交流电动机

与直流电动机区别

　　电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。

　　一) 交流电动机及其控制

　　交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。

　　三相异步电动机的基本结构

　　三相异步电动机的构造也分为两部分：定子与转子。

　　（1）定子：

　　定子是电动机固定部分，作用是用来产生旋转磁场。它主要由定子铁心、定子绕组和机座组成。

　　（2）转子：

　　转子是重点掌握的部分，转子有两种，鼠笼式与绕线式。掌握他们各自的特点与区别。鼠笼式用于中小功率（100k以下）的电动机，他的结构简单，工作可靠，使用维护方便。绕线式可以改善启动性能和调节转速，定子与转子之间的 气隙大小，会影响电动机的性能，一般气隙厚度为0.2-1.5mm之间。

　　掌握定子绕组的接线方法。

　　三相异步电动机的工作原理

　　掌握公式n1=60f/P、S=(n1-n)/n1、n=(1-S)60f/P，同时明白它们的意义（很重要），要能够灵活运用这些公式，进行计算。同时记住：通常电动机在额定负载下的转差率SN约为0.01-0.06。书上的例题要重点掌握。

　　三相异步电动机铭牌上的数据

　　（1）型号：掌握书上的例子。

　　（2）额定值：一般了解，掌握额定频率和额定转速，我国的频率为50赫兹。

　　（3）连接方法：有Y型和角型。

　　（4）绝缘等级和温升：掌握允许温升的定义。

　　（5）工作方式：一般了解。

　　三相异步电动机的机械特性

　　掌握额定转矩、转矩与启动转矩的关系。书上的公式要掌握并能灵活运用进行计算。同时记住以下内容：

　　（1）在等速转动时，电动机的转矩必须和阻转矩相平衡。

　　（2）当负载转矩增大时，最初瞬间电动机的转矩T（3）一般三相异步电动机的过载系数是

　　（4）电动机刚启动时

　　三相异步电动机的起动

　　（1）直接起动

　　启动时转差率为1，转子中感应电动势很大，转子电流也很大。当电动机在额定电压下启动时，称为直接启动，直接启动的电流约为额定电流的5-7倍。一般来说，额定功率为7.5kw以下的小容量异步电动机可直接起动。

　　直接起动控制线路所用电器包括组合开关、按钮、交流接触器中间继电器、热继电器及熔断器。掌握它们各自的特点，同时掌握熔断器熔丝额定电流的计算。

　　直接起动控制电路：掌握其控制原理。

　　（2）鼠笼式异步电动机的降压起动。

　　掌握星型-角型起动和自耦变压器降压起动的工作原理

　　（3）绕线式三相异步电动机的起动

　　一般了解。

　　三相异步电动机的正反转控制

　　一般了解

　　三相异步电动机的调速

　　该部分较重要，要对公式理解。改变电动机的转速有三种可能，即改变频率、改变绕组的磁极对数或改变转差率。

　　同步电动机

　　（1）同步电动机的构造

　　要与异步电动机进行对比区分。

　　（2）同步电动机的工作原理

　　了解同步电动机的转速是恒定的，不随负载而变化。同步电动机的转速是不能调节的。

　　、直流电动机的工作原理

　　一般了解

　　、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。

　　、直流电动机的励磁方式

　　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：

　　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。

　　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。

　　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着的变化。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。

　　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。

　　、直流电动机的技术数据

　　重点掌握额定效率与额定温升。

　　额定效率=输出功率/输入功率

　　额定温升指电动机的温度允许超过环境温度的允许值。铭牌上的温升是指电动机绕组的温升。

　　并励直流电动机的机械特性

　　掌握书上的例题。

　　并励直流电动机的起动、反转及调速

　　（1）起动和反转一般了解即可。

　　（2）调速：并励电动机有三种调速方法：

　　改变磁通。

　　改变电压

　　改变转子绕组回路电阻。

　　掌握它们各自的优缺点。

　　控制电机

　　控制电机是指在自动控制系统中用作检测、比较、放大和执行等作用的电机。

　　（1）直流伺服电动机

　　掌握永磁直流伺服电动机的分类及特点；普通型转子永磁直流伺服电动机与小惯量型转子直流伺服电动机的区别。

　　永磁直流伺服电动机的工作原理及性能

　　理解工作原理，对性能要掌握

　　（2）交流伺服电动机

　　交流伺服电动机的结构及其工作原理一般了解，重点掌握其性能。

　　（3）步进电动机

　　掌握步进电动机的优点和主要性能指标，其他一般了解即可。

原理

　　交流电动机的原理：通电线圈在磁场里转动。

　　你知道直流电动机的原理了吧？直流电动机是利用换向器来自动改变线圈中的电流方向，从而使线圈受力方向一致而连续旋转的。

　　因此只要保证线圈受力方向一致，电动机就会连续旋转。交流电动机就是应用这点的。

　　交流电动机由定子和转子组成，你所说的模型中，定子就是电磁铁，转子就是线圈。而定子和转子是采用同一电源的，所以，定子和转子中电流的方向变化总是同步的，即线圈中的电流方向变了，同时电磁铁中的电流方向也变，根据左手定则，线圈所受磁力方向不变，线圈能继续转下去。

　　关于二个铜环的作用：二个铜环配上相应的二个电刷，电流就能源源不断的被送入线圈。这个设计的好处是：避免了二根电源线的緾绕问题，因为线圈是不停的转的，你想想如果简单的用二条导线向线圈供电的话，会是怎么的情景？

　　关于线圈中的电流由于是交流电，是有电流等于零的时刻，不过这个时刻同有电流的时间比起来实在是太短了，更何况线圈有质量，具有惯性，由于惯性线圈就不会停下来。

各种旋转原理

　　目前较常用的交流电动机有两种:1、三相异步电动机。2、单相交流电动机。种多用在工业上,而第二种多用在民用电器上。

　　一、三相异步电动机的旋转原理

　　三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,但相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图1所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为:n=60f/P 式中f为电源频率、P是磁场的磁极对数、n的单位是:每分钟转数。根据此式我们知道,电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关,为此,控制交流电动机的转速有两种方法:1、改变磁极法；2、变频法。以往多用种方法,现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。

　　观察图1还可发现,旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序A、B、C顺时针排列,磁场顺时针方向旋转,若把三根电源线中的任意两根对调,例如将B相电流通入C相绕组中,C相电流通入B相绕组中,则相序变为:C、B、A,则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。   定子绕组产生旋转磁场后,转子导条(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1的转速旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速n1低于旋转磁场的转速n。因为假设n=n1,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动,就不会切割磁力线,也就不会产生电磁转矩,所以转子的转速n1必然小于n。为此我们称三相电动机为异步电动机。

　　二、单相交流电动机的旋转原理

　　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,好象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。

　　同步电动机的原理

　　同步电动机是属于交流电机,定子绕组与异步电动机相同。它的转子旋转速度与定子绕组所产生的旋转磁场的速度是一样的,所以称为同步电动机。正由于这样,同步电动机的电流在相位上是超前于电压的,即同步电动机是一个容性负载。为此,在很多时候,同步电动机是用以改进供电系统的功率因素的。

　　同步电动机在结构上大致有两种

　　转子用直流电进行励磁。这种电动机的转子如图1所示,从图中可看出来,它的转子做成显极式的,安装在磁极铁芯上面的磁场线圈是相互串联的,接成具有交替相反的极性,并有两根引线连接到装在轴上的两只滑环上面。磁场线圈是由一只小型直流发电机或蓄电池来激励,在大多数同步电动机中,直流发电机是装在电动机轴上的,用以供应转子磁极线圈的励磁电流。

　　由于这种同步电动机不能自动启动,所以在转子上还装有鼠笼式绕组而作为电动机启动之用。鼠笼绕组放在转子的周围,结构与异步电动机相似。

　　当在定子绕组通上三相交流电源时,电动机内就产生了一个旋转磁场,鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电流,从而使电动机旋转起来。电动机旋转之后,其速度慢慢增高到稍低于旋转磁场的转速,此时转子磁场线圈经由直流电来激励,使转子上面形成一定的磁极,这些磁极就企图跟踪定子上的旋转磁极,这样就增加电动机转子的速率直至与旋转磁场同步旋转为止。

　　转子不需要励磁的同步电机

　　转子不励磁的同步电动机能够运用于单相电源上,也能运用于多相电源上。这种电动机中,有一种的定子绕组与分相电动机或多相电动机的定子相似,同时有一个鼠笼转子,而转子的表面切成平面,如图2所示。所以是属于显极转子,转子磁极是由一种磁化钢做成的,而且能够经常保持磁性。鼠笼绕组是用来产生启动转矩的,而当电动机旋转到一定的转速时,转子显极就跟住定子线圈的电流频率而达到同步。显极的极性是由定子感应出来的,因此它的数目应和定子上极数相等,当电动机转到它应有的速度时,鼠笼绕组就失去了作用,维持旋转是靠着转子与磁极跟住定子磁极,使之同步。

主要用途

　　交流电动机的工作效率较高，又没有烟尘、气味，不污染环境，噪声也较小。由于它的一系列优点，所以在工农业生产、交通运输、国防、商业及家用电器、医疗电器设备等各方面广泛应用。