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1、电工电子技术,人民邮电出版社,知识模块九 电动机,主要内容 三相异步电动机的结构、工作原理及作用；三相异步电动机的电磁转矩和机械特性;了解三相异步电动机的转动原理和起动方法；了解直流电动机的结构、工作原理及作用。重点 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性，直流电动机的结构、工作原理及作用,一、三相异步电动机分类及作用,电动机的作用：,电动机的分类：,优点：使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵,二、三相异步电动机,1.三相异步电动机的基本结构 实际三相异步电动机的结构包括两个部分：静止不动的定子和可以旋转的转子如图9
2、-1所示。定子和转子之间隔着一层很小的空气隙，中、小型电动机的空气隙厚度约为0.21.0mm。,图9-1 三相鼠笼异步电动机的结构,（1）定子：由机座（外壳）、定子铁芯和定子绕组组成定子铁芯是电动机磁路的一部分，为了减小涡流和磁滞损失，由互相绝缘的硅钢片叠成、内圆周表面有槽（图9-2），用来放置定子绕组。定子铁芯装在由铸铁或铸钢制成的机座上。定子绕组是结构对称的三相绕组由许多线圈连接而成，线圈用绝缘的铜（或铝）导线绕制，大型异步电动机的定子线圈用较大截面的扁铜线绕好以后，再包上绝缘。定子绕组是定子的电路部分。（2）转子：是电动机的转动部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心是圆柱形的，由
3、硅钢片叠成。在转子铁心的外圆周上有槽，槽内放置转子绕组，转子固定在转轴上，如图9-1（b）。按照转子绕组结构的不同，异步电动机可分为鼠笼式和绕线式两种，图9-3所示是鼠笼式转子的结构。它是在转子铁心的槽内放置铜条，其两端用端环连接，如图9-3（a）所示，如果去掉转子铁心，转子绕组便成鼠笼形状，所以叫做鼠笼式转子绕组。有些转子是在其铁心槽内浇铸铝液，铸成一个鼠笼，如图9-3（b）所示。这种转子既经济又便于生产，中小型鼠笼式异步电动机几乎都采用铸铝转子。,图9-2 未装绕组的异步电动机定子 图9-3 鼠笼式转子,绕线式转子的绕组和定子绕组相似，也是由绝缘导线做成绕组元件，放在转子铁心槽内，然后连接
4、成对称的三相绕组。转子三相绕组通常接成星形，星形绕组的三根端线接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷把转子绕组从三个接线端引出来并与外电路相连接。图9-4所示是绕线式转子的结构和接线图。绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转轴上的三个铜环上，通过一组电刷把转子绕组从三个接线端引出来并与外电路相连接。图9-4所示是绕线式转子的结构和接线图。绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子电路中接人附加电阻以改善异步电动机的起动性能或调节电动机的转速。在正常工作情况下，转子绕组是短接的，不接入附加电阻。,图9-4 饶线式转子,2.三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机的定子绕组通入三相电流，便产
5、生旋转磁场并切割转子导体，在转子电路产生感应电流，载流转子在磁场中受力产生电磁转矩，从而使转子旋转。所以，旋转磁场的产生是转子转动的先决条件。,3.具有热过载保护的控制电路（1）用途 电动机安全运行有不同的要求，相应的控制保护措施也不同，例如电动机的失压和欠压保护控制等。实际运行时，如电动机长期过负载，或操作频繁，或断相运行等，都可能使电动机的电流超过其额定值。如熔断器在这种情况下不熔断（熔断器以短路保护为主），则引起绕组过热，若温升超过允许温升就会使绝缘损坏，影响电动机的寿命，严重时会烧坏电动机。所以只对电动机加装失压、欠压保护是不够的，还要加装专门的过载保护（热保护）装置。其中应用最广泛的
6、是热继电器式保护，其正转控制电路如图9-10所示。,（2）工作原理 图9-10中，FR为热继电器，他的热元件串接在电动机的主线路中，常闭触点串在控制电路中。如果电动机由于某种原因过载或其负载电流超过额定值，经过一定时间后，串接在主电路中的热继电器的双金属片就会受热弯曲，使串接在控制回路中的常闭触点断开，切断控制线路电源，接触器KM的线圈断电，主触头断开，电动机M由于失电而停转，达到了过载保护控制目的。,图 9-10 具有过载保护的正转控制电路,三、直流电动机,直流电机是直流电动机和直流发电机的统称，前者把电能转换为机械能，后者则刚好相反。本节将简单介绍直流电机的工作原理、结构和用途。直流电动机
7、的工作原理 图9-11是一个最简单的直流电动机模型。在两个磁极之间放置一个可以绕轴转动的线圈ABCD，线圈的两个端头分别接至彼此绝缘的半圆形铜环1和2上，他们分别通过电刷E和F与外电路连接。当线圈处于图9-11（a）的位置时接通电源，此时电刷E与半圆环1接触，电刷F与半圆环铜环2接触，线圈中有电流通过，其方向从DCBA。根据左手定则可知，此时线圈的两个有效边AB和CD将受到电磁力作用，并驱动线圈沿顺时针方向转动。当线圈转至水平位置时，电刷E刚好脱离半圆形铜环1，将要接触半圆形铜环2，而电刷F则刚好相反，这时线圈中电流降为零，它所受的转矩亦为零（此时线圈所在平面称为中性面）。由于线圈的惯性，线圈
8、将越过中性面。线圈一旦越过中性面，电刷E即与半圆形铜环2接触，电刷F即与半圆形铜环1接触（图9-11（b），通过线圈的电流方向与前相反，改变为从ABCD，这时转矩的方向仍然不变，线圈沿顺时针方向继续转动下去。从上面分析可知，半圆形铜环1和2具有改变线圈电流方向的作用，故称为换向片，其整体称为换向器。,实际的直流电动机就是根据上述原理制成的，只是它的线圈数和换向片数目比较多而已。,图9-11 简单直流电动机模型,2.电磁式直流电机的结构 直流电机按照产生磁场的方式可分为电磁式和永磁式。本节主要介绍电磁式直流电机的结构。电磁式直流电机有定子和转子组成。定子结构如图9-12（a）所示，它包含机壳和磁
9、极。磁极由极心和极掌组成，励磁绕组套在极心上，极掌用于挡住励磁绕组并使气隙的磁阻减小，极掌的弧线有一定的形状，以改善气隙磁感应强度的分布。,转子也叫电枢，如图9-12（b）所示，它由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。电枢铁芯是一个圆柱体，它由外圆周上冲有槽孔的硅钢片叠压而成，所以转子的外圆边上有均匀分布的轴向线槽，用来放置电枢绕组。换向器是直流电机的特征，由锲形铜片组成，铜片与铜片之间用云母片绝缘。换向器固定在电枢铁芯的转轴上，与轴绝缘，换向器外圆面与用弹簧压着的电刷接触，电刷安置在电刷架上，电刷架固定在端盖上。电枢绕组通过换向器、电刷与外电路联接。,图9-12 电磁式直流电机,3.电磁式直流电
10、机按励磁方式的分类电磁式直流电机按励磁方式可分为四类：（1）他励：励磁绕组由其他直流电源供电，如图9-13（a）所示；（2）并励：励磁绕组与电枢绕组并联，如图9-13（b）所示，励磁电压就是电枢两端的电压；（3）串励：励磁绕组与电枢绕组串联，如图9-13（c）所示，励磁电流等于电枢电流；（4）复励：励磁绕组分为两组，一组与电枢绕组并联，另一组与电枢绕组串联，如图9-13（d）所示，两个绕组在气隙中产生的磁场是相互加强的。,图9-13 电磁式直流电机按励磁方式的分类,4.直流电机的用途 直流电动机具有较好的起动和调速性能，对起动和调速要求较高的生产机械都使用这种电机，例如，电车、起重机和船舶上的生产机械等。微型直流电动机（功率小于600W的电动机）可供选择的转速范围宽，低速可小于10r/min，高速可超过20，000r/min，而且便于调速和稳速，因此，在自动化仪器、计算机、医疗器械和家用电器等领域获得广泛应用。,
