电机概述及各类型电机简介知识培训资料概要演示教学

第一章概述

第一节电机的定义

电机可泛指所有实施电能生产、传输、使用和电能特性变换的机械或装置。然而，由于生产、传输、使用电能和电能特性变换的方式很多，原理各异，如机械摩擦、电磁感应、光电效应、磁光效应、热电效应、压电效应、化学效应等等，内容广泛，不可能由一门课程包括。电机学的主要研究范畴仅限于那些依据电磁感应定律和电磁力定律实现机电能量转换和信号传递与转换的装置。

一、电机的能量交换原理

根据电机学定义，电机是一种将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的设备，其中将机械能变为电能的称发电机；将电能变为机械能的称为电动机。电机实现能量转换都基于两个基本定律：

1、法拉第-楞次定律（感应电动势定律）

导体在磁场中运动切割磁力线，在导体两端必然会产生感应电动势，感应电动势e的大小与导体运动速度v、导体的长度L以及磁场的磁感应强度B成正比，即：e=BLV 感应电动势的方向符合右手定律。

2、毕奥-萨戈尔定律（电磁力定律）

载流导体在磁场中必然会受到电磁力的作用。电磁力的大小与导体所载电流I、磁场的磁感应强度B以及导体的长度L成正比，即：F=BIL 电磁力的方向符合左手定律。

所有电机都是根据上述两个定律基本原理设计的。电机类型很多，结构类型很多，结构形式也各不相同，但其能量转换和转矩产生原理是相同的，由于励磁方式不同，各类电机磁场性能和变化不同，才有电机的不同类型和不同特性。

电机内部实现能量转换包括电系统、耦合系统和机械系统三个环节，如图1-1。电动机通常是在其接线端子上输入电能，在轴上输出机械功率。外电路电能通过耦合系统在在机械系统中产生机械能，在机械系统轴头以机械能输出。发电机则是在其轴上输入机械功率，其端子上输出电功率。驱动机械的机械能通过耦合系统，在电系统中产生电能输出。在上述能量转换过程中，三个系统都会产生部分能量损失，最终都以热量形式向周围环境散逸。

图1-1 电机能量转换环节

二、电动机和发电机的可逆运行

电机进行机电能量转换的过程是可逆的。当电机内部电磁转距起驱动作用时为电动状态；当电磁转距起制动作用时为发电状态。即电机在运行过程中，电动机状态和发电机状态是可以互换的，如电动机在工作时，采用能耗制动或反馈制动时，即进入了发电机状态。又如蓄能发电机组，在抽水蓄能时，以电动机状态运行，调峰发电时，以发电机方式工作。由于机电能量转换过程是可逆的，因而电动机和发电机在结构上无根本区别。

三、电机实现能量交换的条件

根据电机的基本原理，电机要进行能量交换必须要具备有相对运动的两个部分，一个是产生磁场的磁感应部件；另一个是感应电动势和流过工作电流的被感应部件。当被感应部件绕组中流过电流所建立磁场与励磁磁场间，在极数相等，相对静止条件下，就能产生有效的电磁转矩。

电机内两个相互耦合的磁场为了要能相对运动，必须有一个机械部分是固定的另一个是能相对运动的。因此，对任何旋转电机来说（有别于直线电机），必须有一个定子部件，固定住一套绕组和磁路部件；另外还必须有一个转动部件，支撑住另一套绕组和磁路部件。只有这样才能在定、转子之间的气隙磁场实现能转换。

四、电机基本组成部分

任何一台电机其机械总结构一般应包括以下部分。

(1)定子。是输入电功率，产生磁场的静止部件。对交流电机来说，在通常结构型式下，定子磁场是旋转的；对直流电机来说，定子磁场是静止的。定子通常是由机座固定在底板上(对大型电机)或基础上(对中、小型电机)。

(2)转子。是产生一个与定子磁场相对运动的磁场．轴上输出机械功率的重要部件，其上备部件往往要承受较大机械应力和电磁力．转子通常是依靠转轴支承在轴承上。

(3)轴承装置。是使转子能以所需方式旋转，而能保持定、转子相对位置的主要结构。中、小型电动机一般采用滚动轴承，固定在电机两侧端盖上，对大型电机来说一般采用滑动轴承，用轴承座固定在底板上。

(4)底板。单台的中、小型电动机没有底板，定、转子、机座、端盖装配成一个整体，依靠与机座为一体的底脚板，直接固定到基础上。大型电动机定子、轴承座，端罩都装到一个有足够刚度的基础板——底板上，使电动机成为一个整体。

(5)其他附属结构

1)集电环与换向器。是构成旋转部分导电的滑动接触的结构。

2)接线盒。可靠固定输入电能的各种导体端子，并使之与机座可靠绝缘的部件。

3)风扇。对于发电机和非调速电动机，可采用轴上自带风扇来进行通风冷却，风扇结构型式有径向风扇、轴向风扇、斗式风扇等。

4)端罩(或端盖)。防止维护、值班人员碰到旋转、带电部分的部件。

5)附件。如测速发电机、过速继电器、脉冲发生器等．是调速电动机速度信号检

测的装置。第二节电机的主要类型电机的种类很多，分类方法也很多。如按运动方式分，静止的有变压器，运动的直线电机和旋转电机，直线电机和旋转电机按电源性质分，又有直流电机和交流电机两种，而交流电机按运动速度与电源频率的关系又可分为异步电机和同步电机两大类。分类还可以进一步细分下去，这里就不一一列举了。鉴于直线电

机较少应用，而电机学只侧重旋转电机的研究，故上述分类结果可归纳为：

变压器

电机直流电机

旋转电机同步电机

交流电机

异步电机

发电机：由原动机拖动，将机械能转换为电能

电动机：将电能转换为机械能，驱动电力机械

电机变压器、变频机、变流机、移相器：分别用于改变电压、电流、频率和相位

控制电机：进行信号的传递和转换，控制系统中的执行、检测

第三节电机的绝缘材料及要求

由于电机是依据电磁感应定律实现能量转换的，因此电机中必须要有电流通道和磁通通道，也即通常所说的电路和磁路，并要求由性能优良的导电材料和导磁材料构成。具体说来，电机中的导电材料是绕制线圈（电机学将一组线圈称为绕组）用的，要求导电性能好电阻损耗小，故一般选用紫铜线（棒）。电机中的导磁材料又叫铁磁材料，主要采用硅钢片，也称电工钢片。除导电和导磁材料外，电机中还需要有能将电、磁两部分融合为一个有机整体的结构材料。这些材料首先包括机械强度高、加工方便的铸铁、铸钢和钢板，此外，还包括大量介电强度高、耐热性能好的绝缘材料（如聚酯漆、环氧树脂、玻璃丝带、电工纸、云母片、玻璃纤维板等），专用于导体之间和各类构件之间的绝缘处理。

一、对绝缘结构的要求

绕组是实现能量交换的主要部件，是由导电性良好的导体和不导电的绝缘层所构成，导体的作用是构成电机的电路，绝缘层的作用是隔离电路与磁路、导体之间、以及带电导体与地之间不同的电位。为了减少铁心中涡流产生的损耗和阻尼作用，铁心叠片之间也用绝缘作为隔离层，通常是极簿的一层漆膜。电机内的绝缘层往往是由几种绝缘材料组成，并经过各种绝缘工艺处理。如包绕、烘压、浸漆、表面处理等，这种由多种绝缘材料经过加工和特殊处理形成的复合绝缘层，通常称为绝缘结构。绝缘结构比单一的绝缘材料具有更好的电气性能、防潮性能、机械强度、导热性和整体性。电机内因有数种绕组，往往有几种不同的绝缘结构，它们全体构成电机的绝缘系统。

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电、热、力学、理化性能。电机要能在恶劣的环境和严苛的运行条件下可靠工作，绝缘结构应具备电气强度高、耐热性能高、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

境工作的电动机，其绝缘结构要经过特殊处理。

二、绝缘结构组成单元

电机内有几种不同的绝缘结构，每种绝缘结构的制作都必须根据绝缘制作工艺操作文件-绝缘规范来进行。绝缘结构是由很多种绝缘材料组成的，它们的作用和性能各不相同。绝缘单元结构主要有以下几种：

(1)匝间绝缘。用来隔离同一绕组内不同电位的导体，片间绝缘与股线绝缘也屑匝间绝缘性质，其承受电压较低。

(2)对地绝缘。是主绝缘，承受对地电压．其作用是隔离地与导体之间电位，要求有较高的电气强度，绝缘层的厚度根据电机的电压等级来确定。

(3)层间绝缘。用来作为上、下层导线，或上、下层绕组问的绝缘，要求具有较好的弹性和韧性。

(4)保护绝缘。用来保护主绝缘。使主绝缘减少制造过程和运行过程受到的机械损伤。保护绝缘要求具有某种好的机械性能，而不要求过高的绝缘性能，保护绝缘最常见的是线圈最外层的保护布带、槽衬等。

(5)支撑绝缘。主要用来使绕组和带电部件在电机内能可靠的定位和固定，槽楔、引线夹板、端于板、端部绑扎机等皆后支撑绝缘，支撑绝缘要求有较好的强度，并在长期工作中不应变形。

每种绝缘结构都是由上述绝缘的单元结构不同形成的组合。

三、绝缘结构的耐热等级

电机内的各种绝缘结构，在长期强电场、高温下运行，其电气和机械性能都将逐渐下降。这是由于绝缘层内有机物中挥发性成分的逸出，氧化裂解、热裂解、水解等化学、物理变化、致使绝缘层变硬，变脆和出现裂纹，而导致力学、电气、理化性能变差，这是通常所你的绝缘老化现象，是一种劣化的过程。

绝缘材料老化的过程中，起主要作用的是长期高温，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重要措施。不同的绝缘材料有不同的耐热性能，电机内的绝缘结构都应有相同的耐热等级。绝缘的耐热等级规定见表1—1。

素，老化实际上是绝缘结构和绝缘材料劣化的综合表现。电机常用绝缘材料按性能划分为Y、A、E、B、F、H等6个等级。如A级绝缘材料可在105度下长期使用，超过105度则很快老化，E级绝缘材料可在120度下长期使用，超过120度则很快老化，B级绝缘材料可在130度下长期使用，超过130度则很快老化，F 级绝缘材料可在155度下长期使用，超过155度则很快老化,H级绝缘材料允许在180度下长期使用超过180度则很快老化。使用时温度超过8度，则使用寿命将缩短一半，通常称为热老化的8度规则

第四节电机的作用和地位

在自然界各种能源中，电能具有大规模生产、远距离经济传输、智能化自动控制的突出特点，它不但已成为人类生产和生活的主要能源，而且对近代人类文明的产生和发展起了重要的推动作用。与此相互应，作为电能生产、传输、使用和电能特性变换的核心装备，电机在现代社会所有行业和部门中也占据着越来越重

要的地位。

对电力工业本身来说，电机就是发电厂和变电站的主要设备。首先，火（核）电厂利用汽轮机将机械能转换为电能，然后电能经各级变电站利用变压器改变电压等级，再进行传输和分配。发电厂的多种辅助设备，如给水泵、鼓风机、调速器、传送带等，也需要电动机驱动。

在机械制造业和其它所有轻、重型制造工业中，电动机的应用也非常广泛。各类工作母机，尤其是速控机床，都须由一台或多台不同容量和型式的电动机拖动和控制。各种专业机械，如纺织机、造纸机、印刷机等也都需要电动机来驱动。一个现代化的大企业通常要装备几千乃至几万台不同类型的电动机。

在冶金工业中，高炉、转炉和平炉都须由若干台电动机来控制大型扎钢机常由数千乃至数万千瓦的电动机拖动。

在石油和天然气的钻探及加压泵送过程中，在煤炭开采和输送过程中，在化学提炼和加工设备中，在电气化铁路和城市交通以及作为现代化高速交通工具之一的磁悬浮列车中，在建筑、医药、粮食加工工业中，在供水和排灌系统中，在制导、跟踪、定位等自动化控制系统以及大功率电磁发射技术等国防高科技领域，在电动工具、家用电器、电动玩具、办公自动化设备和计算机外部设备中…………总之在一切工农业生产、国防、文教、科技领域以及人们日常生活中，电机的应用越来越广泛。

常见电机图1

常见电机图2

第二章各类型电机简介

第一节同步发电机与同步电动机

一、同步电机特点

同步电机是交流电机的一种。普通同步电机与异步电机的根本区别是转子侧（特殊结构时也可以是定子侧）装有磁极并通入直流电流励磁，因而具有确定的极性。同步电机的运行特点是转子的旋转速度必须与定子磁场的旋转速度严格同步，并由此得名。

由其极数与交流电频率决定的按一定转速运转的电机．此转速称为同步转速。同步转速是由电网频率和极对数决定的，即n＝60f/p (r／min)

式中f——电网频率，Hz

p——极对数。

同步电机的主要功能是机械能与恒定频率交流电之间相互转换。现代的工业交流电源，需要保持其频率恒定而采用同步发电机。将同步电动机接入交流电源作电动机运行便成为同步电动机。由于同步电动机其恒定的转速持性和具有良好的功率因数等得到了广泛应用。同步电机还可以用来调节电力系统的无功功率和功率因数，这种用途的同步电机称同步调相机。

和其他电机一样，同步电机进行机电能量变换的过程是可逆的。当电磁转矩为驱动性时，同步电机运行于电动机状态；当电磁转矩为制动时，同步电机运行于发电机状态。但是需要说明，同步发电机或电动机从原理上说都可以可逆运行，而实际上由于对同步发电机和同步电动机运行参数和性能要求是不同的，所以一台同步电机当改变运行状态时，除非专门设计，一般来说，其运行性能和参数往往不能完全满足运行需要。

二、同步发电机

现代工业和生活的电源，几乎全部为恒定频率(50Hz或60Hz)的三相交流电，这种交流电全部是由同步发电机提供的。由于同步发电机拖动机械的种类不同，其结构型式和运行特点有很大差异，同步发电机主要有下列几种主要型式：

(一)汽轮发电机

由高速汽轮机或燃气轮机驱动，主要用于火力发电或核能发电。这种发电机都是卧式结构，在高速下运行，几乎全为隐极式结构圆柱形转子。近30年来，汽轮发电机的单机容量，有了很大的提高。大功率的两极汽轮发电机单机容量已达1000Mw。而用于核能发电的汽轮发电机，因蒸汽条件，汽轮机为低速机，发电机为四极，最大单机容量已达1500Mw。汽轮发电机单机容量的提高，主要依靠改进冷却技术，如采用了绕组内部冷却技术，并用氢和水为冷却介质，以及各种组合冷却方式等。图2—1氢冷汽轮发电机的结构图。

由于大容量的汽轮发电机采用了很高的电磁负荷，设计得较细长，因而也带来了由端部漏磁引起的杂散损耗和端部发热，定、转子绕组在槽内和端部的固定方式、转子强度和振动等问题。

图2-1 氢气冷却汽轮发电机（定子绕组为水冷却）

1---定子2---转子3---端盖轴承4---油密封

5---轴承瓦6---电刷罩7---冷却水管

（二）水轮发电机

由水轮机驱动的同步发电机。结构型式有立式和卧式两种。卧式水轮发电机通常由冲击式或贯流式水轮机驱动，常用于特殊水路条件，容量较小，转子为凸极式结构。

立式水轮发电机主要由混流式或轴流式水轮机驱动，这种发电机组因水轮机结构比较合理，机组占地面积小等待点。最大水轮发电机容量已达700Mw。图2—2是5.7MV A，428r ／min立式水轮发电机。水轮发电机起动、并网所需时间很短，运行调度较灵活，因而在电力系统除担负基荷外，还常用作调峰、调相和事故备用电源。

水轮发电机运行和设计中，具有下面几个特点：

1)要求发电机有较大的转动惯量(GDZ)，同时由于转速较低而极数较多，因此，水轮发电机转子直径和外型尺寸较大，而铁心长度往往较短，外形正与汽轮发电机相反，多数是扁平的。

2)水电站通常远离负荷中心，需通过长距离高压输电至负荷中心，因而，电力系统对水轮发电机有较高的动态稳定和稳态稳定的要求。

3)为了防止水轮发电机出现飞逸转速对电机造成的破坏，其结构强度必须要能承受逸速时的离心力，在逸速下保持可靠性。

(三)柴油发电机

是由活塞式内燃机驱动的同步发电机，其容星范围一般为几千瓦至几兆瓦，柴油发电机组待点是起动迅速，操作方便，但其发电成本较高，通常作为应急备用电源，或一些流动工作单位照明、动力和通信电源。

柴油发电机一般安装在户内或电源车内，其结构为凸极式。大型柴油发电机结构与卧式水轮发电机相雷同，小型柴油发电机除转子为凸极式外，其余结构与异步电机相同。

为了改善发电机运行性能，提高拉术经济指标和运行可靠性，柴油发电机通常采用自励恒压励磁系统。

由于活塞式内燃机轴上输出的是周期性脉动力矩，使柴油发电机在振动较大的条件下工作，因此，要求其机座、端盖、风扇等设计要具有足够的强度和刚度，特别是发电机组轴

系设计要注意扭振问题。为使转速均匀和避免出现共振，柴油发电机组必须具有合适的飞轮力矩，在飞轮力矩过小的情况，必须加设飞轮。

图2-2 5.7MV A,428r/min立式水轮发电机

三、同步电动机

(一)工作原理

同步电动机是一种将三相交流电变换成恒定转速的输出机械功率的电机。在同步电机定子上，齿槽冲片叠成的铁心上嵌装了三相绕组，而转子上装有直流励磁的磁极。定子铁心内的三相绕组是这样设置的：各相绕组是对称的，在定子表面备相带占120电角度，而各相电势相位也差120电角度。根据电机学电势向量分析可知，这个三相绕组通电后将在定于空间产生一个与电网频同步的旋转磁场。而其转子磁场由于是恒定励磁，相对于转于是静止的，定、转子磁场作用结果，转子磁场被定子磁场吸引，以同步速度旋转，并产生电磁转矩。因此，电动机以同步速度运行，并输出机械转矩。

(二)同步电动机特点

1)转速不随负裁和电压而变化，只与频率有关；

2)运行稳定性好，具有较强过载能力；

3)运行效率高，在低速时，同步电动机这一点尤为突出；

4)能以超前功率因数运行，有利于改善电网功率因数，

5)一个弱点是不宜连续起动。

(三)同步电动机的应用范围

同步电动机主要用于恒速运行大型机械的驱动，如球磨机、空压机、鼓风机、各类大泵等。在实际使用场合中是以大型同步机为主，中、小型同步机较少使用，目前大型高炉鼓风机、制氧机用高速同步机单机容量已达70Mw。图2—3是一台800kw同步电动机。同步电动机为了满足被驱动机械的要求．可以设计具有不同的特性。如轧钢电动机具有较大过载能力和承受冲击负荷能力；球磨机同步电动机具有较高的起动力矩，拍动往复式压缩机的同步电动机应具有较大的飞轮力矩等。

四、同步电机结构

同步电机结构主要由定子、转子、轴承装置、滑环装置和底板等五个主要部分组成。但是，由于使用条件和运行方式的不同，其结构具有多种不同型式。同步电动机布置形式分立式和卧式两种，立式布置的同步电机通常用作大容量水轮发电机以及泵和离心压缩机类负荷的同步电动机；多数同步发电机和电动机为卧式结构，图2-4是630KW同步电机结构图。

图2-3 800KW同步电动机

图2-4是630KW同步电机结构图。

(一)定子结构

定子是同步电机固定部件，其作用是在定子空间建立交流旋转磁场和产生电磁转矩、同步电机定于也称电枢。主要由机座、铁心和线圈等部件组成。中、小型同步机和汽轮发电机定子—般是一个整体，大型同步电动机和水轮发电机定子，由于考虑运输和安装条件，往往做成分瓣形式，大型同步电动机通常做成分半形式，而大型水轮发电机往往可分为4—8辨。

(1)机座。是定子主要结构支承部件，其作用是固定铁心和线圈，大型同步电机的机座都采用钢板焊接结构，要求有较高的刚性，并有利于通风，机座通常需根据定子铁心需要而做成整体或分瓣结构。

(2)定子铁心。是构成定子磁路的部件，由刷漆的硅钢片叠装而成，目的是减少涡流和磁滞损耗。定子冲片是分段叠装，每段之间有通风槽片，以构成径向通风。扇形冲片外圆上的鸽尾槽嵌装在机座的定位筋上，铁心两端用压扳把铁心压紧，使铁心紧实，牢固地固定在机座上。

(3)定子线圈。是同步电机实现能量交换的主要部件。定子线圈结构型式多为双层叠式绕组，嵌装在定子铁心内腔的槽内，依靠槽楔固定在槽内，其端部则用绑扎绳和绝缘垫块将线圈伸出铁心的两端部绑扎成喇叭形整体，并用端箍固定在机座上，目的是为了防止起动和冲击负荷大电流产生的巨大电动力造成线圈的振动和变形。

小型同步电机的定子电压通常为380v，中、大型同步电机电压为3—10kv，而大型同步发电机电压等级为10一20kv，对地绝缘厚度较厚，包统绝缘材料的层数较多，所使用的绝缘材料通常为F级或B级环氧胶粉云母带。对于使用环境较恶劣，运行要求较高的同步电动机，一般要求定子线圈下线后进行vPI工艺(真空压力浸胶工艺)处理，以便定子绝缘系统具有较好的整体性和防潮性能。

为了检测定子绕组运行中的温度，定子线圈在下线过程中通常埋有测温元件，埋设的位置通常在三个相的绕组的槽底或线圈层问。

对于6kv以上的定子绕组，还必须进行防电晕处理。通常的做法是在线圈表面涂刷半导体漆，以改善其线圈表面的电位分布梯度。

(二)转子结构

同步电机转子结构根据转速高低和容量大小，可分为凸极式和隐极式两种，隐极式转子通常只用于汽轮发电机和大容量高速电动机，一般同步电机多采用凸极式转子．图2—5是两种转子结构示意图。

同步电动机转子通常由转轴、磁极、磁轭、阻尼绕组和滑环等部件组成，图2-6是一台具有实心磁极的同步电机的转子结构。

图2-5同步电机转子形式

a凸极式b隐极式

图2-6 具有实心磁极的同步电机的转子结构

(1)转轴。其作用是支承转子和传递扭矩，一般由锻造的优质结构钢加工而成。

(2)磁极。磁极是同步电机建立转子磁场的部件．它由磁极铁心，励磁线圈和极身绝缘组成。磁极铁心通常由磁极冲片叠成，冲片材质为1—1.5mm低碳钢板。

除了叠片磁极外，还有不少同步电动机采用了实心磁极，其极身和极靴往往由锻钢或铸钢制造，实心磁极具有极好的机械强度和起动性能，可以省去阻尼绕组，整体的极靴在起动时代替阻尼绕组作用。磁极线圈通常由棵铜排边绕而成，绕制后需经去毛刺、退火、整形，在匝间垫放环氧破璃坯布等工艺，最后热压成型。磁极极身部分包绕有极身绝缘，是磁极线圈的对地绝缘。

(3)阻尼绕组。阻尼绕组作用除磁通变化时起阻尼作用外，另一个作用是同步电动机以异步方式起动时，作为起动绕组用。起动过程时间虽然很短，但由于流过阻尼绕组的电流很大，阻尼绕组在起动过程中承受很大热应力。

图2-7阻尼线圈与端环的连接和固定

a)悬挂式端环b)止口式端环c)端环间的柔性连接

阻尼绕组放置在位于极靴表面圆形半开口槽中，阻尼条多为黄铜材质的圆形导条，在槽内与磁极不绝缘，阻尼端环将每极的阻尼导条连接在一起，通常采用钎焊方式。阻尼瑞环之间一般采用柔性连接片连接，以避免起动时阻尼端环的热应力。阻尼导条与阻尼瑞环连接和固定方式如图2—7所示。

(4)磁轭。磁轭是转子磁路的一部分，由于同步电动机转子磁通是恒定的，不是交变的，无涡流损耗，往往是用4—8mm钢板的冲片叠成，也有用整体锻钢加工而成。磁轭另一个重要作用是固定磁极，其内孔直接套在轴上，其外表面冲有(或铣有)鸽尾槽，用以固定磁极，并使磁极准确定位。

(三)轴承

轴承虽然在电机中只是支承转子的一个部件，但是电动机多种原因产生的故障(如转子不平衡，安装不对中、气隙不均匀，异步机断条、同步机匝间短路等等)，都是以轴承振动大，发热等形式反映出来的，因而轴承往住是电动机诊断和维修的一个重要部件。

由于大型同步电动机转子重量较大．一般采用座式滑动轴承，原因是这种结构型式轴承的承载重量大，维护较方便。

(1)座式轴承基本结构，座式轴承通常具有分两半的轴瓦，可单独拆卸，轴承盖、轴承座直接固定于底板上。袖瓦材质为铸铁或铸钢，在与轴颈接触的瓦面上，挂铸了一层巴氏合金。轴瓦与轴颈之间必须保持一定间隙，以利于形成油膜．因此，对铀瓦间隙装配时有一定要求，轴瓦间隙不合理，运行时会导致轴瓦发热或油膜振荡。通常轴瓦顶间隙δ可用下式来计算。

δ＝0.001—0.0015d (mm)

式中d——轴颈直径．mm。

袖瓦与轴承座往往只有一个较窄的环面或球面来支承和接触，使轴瓦具有一定的可调性。

为防止轴电流的产生，大型电动机往往采用防轴电流措施。通常的做法是将非传动端轴承座对地绝缘，而传动端轴承不但不绝缘，而且还在轴伸部分装置一套接地电刷，使之良好接地，防止轴电流烧蚀轴瓦和铀颈表面。

(2)润滑方式。滑动铀承都采用稀油润滑，润滑方式有如下几种：

1)油环润滑。用黄铜制成的油环，在轴瓦开口处套在轴颈上，油环下半部浸没在润滑油中，电机运行时，油环也随之转动，将润滑油带到铀颈上部，从两面流下，润滑轴颈和轴瓦，这种润滑方式如图2—8a。

2)注油润滑。在轴承线速度和比压力较大情况下，采用油环带油涸滑方式已经不能有效的润滑和冷却轴瓦，往往需采用将润滑油注入轴瓦间隙，起到很有效的冷却和润滑作用。采用这种润滑方式时，轴承座油室需与外面管路连通，进行循环和冷却。

注油润滑注入方式有两种，一种是侧部注入，只能用于单向旋转电动机，其注油口位于轴瓦出油侧，润滑油通过上瓦的油槽在轴径上流过；另一种是顶部注入方式。图2—8b 是侧面注油润滑方式。

图2-8座式轴承润滑方式

a)油环润滑b)注油润滑c)复合润滑

d) 油盘和高压油顶起复合润滑

3)复合润滑。对于高转速、轴承比压较高、可逆或调速运行的同步电动机(如高速同步机、大容量同步机以及交流调速同步电动机等)，前面几种润滑方式都不一定能满足润滑和冷却轴瓦的要求，往往需采用复合润滑的方式，将自润滑和注油润滑结合起来，即同时采用自润滑和注油润滑，图2—8c是顶部注油的复合润滑方式。

4)油盘和高压油顶起复合润滑。轴颈边有一个圆环，圆环下部浸没油面，电动机运行时，油被圆环带到上部，在轴瓦上部有一个集油器，一块金屑薄板做成刮油板，把圆环上的油刮到一个小匣子内，而小匣子的孔则把油注到轴颈顶部、起润滑作用。而在下瓦中间位置还开有一排小孔，与高压油注油孔相通，一个小型高压油泵将4一12MPa高压油注入，轴承在工作时，轴颈与下瓦之间就充注了润滑油，避免了直接接触和干摩擦，这种润滑方式如图2—8d所示。中、小型同步电动机，轴承结构大都采用滚动轴承，其结构和型式与异步

电动机相同。

（四）滑环装置

同步电动机滑环是为引入转子直流励磁电流而设置的滑动接触机构，由于引入的是直流电，因此，有一个滑环极性是正的，另一个极性是负的。滑环的材质大部分是锻钢的大部分结构型式是加热后套装在表面贴有云母层的套简上，再将套简装在袖上加以固定。

低转速同步电动机滑环通常为装配式滑环，这种滑环通常用作外露式滑环，便于拆装，如图2—9a。热套整体式滑环是使用较多的滑环，结构紧凑，便于维护，如图2—9b。高速大容量同步电动机的滑环，为了加强冷却效果，在滑环表面车有螺纹沟，并有风扇进行冷却．如图2—9c所示。

图2-9 同步电动机的滑环结构

a)装配式结构b)热套整体式滑环

b)高速同步电机滑环

(五)底板

底板是将同步电动机装配成一体的底座，一般为一个整体，它要求有较好的刚度，设计时主要考虑是安装方便，亦有利于通风。

第二节异步电动机

一、异步电动机的工作特性

(一)工作原理

异步电动机是原理与同步电动机不同的交流电动机。其定子磁场和同步电动机一样，是由一个三相交流电产生的旋转磁场，这旋转磁场也是和电网频率同步的。其转子上设置的是一个短路的绕组，当定子旋转磁场切割转子导体时，即在转子导体中产生感应电动势和感生电流，并建立一个转子磁场。由于定、转子磁场相互作用产生了电磁转矩，其转子轴上就输出机械转矩。因转子磁场是由定子磁场切割感应而生，因而它和定子旋转磁场不是同步的，电机的转速和同步转速不相等，故称异步电动机。

由于异步电动机转于导体是由于切割定子磁通而感生电势及电流，因而产生了电磁力和转矩，所以转子速度必定低于定子旋转磁场的速度，即转子速度低于同步速度，它们之差称为转差速度。转差速度以同步速度的百分数来表示时称为转差率s，可用下式计算；

s＝no-n/n×100％

式中n。—一同步转速，r／min；

n —一转子转速，r／mm。

(二)异步电动机特点

1)异步电动机的转子绕组不需要与其他电源相连接，定子电流可直接取自电网，因此，与其他电动机相比，供电方式简单，而且还具有结构简单、维护方便、运行可靠、价格较低等优点。

2)异步电动机的最大力矩和供电电压平方成正比，因此，其最大力短易受电网电压变化的影响，在低电压下运行，最大力矩将显著降低。

3)异步电动机机械特性。M＝f(s)说明，其最大力矩Mmax与转子电阻的大小无关，而对应最大转矩Mmax的临界滑差率Sm，却与转子电阻R2成比例关系，如图2—10所示。因此，绕线型异步电动机可以通过改变接入转子回路的电阻来进行调速。

4)由于异步电动机转子电流是依靠定子磁场感应产生，因而定、转子之间的空气隙应尽可能小，空气隙大了会增加空载电流，降低功率因数。但气隙过小，装配时易造成气隙不均匀，甚至定、转子铁心相檫。

(三)异步电动机应用范围

1)由于异步电动机供电简单．维护方便和价格便宜等原因，被各个产业部门和家用电器

图2-10 异步电动机机械特性

所采用，它是各类电动机中采用数量最多．应用最广泛，最普及的一类电动机。

2)转子绕组中串入电阻后即能调速，因此，统线型异步电动机，往往应用于电梯、起重机、调速风机相水泵的驱动。

3)由于笼型异步电动机无滑环滑动接触产生火花，可用作防爆电动机。

二、异步电动机的基本结构

异步电动机通常由定于、转子、轴承装置组成，对于绕线型异步电动机，还有一个起动和调速用的滑环装置，因2—11a是绕线型异步电动机，b是笼型异步电动机。

（一）定子结构

大型异步电动机定子结构和绕组型式和同步电动机基本相同。定于是由机座、铁心和线圈组成。小型异步电动机大多数采用自带风扇的封闭式冷却方式．结构型式是铸铁机座，并在机座上铸出很多散热筋，以增强散热效果。定子线圈多为散嵌软线圈，如图2—12a所示。中型异步电动机定子一般采用径向通风道，铁心段之间用通风槽板构成径向通风道，整个定于铁心冲片用鸽尾槽套装在铸铁机座的定位筋上，两端用压圈压紧，定于线圈一般为成型线圈，其定于结构如图2—12b所示。

(二)转子结构

转子作为旋转部件，在工作时受到机械应力、电磁力和热应力的作用，设计时必须考虑要有较高的强度和刚度。由于异步电动机通过感应建立转子磁场，为了降低空载电流，提高效率和功率因素，因此，气隙都比较小。为了保证转子同心度和装配气隙，制造时转

子外表面都进行精车，以达到精密的公差范围。

图2-11绕线形异步电动机结构图

异步电动机转子结构因绕组结构型式不同，可以分为笼型和绕线型两种，如图2—13所示。

1．笼型转子

以其转于绕组形似笼而得名。转子导条两端用端环连接在一起。转子铁心由整圆冲片叠压而成，小型异步机转子采用轴向通风，绕组为铸铝笼，其铁心用键连接，轴滚花和热

套方式直接套装在轴上；中型笼型异步机的导条材质为紫铜或黄铜，铁心采用径向通风．铁心一般通过支架装配到抽上。笼型绕组根据功率相起动不同，可以用不同的笼条材质和截面形状，不同的宠条型式和材质就会有不同的转矩—转差特性。笼型绕组槽形和笼条形状可分为一般铸铝绕组、单笼、双笼、深槽笼等。它们有着不同的转矩—转差特性，中、小电机多采用一般铸铝绕组和单笼绕组，中型以上的电机多采用深槽和楔形截面绕组，起动困难的绕组，一般采用双笼绕组。

图2-12异步电机定子结构

a)封闭自冷式小型异步机定子结构

b)径向通风异步机定子结构

2．绕线转子

绕线转子绕组有小型和中、大型之分。小型电机一股采用散嵌线圈，转子冲片为梨形槽，绕组是漆包线绕成；中、大型电机一般采用烘包绝缘的矩形铜排作为绕组，转子绕组为半开口矩形档。绕线转子异步电动机绕组端部，一般采用浸溃树脂的无纬玻璃丝绑扎带绑扎固定。

绕线型异步机转于三相引出线分别与三个金屑环相连，和电刷构成滑动接触与外电路相连，这三个环便是集电环。有些滑环仅在起动时使用，这种滑环装置还带有举刷机构，当起动完成后，举刷机构先将三个滑环短路，并接着将电刷举起，使之与滑环脱离接触，以

减少磨损和摩擦损耗。

图2-13异步电机转子结构

a)鼠笼转子b)绕线转子

(三)轴承结构

大型异步电动机的轴承也都采用座式轴承，与同步机轴承结构相同。

中、小型异步电动机轴承结构一般采用滚动轴承，装配在两端端盖上。为了防止粉尘和杂物进入铀承，避免润滑脂漏入电机内部，在轴承盖上一般都设计了各种结构的密封装置，较普通采用的是间隙式密封结构，要求较高的往往用毛毡或迷宫密封。

小型电机轴承一般装在端盖的轴承室中，如图2—14a和b所示。中心高160mm及以下的小型电机，在轴伸端轴承室中常装有波形弹簧片，对轴承施加一定的轴向顿压力，使滚珠在套图中定位，并减少对保持架的冲击。中心高180mm以上的异步电动机轴

承结构如图2—14b所示。

中型电机的轴承装配在轴承套中，并将轴承套固定在端盖上，这种结构主要是便于端盖拆装，如图3—13c所示。

图3-13 端盖式滚动轴承装配结构图

a)中心高160mm以下小电机b）中心高160mm以上小电机c) 中型异步机