分为四种的.1是分相式电动机.共有两组线圈,一组是运行线圈,一组是启动线圈,颠倒着两组线圈中任意一组的两个线端就可以使电动机翻转.
2是推拒式电动机,我们通常移动电刷在换相器的位置就可以改变电动机的旋转方向.
3罩极式电动机,这中电动机只有将电动机的定子铁芯取出到个方向就可以使电动机反转.
4普通串激电动机变幻电怄或磁场的电源线头就可以了
单相电机电容：
（1）耐压大于220V*1.41=310V,选用400V
（2）电极性选用无极电容
（3）电容器容量/额定功率=10nf/100W
如你的电机功率是370w*10nf/100W=37nf
三相异步电机（Triple-phaseasynchronousmotor）是靠同时接入380V三相交流电源（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转，存在转差率，所以叫三相异步电机。
工作原理
电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此，其构造的一般原则是：
用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。
三相异步电机是感应电机，定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。
短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场。
通电启动后，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，即旋转磁场与转子存在相对转速，并与磁场相互作用产生电磁转矩，使转子转起来，实现能量变换。
电动机分类
1.按工作电源分类
根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。
其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。
2.按结构及工作原理分类
根据电动机按结构及工作原理的不同，可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。
同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
异
步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。
感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。
有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。
电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
3.按起动与运行方式分类
根据电动机按起动与运行方式不同，可分为电容起动式单相异步电动机、电容
运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4.按用途分类
可分为驱动用电动机和控制用电动机。
驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。
5.按转子的结构分类
根据电动机按转子的结构不同，可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。
6.按运转速度分类
根据电动机按运转速度不同，可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。
低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。
调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和
开关磁阻调速电动机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
基本工作过程：
（1）当三相异步电机接入三相交流电源（各相差120度电角度）时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。
⑵该旋转磁场与转子导体有相对切割运动，根据电磁感应原理,转子导体（转子绕组是闭合通路）产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）
o
（3）根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。
载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用（力的方向用左手定则判定），电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。
由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。
为什么是异步电机
因为三相异步电机转子线圈中的感应电流是由于转子导体与磁场有相对运动而产生的。
三相异步电机的转子转速不会与旋转磁场同步，更不会超过旋转磁场的速度。
如果三相异步电机转子的转速与旋转磁场的转速成大小相等，那么，磁场与转子之间就没有相对运动，导体不能切割磁力线，因之转子线圈中也就不会产生感应电势和电流，三相异步电机转子导体在磁场中也就不会受到电磁力的作用而使转子转动。
因而三相异步电机的转子旋转速度不可能与旋转磁场相同，总是小于旋转磁场的同步转速。
但在特殊运行方式下（如发电制动），三相异步电机转子转速可以大于同步转速。
三相异步电机转矩
对称3相绕组通入对称3相电流，产生旋转磁场，磁场线切割转子绕组，根据电磁感应原理，转子绕组中产生e和i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，即产生电磁转矩，使转子旋转起来，转子输出机械能量，带动机械负载旋转起来。
在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。
所以三相交流绕组通入三相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正传和反转磁场和。
这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。
该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。
正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。
这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。
三相异步电机转速
在电机定子中通入3相交流电，使其产生旋转磁场，转速为n0。
不同的磁极对数p，在相同频率f=50Hz的交流电作用下，会产生不同的同步转速n0，n0=60f/p。
电机转子的转速小于旋转磁场的转速，它和感应电机基本上是相同的。
s=（ns-n）
/ns。
s为转差率，
ns为磁场转速，n为转子转速。
三相异步电机种类
按转子结构的不同，三相异步电机可分为笼式和绕线式两种。
笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。
绕线式三相异步电机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。
调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。
三相异步电机特点：
优点：
与单相异步电动机相比，三相异步电机结构简单，制造方便，运行性能好，并可节省各种材料，价格便宜。
缺点：
功率因数滞后，轻载功率因数低，调速性能稍差。
三相异步电机的使用
三相异步电机功率大，主要制成大型电机。
它一般用于有三相电源（Triple-phas
epower）的大型工业设备中。
首先说明一点的是，三相异步电机只用于电动机，极少用作发电机，都是同步电机用来发电。
对于1kW以下的小功率三相异步电机，不仅可以作三相运行，而且也可以作单相运行。
直流电动机的分类
直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。
根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。
直流电机的励磁方式
1.他励直流电机
励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。
图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。
永磁直流电机也可看作他励直流电机。
2．并励直流电机
并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。
作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性能上讲与他励直流电动机相同。
3．串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。
这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。
4．复励直流电机
复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。
若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。
若两个磁通势方向相反，则称为差复励。
不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。
一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。
直流电动机的特点
（一）调速性能好。
所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。
直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。
（二）起动力矩大。
可以均匀而经济地实现转速调节。
因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。
直流电动机的工作原理
直流电动机的工作原理
大致应用了通电导体在磁场中受力的作用”的原理，励磁线圈两个端线同有相反方向的电流，使整个线圈产生绕轴的扭力，使线圈转动。
要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：
当线圈边在不同极性的磁极下
，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓换向”为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转，这就是直流电动机的工作原理
直流电动机的构造
分为两部分：
定子与转子。
记住定子与转子都是由那几部分构成的，注意：
不要把换向极与换向器弄混淆了，记住他们两个的作用。
定子包括：
主磁极，机座，换向极，电刷装置等。
转子包括：
电枢铁芯，电枢绕组，换向器，轴和风扇等。
直流电动机四种励磁方式各自的特点
直流电动机的性能与它的励磁方式密切相关，通常直流电动机的励磁方式有4
种：
直流他励电动机、直流并励电动机、直流串励电动机和直流复励电动机。
掌握4种方式各自的特点：
1,直流他励电动机:
励磁绕组与电枢没有电的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。
因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。
2,直流并励电动机:
并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过他的励磁电流较小。
3,直流串励电动机：
励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。
为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。
4,直流复励电动机：
电动机的磁通由两个绕组内的励磁电流产生。
左右手定则
【左右手定则】左手定则亦称“电动机定则”。
它是确定通电导体在外磁场中受力方向的定则。
其方法是：
伸开左手，使拇指与其余四指垂直，并都与手掌在同一平面上。
设想将左手放入磁场中，使磁力线垂直地进入手心，其余四指指向电流方向，这时拇指所指的方向就是磁场对电流作用力的方向。
右手定则亦称“发电机定则”。
确定导体在磁场中运动时导体中感生电流方向的定则。
伸开石手，使拇指与其余四指垂直，并都和手掌在同一平面内。
假想将右手放入磁场中，让磁力线垂直地从手心进入，使拇指指向导体运动的方向，这时其余四指所指的方向就是感生电流的方向。
右手定则
right-handrule
对于一个矢量的叉乘，我们定义
AXB=C
注意A和B的顺序不能搞反
让矢量A的方向沿手背，矢量B沿四手指的指向，那么矢量C的方向就是翘起大拇指的方向（垂直于A,B形成的平面）
这就是右手定则。
右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。
把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向为导线中感应电流的方向。
电磁学中，右手定则判断的主要是与力无关的方向。
如果是和力有关的则全依靠左手定则。
即，关于力的用左手，其他的用右手定则。
电流元I1dI对相距丫12的另一电流元I2dI的作用力df12为：
询I1I2d2x（d1X丫12）
df12=
4nY23
式中d1、d2的方向都是电流的方向；丫12是从I1di指向I2di的径矢。
安培定律可分为两部分。
其一是电流元Id（即上述I1di）在丫（即上述丫12）处产生的磁场为
询Idixy
dB=
4nY
这是毕-萨-拉定律。
其二是电流元Idl（即上述I2d2）在磁场B中受到的作用力df（即上述df12）为：
df=IdxB
确定在外磁场中运动的导线内感应电流方向的定则，又称发电机定则。
也是感应电流方向和导体运动方向、磁力线方向之间的关系判定法则。
做握手状适用于发电机手心为磁场方向大拇指为物体运动方向手指为电流方向~确定导体切割磁感线运动时在导体中产生的动生电动势方向的定则。
右手定则的内容是：
伸开右手，
使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在一个平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿入
手心，大拇指指向导体运动方向，则其余四指指向动生电动势的方向。
动生电动势的方向与产生的
感应电流的方向相同。
右手定则确定的动生电动势的方向符合能量转化与守恒定律。
应用右手定则注意事项
应用右手定则时要注意对象是一段直导线（当然也可用于通电螺线管
）,而且速度v和磁场B都要垂直于导线，v与B也要垂直，
右手定则能用来判断感应电动势的方向，如用右手发电机定则判断三相异步电动机转子的感应电动势方向。
产生右手定则的原因在于，电，磁，质量构成的三维，右手定则代表电维，磁维，质量信息梯度维
左手定则
zuoshoudngze
left-handrule
左手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。
把左手放入磁场中，让磁感线垂直穿入手心（手心对准N极，手背对准S极，四指指向电流方向（既正电荷运动的方向）
则大拇指的方向就是导体受力方向。
用于电动机中
【原理】：
当你把磁铁的磁感线和电流的磁感线都画出来的时候，两种磁感线交织
在一起，按照向量加法，磁铁和电流的磁感线方向相同的地方，磁感线变得密集；方
向相反的地方，磁感线变得稀疏。
磁感线有一个特性就是，每一条同向的磁感线互相排斥!
磁感线密集的地方压力大”磁感线稀疏的地方压力小”。
于是电流两侧的压力不同，把电流压向一边。
拇指的方向就是这个压力的方向。
区分与右手定则。
【适用情况】：
电流方向与磁场方向垂直.
（计算法）
如下'、'
电流元I1dI对相距丫12的另一电流元I2dI的作用力df12为：
询I1I2d2X（d1X丫12）
df12=
4nY23
式中d1、d2的方向都是电流的方向；丫12是从I1di指向I2di的径矢。
安培定律可分为两部分。
其一是电流元Id（即上述I1di）在丫（即上述丫12）处产生的磁场为
询IdiXy
dB=
4nY
这是毕-萨-拉定律。
其二是电流元Idl（即上述I2d2）在磁场B中受到的作用力df（即上述df12）为：
df=IdiXB
安培定则
定则
表示电流和电流激发磁场的磁感线方向间关系的定则，也叫右手螺旋定则。
⑴通电直导线中的安培定则（安培定则一）：
用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向
（2）通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：
用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极
性质
直线电流的安培定则对一小段直线电流也适用。
环形电流可看成许多小段直线电流组成，对每一小段直线电流用直线电流的安培定则判定出环形电流中心轴线上磁感强度的方向。
叠加起来就得到环形电流中心轴线上磁感线的方向。
直线电流的安培定则是基本的，环形电流的安培定则可由直线电流的安培定则导出直线电流的安培定则对电荷作直线运动产生的磁场也适用，这时电流方向与正电荷运动方向相同，与负电荷运动方向
相反。
在H.C.奥斯特电流磁效应实验及其他一系列实验的启发下，A.-M.安培认识到磁现象的本质是电流，把涉及电流、磁体的各种相互作用归结为电流之间的相互作用，提出了寻找电流元相互作用规律的基本问题。
为了克服孤立电流元无法直接测量的困难，安培精心设计了4个示零实验并伴以缜密的理论分析，得出了结果。
但由于安培对电磁作用持超距作用观念，曾在理论分析中强加了两电流元之间作用力沿连线的假设，期望遵守牛顿第三定律，使结论有误。
上述公式是抛弃错误的作用力沿连线的假设，经修正后的结果。
应按近距作用观点理解为，电流元产生磁场，磁场对其中的另一电流元施以作用力。
安培定律与库仑定律相当，是磁作用的基本实验定律，它决定了磁场的性质，提供了计算电流相互作用的途径。
安培力公式
电流元I1dI对相距丫12的另一电流元I2dI的作用力df12为：
询I1I2d2x（d1X丫12）
df12=
4nY23
式中d1、d2的方向都是电流的方向；丫12是从I1di指向I2di的径矢。
安培定律可分为两部分。
其一是电流元Id（即上述I1di）在丫（即上述丫12）处产生的磁场为
询Idixy
dB=
4nY
这是毕-萨-拉定律。
其二是电流元Idl（即上述I2d2）在磁场B中受到的作用力df（即上述df12）为：
df=IdxB
升级会员 