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電動機基礎知識
電動機基礎知識
電機的基本結構可分為兩部分：一、不動部分：定子（包括：疊壓定子、定子繞組、絕緣結構、機座、接線盒等）二、旋轉部分：轉子（包括：鑄鋁轉子、鼠籠導條、轉軸、軸承、前、后端蓋等）。定子繞組和鼠籠導條是電機實行電磁能量轉換的關鍵組件，它必定遵守三個基本原則（一）是繞組通入電流后必然產生磁場；(二)是繞組導體與磁場發生相對切割運動，繞組中必然產生電動勢；（三）是繞組中若有電流通過且處在磁場中，導體必然受到磁場力的作用。我們理解了三個基本原則就導出了三相異步電動機的基本原理。
三相異步電動機的基本運行原理：定子通過三相交流電后，在氣隙中產生以同步速度旋轉的磁場，該磁場切割轉子導條后在轉子導條中感應產生電流，帶電的轉子導條處于氣隙旋轉的磁場中，就又產生電動力，使轉子朝定子旋轉磁場的同一轉向旋轉。由于轉子導條中的電流是因轉子導條切割由定子繞組產生的氣隙磁場才有的，所以轉子的轉速只能低于氣隙旋轉磁場的同步轉速，永遠不可能達到同步（否則的話，轉子導條與氣隙磁場同步旋轉，轉子導條也不再切割磁場，也不再會感應電流和產生電動力，轉子也不可能旋轉），所以名為異步電動機。
一、 常用電機的分類：
電機分類的方式與其分類因素有關。根據主要因素，可簡單分為：
發電機-----直流、交流，將機械能轉化為電能。
1．能量轉換方式
電動機-----直流、交流，將電能轉化為機械能。
大型電機 機座號（軸中心高）≥630mm
中型電機 機座號（軸中心高）355～560mm
2．外形大小
小型電機 機座號（軸中心高）63～315mm
微型電機 機座號（軸中心高）＜63mm
凸極轉子 轉子轉速始終與旋轉
同步電動機 隱極轉子 磁場的轉速相同
3．交流電動機 永磁轉子
籠型轉子 轉子轉速始終低于定子旋
異步電動機 轉磁場的轉速。繞線轉子
繞線轉子 一般用于需要高起動轉矩
但起動電流又較小的場合
4．交流電機的相數 單相 三相
5．電壓的高低 高壓電機----額定電壓1000V以上
低壓電機----額定電壓＜1000V
6．使用時的安裝方式 臥式----軸線為水平方向
立式----軸線為豎直方向
7．可適應的使用環境
普通型----適用于無特殊要求的使用場所，可分為多種防護類型。
隔爆型----用于含有爆炸性氣體或粉塵的場合。
化工防腐或防鹽霧型----用于含有可造成腐蝕的氣體或其它物質的場所。
防濕熱或干熱型----可在濕熱或干熱地帶正常使用。
防振型----使用環境有較大振動或所帶負載需要產生較大振動。
8．用途 (1)普通型----用于一般設備如風機、水泵、普通車床等
（2）冶金及起重用
（3）井用（潛水或潛油等）
（4）防爆型----隔爆環境用
（5）化工用
（6）電梯用
（7）高起動----要求起動轉矩較高的設備。如油田用抽油機
（8）高轉差----轉差率較高，可達普通電機的2～4倍
（9）振動機械用
（10）船用----在船上使用，可防水沖擊和防海水腐蝕
（11）精密設備用（電振動型）
二、三相異步電動機銘牌數據的含義
使用者必須得了解電動機銘牌所列參數的含義，只有了解后才能更好地使用電動機。
1．電機型號：我國電動機型號國家GB/T4831標準中規定了編制方法。主要四個部分組成。1--產品代號 2—規格代號 3—特殊環境代號 4—補充代號
（1）、產品代號：電機所屬的系列及類型代號。一般采用電機所屬系列和名稱漢語文字中有代表性的一個或幾個字的漢語拼音字頭來組成。例如：交流異步電動機的代號為Y（異）；交流同步電動機代號為T（同）；交流同步發機代號為TF（同、發）；通風用三相異步多速電動機的代號為YDT（異、多、通）等。有時也用國際通用字母代號。如交流單相電容電動機的代號為YC，其中“C”為國際通用的電容代號。當字母代號后面跟一個阿拉伯數字時，該數字表示本系列產品的設計序號或改型次數。
（2）、規格代號：即電機規格型式代號。它包括電機的結構參數，如機座號、鐵心規格、中心高、電機性能參數（極數----中小型交流電機）。在這一部分中，通用具體數字表示的項目則用阿拉伯數字給出，如軸中心高、額定電壓等，不能或不好用具體數字表示的，則用字母或數字代號表示。如機座的長短用L、M、S（長、中、短），同一機座中不同長短的鐵心用1、2、3等數字表示（數字越大鐵心越長）等。
（3）、特殊環境代號：給出了電機所能適應的特殊工作環境內容。用特定的字母或字母加數字表示。如G---高原地區；H----船（海）上；F----有化工腐蝕物質的地方；T----熱帶地區；TH----濕熱帶地區；TA----干熱帶地區；W----屋（戶）外。為一部分只有需要時給出，也就是說普通常用電機無此部分。
（4）、補充代號：僅用于有此要求的電機。內容包括安裝方式、派生序列號等。
例：Y 2 – 160 M 2 – 2 - TH V3
該電機在使用時為立式安裝，并使其主軸朝上
該電機可用于濕熱環境中
極數，為2極
定子鐵心長度，為2號鐵心
中等長度機座
該電機機座號（對于有底腳的電機，則是底腳平面到其軸中心高距離為160mm，對于無底腳的電機則表示該電機的機座與軸中心高為160mm帶底腳電機的機座內徑相同）
第二次設計的普通三相異步電動機
2、額定輸出（功率PN）：額定輸出是指電動機在銘牌規定的條件下正常工作時，轉軸上有效的機械功率。也可以指其在輸入額定電壓和額定頻率的三相對稱交流電并在規定的環境下，能正常工作的軸輸出機械功率。又常稱容量。一般用千瓦（kW）作單位，不足1千瓦的有時用瓦（W）作單位。出口和進口的電機有時用馬力作單位，馬力有米制和英制兩種，兩種馬力與千瓦的換算關系略有差別。米制馬力可用hp表示，較為常用。
1米制馬力=0.7355千瓦 1千瓦=1.36米制馬力
1英制馬力=0.7470千瓦 1千瓦=1.34英制馬力
可粗略記為：1馬力（hp）=0.75千瓦（kW）
1千瓦（kW）=1.35馬力（hp）
我國標準中確定中小型電機功率擋次推薦如下：(
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、額定電壓（V）：是保證電動機正常工作時間的電壓。一般指線電壓，用伏（V）或千伏（KV）作單位。(目前我國常用的電壓等級：220V、380V、6kV、10kV、35kV、110kV、220kV、330kV、500kV。電力系統一般是由發電廠、輸電線路、變電所、配電線路及用電設備構成。通常將35kV及35kV以上的電壓線路稱為送電線路。10kV及其以下的電壓線路稱為配電線路。將額定1kV以上電壓稱為“高電壓”，額定電壓在1kV以下電壓稱為“低電壓”。我國規定安全電壓為36V、24V、12V三種。)高壓配電電壓為10KV。一般中小型容量的電機大都是低壓的，其額定電壓分別為220/380V（△/Y接法）和380/660V（△/Y接法）兩種，當電動機的容量超過約220 kW時，大都使用3KV或6KV高壓電動機。電機所用實際電源電壓一般應在額定值的95%～105%之間，有要求時可放寬到90%～110%，當可采用兩種電壓時，用“/”線隔開，如220/380V。
提到了線電壓，我們就簡單了解一下三相交流電。目前在實際使用的發電、輸電和配電方面一般都采用三相制的交流電，它是由三相交流發電機（可以是汽輪、水輪發電機）產生的。發電機在實用上的三相繞組通常都是接成星形（用符號Y表示）或接成三角形（用符號△表示）。發電機三相繞組作星形連接時，就是把三個繞組的末端U2、V2、W2連在一起，這個點叫做發電機的中點或零點，如 。發電機用四根導線與負載相連，接到繞組的三個起端的三根導線叫做端線，俗稱“火線”，接到中點的一根叫中線，俗稱“地線”。為了安全起見，通常中線與地線接通。中線對地沒有電壓，因此人觸及中線也沒有什么危險。這種有中線的三根供電線路，叫做三相四線制。如果不引出中線的，則叫三相三線制。每相起端與末端的電壓，即每根端線與中線間的電壓，叫做發電機的相電壓。任一相起端與另一相起端間的電壓，即任意兩端間的電壓叫做發電機的線電壓。見圖： 。當發電機接成星形時，相電壓和線電壓是不相等的，它們之間的關系是：線電壓=√3相電壓，線電流=相電流（根據克希荷夫第二定律導出：見圖）
U1相=VI相
U線=（U1相 + VI相）cosπ/6
=2 U1相cosπ/6
=2 U1相×√3/2=√3 U1相
從圖中可以看出：I線=I相
發電機三相繞組還有另外一種不常用的連接法，即三角形接法，如圖：
同理可以根據克希荷夫第二定律導出：三角形接法時，線電流的有效值是相電流的有效值的√3倍，線電壓=相電壓。
當然，任何三相負載可以接成星形，也可以接成三角形，采用什么接法，應根據用電設備的定額電壓和電源的線電壓數值而定。例如：我們現在用線電壓為380V的三相電路，當電動機每相繞組按額定電壓220V設計時，應接成“星形”。當電動機每相繞組按額定電壓380V設計時，應接成“三角形”。
4、額定電流（A）：電動機在額定工作狀態下運行時，定子線端輸入的電流。如果銘牌上有兩個電流數據，表示定子繞組在兩種不同接法時的電流。一般用安培（A）作單位。它是一個理論計算值，對于三相交流電動機，其計算方法為IN=PN/√3UNcosφηN，（式中：IN--額定電流A； PN--額定功率W；UN--額定電壓V；cosφ—該電動機技術條件中規定的功率因素標準值；ηN--該電動機技術條件中規定的效率標準值。）
例如：某電動機 PN=15 kW UN=380V cosφ=0.85 ηN=88.5%
則IN=15000/√3×380×0.85×0.885=30.3(A)
對于小型三相異步電動機，當PN單位用kW 時，額定電流IN≈2PN。這是估算額定電流的簡易記法，使用簡易記法時，較小電機因cosφ和ηN也較低，所以可適當加大一點倍數，如2.0PN；反之，對于較大電機，則因cosφ和ηN較高，可適當減小一點倍數，如1.9PN。單相異步電動機，當PN單位用kW 時，額定電流IN≈8PN。
額定電流是選擇配電設備和電源設備的最主要參數。比如：三相交流異步電動機在選用控制設備時的基本原則有以下四點：（1）開關額定電壓與被控制電動機額定電壓及電源電壓相適應；（2）開關額定電流應能長期承受電動機最大工作電流而不損壞；（3）考慮電動機操作的頻繁程度，工作狀態、啟動電流的影響留有適當余量。（4）根據不同控制設備的特點和滅弧能力留有適當余量。上述第一條可以查手冊，而第二條必須知道電動機的最大工作電流。什么是電動機的最大工作電流呢？其時電動機的最大工作電流也就是其額定電流。為什么電動機的最大工作工作電流是額定電流呢？我們可以用焦耳——楞次定律來解釋，電動機在開始工作時，他的溫度與周圍介質（空氣）的溫度相等，工作開始后，由于電動機內阻產生的無用熱量，使電動機的溫度逐漸升高，同時將部分熱量散發到周圍的介質中（空氣）去。隨著溫度的升高，電動機與周圍介質的溫度差也增長起來，因而散發出來的熱量也就隨著增加，直到單位內電動機所產生的熱量與散發出的熱量相當為止，再往后，溫度便不再升高，此時的溫度叫做穩定溫度。電動機在長時間連續工作時，穩定溫度正好等于最高容許溫度時的電流叫做電動機的額定電流。也就是電動機在長時間連續工作的最大容許電流。因此電動機長時間連續工作的電流，不應該超過它的額定電流。否則電動機將因過度發熱而縮短壽命或被燒毀。（電動機達到穩定溫度一般需5個小時）
5、額定頻率（Hz）：頻率的含義：為交流電在每秒內所完成的遁環數目。用字母f表示，單位是赫茲（Hz）即周/秒，在我國發電廠所產生的交流電頻率為50Hz，這一頻率叫做工業標準頻率，簡稱工頻。
額定頻率指輸入交流電（即電網）的頻率是保證電動機輸出規定轉速的頻率。我國與歐洲、非洲和大洋洲大部份國家用50Hz，其他國家如北美洲各國、日本等為60Hz。
6、額定轉速（r/min）：電動機在額定電壓和額定頻率下輸出額定功率時的轉子每分鐘的轉速。單位為轉/分鐘（r/min）。由于交流異步電動機的工作原理決定了轉子轉速n永遠要小于定子磁場的轉速即同步轉速nN，這即是此種電動機被稱為異步電動機的原因。由此出現了一個參數名稱叫做轉差，（有時稱為滑差），用字母s表示，一般采用百分數的形式給出，此時稱為轉差率。電機同步轉速 nN=60f/P f---電源頻率 P---電機極對數
轉差率：s=（nN－ n）÷nN×100%
一般電動機的s（%）在4%以下，容量較大者數值較小，幾百千瓦時不到1%，高轉差率電動機可達到5%～10%，甚至更高。異步電機銘牌上的轉速是實際值，轉子轉速為n=（1－s）nN。
7、絕緣等級：表示電機在額定工作狀態下運行時，繞組允許的溫度升高值（即繞組的溫度比周圍空氣溫度高出的數值）。允許溫升的高低取決于電機使用的絕緣材料。各種電氣設備工作時最高允許溫度各有一定數值。例如常用的橡膠絕緣導線的最高容許溫度為65℃，電纜最高容許溫度為50～80℃。電動機應視所用的絕緣材料而定，也就是說電機的運行性能和使用壽命與絕緣材料和絕緣系統的性能密切相關，很大程度上取決于它們的性能和質量。電機要能在惡劣的環境條件下可靠工作，絕緣結構應能具備電氣強度高、耐熱性好、導熱性好、防潮防塵性好、機械強度高和便于維護等特點，此外對于在濕熱帶、海上等環境工作的電機，其絕緣結構應經過特殊處理。絕緣老化的主要原因是長期高溫，即所謂熱老化。因此提高絕緣材料和絕緣結構的耐熱性，是改善電機性能，延長使用壽命和提高運行可靠性的主要措施，不同的絕緣材料有不同的耐熱性能。電機內部的絕緣結構都應有相同的耐熱等級，主要分為5種。A、E、B、F、H，電機絕緣等級、極限溫度與溫升關系如下表：
| 絕緣等級 | A | E | B | F | H |
| 極限工作溫度℃ | 105 | 120 | 130 | 155 | 180 |
| 熱點溫差℃ | 5 | 5 | 10 | 15 | 15 |
| 溫升電阻法K | 60 | 75 | 80 | 100 | 125 |
| 溫升溫度計法K | 55 | 65 | 70 | 80 | 105 |
環境溫度規定為40℃，溫升=極限工作溫度－環境溫度－熱點溫度（K）
8、接線方式與旋轉方向：
（1）、線端標志
電機繞組及有關電氣元件的兩個線端均應給出特定的標志,以便用戶識別。在國家標準GB1971-2006《旋轉電機、線端標志與旋轉方向》對電機線端標志與旋轉方向作出了原則性的規定，在這里我們就不多講。標志符號一般使用大寫拉丁字母和阿拉伯數字組成，字母表示繞組和元件的類別（為了避免與數字1和0混淆，不應使用字母“I”和“O”），數字用于表示同一繞組（或同一套繞組，如一相繞組）和元件的線端序號。我們只要知道三相異步電動機的相序標志為“U”、“V”、“W”，單相交流電動機相序標志為主繞組為“U”，輔助繞組為“Z”，如果一套主繞組和一套輔繞組接一個共用線端上則該相標志用主繞組的標志。
對于普通使用接線板的電機，一般引出三相頭尾共6個接線端子，分別用U1和U2、V1和V2、W1和W2標志。這些標志應采用適當的辦法標注在接線端頭（常用俗稱“線鼻子”或OT接頭）上，并保證在使用期間不會磨滅。
（2）旋轉方向
如無特殊要求，旋轉方向應是面對電機D軸伸端觀察軸時軸的旋轉方向。D軸伸端的定義是：只有一個軸伸端的電機，即為該軸伸端；有兩個軸伸端的電機，若兩直徑不相同，則為直徑較大的一端；若兩直徑相同，則為無風扇的一端；在必要時，也可按專門的規定。在未加特殊說明時，其旋轉方向應為順時針。有必要時，應在電機的明顯部位用箭頭標注旋轉方向。
對交流多相電機（沒有換向器的電機），在相繞組線端字母順序U1、V1、W1與電源端電壓相序L1、L2、L3同方向時，電機為順時針方向旋轉。
（3）常用電機的接線方式
對單速的三相異步電動機而言，三相的常用連接方法有兩種，一種是星形接法，用符號Y表示，一種是三角形接法，用符號Δ表示。在電動機行業標準中規定：普通Y系列（含Y2、Y3及其派生系列）3kW及以下的電動機為“Y”接，4kW以上含4kW的電動機為“△”。電機應連成什么樣的方式，其主要應是根據用戶用電設備的定額電壓和電源的線電壓數值而定。常用的有以下幾種：
（a）、三相單速單電壓：
（b）、三相單速雙電壓：
