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电动机基础知识
电动机基础知识
电机的基本结构可分为两部分：一、不动部分：定子（包括：叠压定子、定子绕组、绝缘结构、机座、接线盒等）二、旋转部分：转子（包括：铸铝转子、鼠笼导条、转轴、轴承、前、后端盖等）。定子绕组和鼠笼导条是电机实行电磁能量转换的关键组件，它必定遵守三个基本原则（一）是绕组通入电流后必然产生磁场；(二)是绕组导体与磁场发生相对切割运动，绕组中必然产生电动势；（三）是绕组中若有电流通过且处在磁场中，导体必然受到磁场力的作用。我们理解了三个基本原则就导出了三相异步电动机的基本原理。
三相异步电动机的基本运行原理：定子通过三相交流电后，在气隙中产生以同步速度旋转的磁场，该磁场切割转子导条后在转子导条中感应产生电流，带电的转子导条处于气隙旋转的磁场中，就又产生电动力，使转子朝定子旋转磁场的同一转向旋转。由于转子导条中的电流是因转子导条切割由定子绕组产生的气隙磁场才有的，所以转子的转速只能低于气隙旋转磁场的同步转速，永远不可能达到同步（否则的话，转子导条与气隙磁场同步旋转，转子导条也不再切割磁场，也不再会感应电流和产生电动力，转子也不可能旋转），所以名为异步电动机。
一、 常用电机的分类：
电机分类的方式与其分类因素有关。根据主要因素，可简单分为：
发电机-----直流、交流，将机械能转化为电能。
1．能量转换方式
电动机-----直流、交流，将电能转化为机械能。
大型电机 机座号（轴中心高）≥630mm
中型电机 机座号（轴中心高）355～560mm
2．外形大小
小型电机 机座号（轴中心高）63～315mm
微型电机 机座号（轴中心高）＜63mm
凸极转子 转子转速始终与旋转
同步电动机 隐极转子 磁场的转速相同
3．交流电动机 永磁转子
笼型转子 转子转速始终低于定子旋
异步电动机 转磁场的转速。绕线转子
绕线转子 一般用于需要高起动转矩
但起动电流又较小的场合
4．交流电机的相数 单相 三相
5．电压的高低 高压电机----额定电压1000V以上
低压电机----额定电压＜1000V
6．使用时的安装方式 卧式----轴线为水平方向
立式----轴线为竖直方向
7．可适应的使用环境
普通型----适用于无特殊要求的使用场所，可分为多种防护类型。
隔爆型----用于含有爆炸性气体或粉尘的场合。
化工防腐或防盐雾型----用于含有可造成腐蚀的气体或其它物质的场所。
防湿热或干热型----可在湿热或干热地带正常使用。
防振型----使用环境有较大振动或所带负载需要产生较大振动。
8．用途 (1)普通型----用于一般设备如风机、水泵、普通车床等
（2）冶金及起重用
（3）井用（潜水或潜油等）
（4）防爆型----隔爆环境用
（5）化工用
（6）电梯用
（7）高起动----要求起动转矩较高的设备。如油田用抽油机
（8）高转差----转差率较高，可达普通电机的2～4倍
（9）振动机械用
（10）船用----在船上使用，可防水冲击和防海水腐蚀
（11）精密设备用（电振动型）
二、三相异步电动机铭牌数据的含义
使用者必须得了解电动机铭牌所列参数的含义，只有了解后才能更好地使用电动机。
1．电机型号：我国电动机型号国家GB/T4831标准中规定了编制方法。主要四个部分组成。1--产品代号 2—规格代号 3—特殊环境代号 4—补充代号
（1）、产品代号：电机所属的系列及类型代号。一般采用电机所属系列和名称汉语文字中有代表性的一个或几个字的汉语拼音字头来组成。例如：交流异步电动机的代号为Y（异）；交流同步电动机代号为T（同）；交流同步发机代号为TF（同、发）；通风用三相异步多速电动机的代号为YDT（异、多、通）等。有时也用国际通用字母代号。如交流单相电容电动机的代号为YC，其中“C”为国际通用的电容代号。当字母代号后面跟一个阿拉伯数字时，该数字表示本系列产品的设计序号或改型次数。
（2）、规格代号：即电机规格型式代号。它包括电机的结构参数，如机座号、铁心规格、中心高、电机性能参数（极数----中小型交流电机）。在这一部分中，通用具体数字表示的项目则用阿拉伯数字给出，如轴中心高、额定电压等，不能或不好用具体数字表示的，则用字母或数字代号表示。如机座的长短用L、M、S（长、中、短），同一机座中不同长短的铁心用1、2、3等数字表示（数字越大铁心越长）等。
（3）、特殊环境代号：给出了电机所能适应的特殊工作环境内容。用特定的字母或字母加数字表示。如G---高原地区；H----船（海）上；F----有化工腐蚀物质的地方；T----热带地区；TH----湿热带地区；TA----干热带地区；W----屋（户）外。为一部分只有需要时给出，也就是说普通常用电机无此部分。
（4）、补充代号：仅用于有此要求的电机。内容包括安装方式、派生序列号等。
例：Y 2 – 160 M 2 – 2 - TH V3
该电机在使用时为立式安装，并使其主轴朝上
该电机可用于湿热环境中
极数，为2极
定子铁心长度，为2号铁心
中等长度机座
该电机机座号（对于有底脚的电机，则是底脚平面到其轴中心高距离为160mm，对于无底脚的电机则表示该电机的机座与轴中心高为160mm带底脚电机的机座内径相同）
第二次设计的普通三相异步电动机
2、额定输出（功率PN）：额定输出是指电动机在铭牌规定的条件下正常工作时，转轴上有效的机械功率。也可以指其在输入额定电压和额定频率的三相对称交流电并在规定的环境下，能正常工作的轴输出机械功率。又常称容量。一般用千瓦（kW）作单位，不足1千瓦的有时用瓦（W）作单位。出口和进口的电机有时用马力作单位，马力有米制和英制两种，两种马力与千瓦的换算关系略有差别。米制马力可用hp表示，较为常用。
1米制马力=0.7355千瓦 1千瓦=1.36米制马力
1英制马力=0.7470千瓦 1千瓦=1.34英制马力
可粗略记为：1马力（hp）=0.75千瓦（kW）
1千瓦（kW）=1.35马力（hp）
我国标准中确定中小型电机功率挡次推荐如下：(
0.12，0.18，0.25，0.37，0.55，0.75，1.1，1.5，2.2，3，4，5.5，7.5，11，15，18.5，22，30，37，45，55，75，90，110，132，160，200，250，315，355，400，450，500，560，600，630，710，800，850，900，950，1000，1100，1125，1400，1500，1600，2000，2240，2500。
3、额定电压（V）：是保证电动机正常工作时间的电压。一般指线电压，用伏（V）或千伏（KV）作单位。(目前我国常用的电压等级：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。电力系统一般是由发电厂、输电线路、变电所、配电线路及用电设备构成。通常将35kV及35kV以上的电压线路称为送电线路。10kV及其以下的电压线路称为配电线路。将额定1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。我国规定安全电压为36V、24V、12V三种。)高压配电电压为10KV。一般中小型容量的电机大都是低压的，其额定电压分别为220/380V（△/Y接法）和380/660V（△/Y接法）两种，当电动机的容量超过约220 kW时，大都使用3KV或6KV高压电动机。电机所用实际电源电压一般应在额定值的95%～105%之间，有要求时可放宽到90%～110%，当可采用两种电压时，用“/”线隔开，如220/380V。
提到了线电压，我们就简单了解一下三相交流电。目前在实际使用的发电、输电和配电方面一般都采用三相制的交流电，它是由三相交流发电机（可以是汽轮、水轮发电机）产生的。发电机在实用上的三相绕组通常都是接成星形（用符号Y表示）或接成三角形（用符号△表示）。发电机三相绕组作星形连接时，就是把三个绕组的末端U2、V2、W2连在一起，这个点叫做发电机的中点或零点，如 。发电机用四根导线与负载相连，接到绕组的三个起端的三根导线叫做端线，俗称“火线”，接到中点的一根叫中线，俗称“地线”。为了安全起见，通常中线与地线接通。中线对地没有电压，因此人触及中线也没有什么危险。这种有中线的三根供电线路，叫做三相四线制。如果不引出中线的，则叫三相三线制。每相起端与末端的电压，即每根端线与中线间的电压，叫做发电机的相电压。任一相起端与另一相起端间的电压，即任意两端间的电压叫做发电机的线电压。见图： 。当发电机接成星形时，相电压和线电压是不相等的，它们之间的关系是：线电压=√3相电压，线电流=相电流（根据克希荷夫第二定律导出：见图）
U1相=VI相
U线=（U1相 + VI相）cosπ/6
=2 U1相cosπ/6
=2 U1相×√3/2=√3 U1相
从图中可以看出：I线=I相
发电机三相绕组还有另外一种不常用的连接法，即三角形接法，如图：
同理可以根据克希荷夫第二定律导出：三角形接法时，线电流的有效值是相电流的有效值的√3倍，线电压=相电压。
当然，任何三相负载可以接成星形，也可以接成三角形，采用什么接法，应根据用电设备的定额电压和电源的线电压数值而定。例如：我们现在用线电压为380V的三相电路，当电动机每相绕组按额定电压220V设计时，应接成“星形”。当电动机每相绕组按额定电压380V设计时，应接成“三角形”。
4、额定电流（A）：电动机在额定工作状态下运行时，定子线端输入的电流。如果铭牌上有两个电流数据，表示定子绕组在两种不同接法时的电流。一般用安培（A）作单位。它是一个理论计算值，对于三相交流电动机，其计算方法为IN=PN/√3UNcosφηN，（式中：IN--额定电流A； PN--额定功率W；UN--额定电压V；cosφ—该电动机技术条件中规定的功率因素标准值；ηN--该电动机技术条件中规定的效率标准值。）
例如：某电动机 PN=15 kW UN=380V cosφ=0.85 ηN=88.5%
则IN=15000/√3×380×0.85×0.885=30.3(A)
对于小型三相异步电动机，当PN单位用kW 时，额定电流IN≈2PN。这是估算额定电流的简易记法，使用简易记法时，较小电机因cosφ和ηN也较低，所以可适当加大一点倍数，如2.0PN；反之，对于较大电机，则因cosφ和ηN较高，可适当减小一点倍数，如1.9PN。单相异步电动机，当PN单位用kW 时，额定电流IN≈8PN。
额定电流是选择配电设备和电源设备的最主要参数。比如：三相交流异步电动机在选用控制设备时的基本原则有以下四点：（1）开关额定电压与被控制电动机额定电压及电源电压相适应；（2）开关额定电流应能长期承受电动机最大工作电流而不损坏；（3）考虑电动机操作的频繁程度，工作状态、启动电流的影响留有适当余量。（4）根据不同控制设备的特点和灭弧能力留有适当余量。上述第一条可以查手册，而第二条必须知道电动机的最大工作电流。什么是电动机的最大工作电流呢？其时电动机的最大工作电流也就是其额定电流。为什么电动机的最大工作工作电流是额定电流呢？我们可以用焦耳——楞次定律来解释，电动机在开始工作时，他的温度与周围介质（空气）的温度相等，工作开始后，由于电动机内阻产生的无用热量，使电动机的温度逐渐升高，同时将部分热量散发到周围的介质中（空气）去。随着温度的升高，电动机与周围介质的温度差也增长起来，因而散发出来的热量也就随着增加，直到单位内电动机所产生的热量与散发出的热量相当为止，再往后，温度便不再升高，此时的温度叫做稳定温度。电动机在长时间连续工作时，稳定温度正好等于最高容许温度时的电流叫做电动机的额定电流。也就是电动机在长时间连续工作的最大容许电流。因此电动机长时间连续工作的电流，不应该超过它的额定电流。否则电动机将因过度发热而缩短寿命或被烧毁。（电动机达到稳定温度一般需5个小时）
5、额定频率（Hz）：频率的含义：为交流电在每秒内所完成的遁环数目。用字母f表示，单位是赫兹（Hz）即周/秒，在我国发电厂所产生的交流电频率为50Hz，这一频率叫做工业标准频率，简称工频。
额定频率指输入交流电（即电网）的频率是保证电动机输出规定转速的频率。我国与欧洲、非洲和大洋洲大部份国家用50Hz，其他国家如北美洲各国、日本等为60Hz。
6、额定转速（r/min）：电动机在额定电压和额定频率下输出额定功率时的转子每分钟的转速。单位为转/分钟（r/min）。由于交流异步电动机的工作原理决定了转子转速n永远要小于定子磁场的转速即同步转速nN，这即是此种电动机被称为异步电动机的原因。由此出现了一个参数名称叫做转差，（有时称为滑差），用字母s表示，一般采用百分数的形式给出，此时称为转差率。电机同步转速 nN=60f/P f---电源频率 P---电机极对数
转差率：s=（nN－ n）÷nN×100%
一般电动机的s（%）在4%以下，容量较大者数值较小，几百千瓦时不到1%，高转差率电动机可达到5%～10%，甚至更高。异步电机铭牌上的转速是实际值，转子转速为n=（1－s）nN。
7、绝缘等级：表示电机在额定工作状态下运行时，绕组允许的温度升高值（即绕组的温度比周围空气温度高出的数值）。允许温升的高低取决于电机使用的绝缘材料。各种电气设备工作时最高允许温度各有一定数值。例如常用的橡胶绝缘导线的最高容许温度为65℃，电缆最高容许温度为50～80℃。电动机应视所用的绝缘材料而定，也就是说电机的运行性能和使用寿命与绝缘材料和绝缘系统的性能密切相关，很大程度上取决于它们的性能和质量。电机要能在恶劣的环境条件下可靠工作，绝缘结构应能具备电气强度高、耐热性好、导热性好、防潮防尘性好、机械强度高和便于维护等特点，此外对于在湿热带、海上等环境工作的电机，其绝缘结构应经过特殊处理。绝缘老化的主要原因是长期高温，即所谓热老化。因此提高绝缘材料和绝缘结构的耐热性，是改善电机性能，延长使用寿命和提高运行可靠性的主要措施，不同的绝缘材料有不同的耐热性能。电机内部的绝缘结构都应有相同的耐热等级，主要分为5种。A、E、B、F、H，电机绝缘等级、极限温度与温升关系如下表：
| 绝缘等级 | A | E | B | F | H |
| 极限工作温度℃ | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 |
| 热点温差℃ | 5 | 5 | 10 | 15 | 15 |
| 温升电阻法K | 60 | 75 | 80 | 100 | 125 |
| 温升温度计法K | 55 | 65 | 70 | 80 | 105 |
环境温度规定为40℃，温升=极限工作温度－环境温度－热点温度（K）
8、接线方式与旋转方向：
（1）、线端标志
电机绕组及有关电气元件的两个线端均应给出特定的标志,以便用户识别。在国家标准GB1971-2006《旋转电机、线端标志与旋转方向》对电机线端标志与旋转方向作出了原则性的规定，在这里我们就不多讲。标志符号一般使用大写拉丁字母和阿拉伯数字组成，字母表示绕组和元件的类别（为了避免与数字1和0混淆，不应使用字母“I”和“O”），数字用于表示同一绕组（或同一套绕组，如一相绕组）和元件的线端序号。我们只要知道三相异步电动机的相序标志为“U”、“V”、“W”，单相交流电动机相序标志为主绕组为“U”，辅助绕组为“Z”，如果一套主绕组和一套辅绕组接一个共用线端上则该相标志用主绕组的标志。
对于普通使用接线板的电机，一般引出三相头尾共6个接线端子，分别用U1和U2、V1和V2、W1和W2标志。这些标志应采用适当的办法标注在接线端头（常用俗称“线鼻子”或OT接头）上，并保证在使用期间不会磨灭。
（2）旋转方向
如无特殊要求，旋转方向应是面对电机D轴伸端观察轴时轴的旋转方向。D轴伸端的定义是：只有一个轴伸端的电机，即为该轴伸端；有两个轴伸端的电机，若两直径不相同，则为直径较大的一端；若两直径相同，则为无风扇的一端；在必要时，也可按专门的规定。在未加特殊说明时，其旋转方向应为顺时针。有必要时，应在电机的明显部位用箭头标注旋转方向。
对交流多相电机（没有换向器的电机），在相绕组线端字母顺序U1、V1、W1与电源端电压相序L1、L2、L3同方向时，电机为顺时针方向旋转。
（3）常用电机的接线方式
对单速的三相异步电动机而言，三相的常用连接方法有两种，一种是星形接法，用符号Y表示，一种是三角形接法，用符号Δ表示。在电动机行业标准中规定：普通Y系列（含Y2、Y3及其派生系列）3kW及以下的电动机为“Y”接，4kW以上含4kW的电动机为“△”。电机应连成什么样的方式，其主要应是根据用户用电设备的定额电压和电源的线电压数值而定。常用的有以下几种：
（a）、三相单速单电压：
（b）、三相单速双电压：
