任務(wù)五 電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣測量

一、教學(xué)目標(biāo)

1）掌握電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理；

2）掌握電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣測量的方法。

二、所需設(shè)備、工具及耗材（每組）

三、相關(guān)實(shí)踐性知識(shí)介紹

（一）電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

1.電機(jī)的定義

電機(jī)是一種能實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置，是電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的統(tǒng)稱。將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動(dòng)機(jī)；將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)。

2.工作原理

電機(jī)工作原理主要是基于電磁感應(yīng)定律、電磁力定律及電流的磁效應(yīng)。

3.構(gòu)造的一般原則

用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成能互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的電路和磁路，以產(chǎn)生電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。

4.電機(jī)的分類

5.交流電機(jī)

能輸出交流電流的發(fā)電機(jī)，或通入交流電流而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)都稱為交流電機(jī)。我們下面重點(diǎn)介紹交流電動(dòng)機(jī)。

（1）交流電動(dòng)機(jī)的分類

（2）交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

（3）異步電動(dòng)機(jī)的分類

按照轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類，異步電動(dòng)機(jī)可以分為籠型異步電動(dòng)機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。

籠型異步電動(dòng)機(jī)：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)：

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

圖2-5-1 異步電動(dòng)機(jī)的分類

a）籠型異步電動(dòng)機(jī) b）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

圖2-5-2 三相交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

a）三相交流電動(dòng)機(jī)的外形圖 b）三相交流電動(dòng)機(jī)的拆分圖

（二）三相交流異步電動(dòng)機(jī)

1.結(jié)構(gòu)

由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，如圖2-5-2所示。

（1）定子部分

由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成。定子的作用是送入三相對稱交流電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

1）定子鐵心：電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由0.35～0.5mm厚的硅鋼片疊成，片間涂有絕緣漆，以減少渦流的損失。定子鐵心內(nèi)圓有凹槽，用于放置定子繞組。

2）定子繞組：是電動(dòng)機(jī)電路部分，由絕緣的漆包線或絲包線繞制，并嵌放于定子鐵心的凹槽內(nèi)。繞組間以一定規(guī)律連接構(gòu)成三相繞組。引出線為6個(gè)端子。分別用U₁、V₁、W₁、U2、V2、W2來標(biāo)注。根據(jù)需要，可以接成“”形或“△”形。

“

”形：把U₂、V₂、W₂連接在一起，U₁、V₁、W₁接三相電源。

“△”形：把U₁、W₂連接在一起，V₁、U₂連接在一起，W₁、V₂連接在一起，而將U₁、V1、W1連接到電源。

在接線盒里的順序?yàn)椋荷吓臰₂ U₂ V₂

下排U₁ V₁ W₁

3）機(jī)座：固定和支撐定子鐵心和端蓋，還能起到熱量傳導(dǎo)和散發(fā)熱能的作用。有臥式和立式之分。

4）端蓋：前、后端蓋支撐轉(zhuǎn)子及其零部件。

（2）轉(zhuǎn)子部分

由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流，形成電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換，從而帶動(dòng)負(fù)載機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。

1）轉(zhuǎn)子鐵心：電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由硅鋼片疊成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。外緣開有轉(zhuǎn)子槽，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。

2）轉(zhuǎn)子繞組：籠型轉(zhuǎn)子在槽內(nèi)嵌放裸導(dǎo)體，其兩端分別焊接在端環(huán)（銅環(huán)）上。中小容量異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一般用熔化的鋁鑄滿轉(zhuǎn)子槽。

繞線型轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，三相繞組嵌放在槽內(nèi)，接成“”形。三條引出線分別接至固定在轉(zhuǎn)軸上且彼此相互絕緣的三個(gè)銅制集電環(huán)上，可以通過電刷將轉(zhuǎn)子各相繞組與外接起動(dòng)或調(diào)速電阻相連接。

3）轉(zhuǎn)軸：支撐轉(zhuǎn)子鐵心并傳遞轉(zhuǎn)矩。由一定強(qiáng)度和剛度的型鋼加工而成。

（3）氣隙

異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的。大小為機(jī)械條件所能允許達(dá)到的最小值。一般為0.2～2mm。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的基本工作原理

異步電動(dòng)機(jī)定子上有三相對稱的交流繞組→三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時(shí)，將在電動(dòng)機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場→轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流→感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，判斷電磁力的方向→電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)原理

1）電生磁：三相對稱繞組通過三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，以同步轉(zhuǎn)速n₁旋轉(zhuǎn)。

2）磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢和電流。

3）電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

注意：

電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向是和定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向始終一致，而旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于三相繞組電源的相序。

由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電動(dòng)勢和電流是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的，所以異步電動(dòng)機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

（2）轉(zhuǎn)差率

同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即

轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本物理量，它反映電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況。

轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，n=0，s=1；電動(dòng)機(jī)理想空載時(shí)，n≈n₁，s≈0。作為電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速在0～n₁范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0～1范圍內(nèi)變化。

負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為

n=（1-s）n₁

額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率一般在0.01～0.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。

n₁=60f₁/p

式中 f₁——定子繞組的電流頻率；

p——磁極對數(shù)。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n將永遠(yuǎn)小于旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速n₁。

如果n=n₁，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相同，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不再切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，也就沒有電流，電磁轉(zhuǎn)矩為零，電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。

n和n₁的差異是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，確保電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要條件，也是異步電動(dòng)機(jī)的由來。

（3）異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)

根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù)，異步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài)，見表2-5-1。

表2-5-1 電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)

3.三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)

（1）型號(hào)

型號(hào)用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)，見表2-5-2。

表2-5-2 異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)

近年來，已有多種系列在用的產(chǎn)品被定為淘汰產(chǎn)品，如J2、J02、JR、JR02、JZ2、JZR2、JLB2、BJ02等系列，而由相應(yīng)的新系列電動(dòng)機(jī)所取代，如Y、YR、Y-W、Y-F、Y-WF、YD、YID、YCT、YCTD等系列。

圖2-5-3 電動(dòng)機(jī)接線盒

（2）端子接法（見圖2-5-3）

定子三相繞組的聯(lián)結(jié)方法。通常：

電機(jī)容量＜3kW一丫聯(lián)結(jié)（見圖2—54）

電機(jī)容量＞4kW一△聯(lián)結(jié)（見圖2—5—5）

圖2-54 電動(dòng)機(jī)丫聯(lián)結(jié)

a)電動(dòng)機(jī)丫聯(lián)結(jié)示意圖 b）接線盒丫聯(lián)結(jié)接法

圖2-5-5 電動(dòng)機(jī)△聯(lián)結(jié)

a）電動(dòng)機(jī)△聯(lián)結(jié)示意圖 b）接線盒△聯(lián)結(jié)接法

（3）參數(shù)

1）額定電壓：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)應(yīng)加在定子繞組上額定頻率下的線電壓值。

【例2.5.1】某臺(tái)電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有電壓220V/380V，接法。這說明該電動(dòng)機(jī)可以接220V和380V兩種電源。電源線電壓不同，接法不同。當(dāng)電源線電壓為220V，電動(dòng)機(jī)接成△；當(dāng)電源線電壓為380V，電動(dòng)機(jī)接成。

說明：

一般規(guī)定，一般電動(dòng)機(jī)的電壓允許在+10%～-5%范圍內(nèi)波動(dòng)。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值，從而使電動(dòng)機(jī)過熱。

三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V、3000V及6000V等多種。

電源電壓過高或過低的變化，對電動(dòng)機(jī)都有不良影響。當(dāng)電壓過高（高于10%以上）時(shí)，鐵心磁路飽和（因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)制造電動(dòng)機(jī)時(shí)，在額定電壓下的磁路一般就在飽和點(diǎn)附近），因此，主磁通的增加使激磁電流急劇增加（為外加電壓增加值的好幾倍），從而使定子電流增大，電動(dòng)機(jī)過熱，以致溫升超過允許值而燒毀。

當(dāng)電壓過低（低于5%以下）時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩成電壓平方關(guān)系下降，一則使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下降很多，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)困難（起動(dòng)緩慢甚至起動(dòng)不起來）；二則正在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，如果負(fù)載不變（重載或額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)），轉(zhuǎn)子就要保持必需的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負(fù)載的阻力矩。這就迫使轉(zhuǎn)子電流增大，從而導(dǎo)致定子電流增大，造成電動(dòng)機(jī)過熱，溫升增高，縮短電動(dòng)機(jī)壽命，甚至燒毀電動(dòng)機(jī)。

2）額定電流：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。

【例2.5.2】6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

3）額定功率與效率：額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率P₂（單位kW），它不等于從電源吸取的電功率P₁。

一般，籠型異步電動(dòng)機(jī)η=72%～93%

4）功率因數(shù)：三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7～0.9?？蛰d時(shí)功率因數(shù)很低，只有0.2～0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。

5）額定轉(zhuǎn)速：電機(jī)在額定頻率、額定電壓和輸出額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速。

6）絕緣等級(jí)：指電動(dòng)機(jī)內(nèi)部所有絕緣材料所具備的耐熱等級(jí)。

它規(guī)定了電動(dòng)機(jī)繞組和其他絕緣材料可承受的允許溫度。人們根據(jù)不同絕緣材料耐受高溫的能力對其規(guī)定了7個(gè)允許的最高溫度，見表2-5-3。

表2-5-3 絕緣材料的等級(jí)劃分

目前，我國按新標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的電動(dòng)機(jī)，如Y系列等均采用B級(jí)絕緣材料。

7）溫升：指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組的允許溫度與周圍環(huán)境溫度之差。

8）電機(jī)IP防護(hù)等級(jí)：表示防護(hù)等級(jí)的代號(hào)由表征字母“IP”（表示國際防護(hù)）及附加在后的兩個(gè)表征數(shù)字組成，例如IP44。

第一位數(shù)字表示第一種防護(hù)，即防止人體觸及或接近殼內(nèi)帶電部分和觸及殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，以及防止固體異物進(jìn)入電機(jī)；

第二位數(shù)字表示第二種防護(hù)，即防止由于電機(jī)進(jìn)水而引起有害影響。

這兩位數(shù)字越大，防護(hù)能力越強(qiáng)。

4.其他幾個(gè)概念

（1）電磁轉(zhuǎn)矩

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩是決定電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率大小的一個(gè)重要因素，也是電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的性能指標(biāo)。電磁轉(zhuǎn)矩是旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流相互作用產(chǎn)生的。

（2）轉(zhuǎn)矩特性

電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系T_em=f（S）稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與外加電壓的平方成正比，即T_em∝U²₁。因此，電源電壓有效

值的微小變動(dòng)，將會(huì)引起轉(zhuǎn)矩的很大變化。

（3）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)在額定功率時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩稱額定轉(zhuǎn)矩，此時(shí)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速；由于電動(dòng)機(jī)外特性（又稱輸出特性、力矩特性）原因，在電動(dòng)機(jī)工作區(qū)間轉(zhuǎn)速隨軸上負(fù)載變化而變化很小，隨著負(fù)載增大到一定程度轉(zhuǎn)速會(huì)急劇下降，當(dāng)軸上負(fù)載使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降為0時(shí)，稱堵轉(zhuǎn)，此時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩即為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，單位kg·m，是衡量一臺(tái)電動(dòng)機(jī)極限輸出能力的物理量。

（4）滿載轉(zhuǎn)矩

實(shí)際上是指額定轉(zhuǎn)矩，即指電機(jī)在額定電壓額定電流下的轉(zhuǎn)矩。

（5）機(jī)械特性

當(dāng)電源電壓U1和轉(zhuǎn)子電路參數(shù)為定值時(shí)，轉(zhuǎn)速n和電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系n=f（T）稱為三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。

（6）效率特性

異步電動(dòng)機(jī)在空載和輕載時(shí)，效率和功率都很低；而接近滿載，即（0.7～1）P_N時(shí)，η和cosφ都很高。在選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)，不能使它長期處于輕載運(yùn)行。

（7）恒載

也稱固定負(fù)載，指電機(jī)在運(yùn)行過程中，負(fù)載基本不變，電機(jī)的輸出功率和電流基本是一個(gè)恒定的值。

假如電動(dòng)機(jī)在一定的負(fù)載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸入電源電壓下降，則電磁轉(zhuǎn)矩下降，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也下降（即：轉(zhuǎn)差率S上升），這時(shí)定子磁場對轉(zhuǎn)子的切割作用增強(qiáng)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電流加大，轉(zhuǎn)子電流所形成的磁場對定子磁場的去磁作用加大，使得定子繞組的電流也必需增大來補(bǔ)償轉(zhuǎn)子磁場的去磁作用，所以電動(dòng)機(jī)的輸入電流也越大。當(dāng)定子電流的增加足以抵消轉(zhuǎn)子磁場的去磁作用，電動(dòng)機(jī)會(huì)在一個(gè)新的平衡點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）單相異步電動(dòng)機(jī)

單相異步電動(dòng)機(jī)是利用單相交流電源供電的一種小容量交流電動(dòng)機(jī)，功率約在8～750W之間。單相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，維修方便等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于如冰箱、電扇、洗衣機(jī)等家用電器及醫(yī)療器械中。但與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，單相異步電動(dòng)機(jī)的體積較大、運(yùn)行性能較差、效率較低。

定子放單相繞組（其中通220V單相交流電）；轉(zhuǎn)子一般用籠型。

1.工作原理

在單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入單相交流電，電動(dòng)機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)大小及方向隨時(shí)間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動(dòng)磁場。

脈動(dòng)磁場可以分解為兩個(gè)大小一樣、轉(zhuǎn)速相等、方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場B₁、B₂。順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場B₁對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩；逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)磁場B₂對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。由于在任何時(shí)刻這兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，也就是說單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。

圖2-5-6 單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

但一旦讓單相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于順時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場B₁和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)磁場B₂產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個(gè)合成轉(zhuǎn)矩的作用下，即使不需要其他的外在因素，單相異步電動(dòng)機(jī)仍將沿著原來的運(yùn)動(dòng)方向繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

由于單相異步電動(dòng)機(jī)總有一個(gè)反向的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動(dòng)機(jī)。

2.結(jié)構(gòu)

與三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相似，包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)都是籠型的，定子鐵心由硅鋼片疊壓而成。定子鐵心上嵌有定子繞組。

圖2-5-7 單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

a）單相異步電動(dòng)機(jī)的拆裝圖 b）單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，一般只需要單相繞組即可，但單相繞組通以單相交流電時(shí)產(chǎn)生的磁場是脈動(dòng)磁場，單相運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

為使電動(dòng)機(jī)能自行起動(dòng)和改善運(yùn)行性能，除工作繞組（又稱主繞組）外，在定子上還安裝一個(gè)輔助的起動(dòng)繞組（又稱副繞組）。兩個(gè)繞組在空間相距90°或一定的電角度。

3.單相異步電動(dòng)機(jī)的主要類型

根據(jù)獲得旋轉(zhuǎn)磁場方式的不同，主要分為分相電動(dòng)機(jī)和罩極電動(dòng)機(jī)。

（1）分相電動(dòng)機(jī)

分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)包括電容分相式電動(dòng)機(jī)、電容電動(dòng)機(jī)和電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。

1）電容分相式電動(dòng)機(jī)。

①特點(diǎn)：

●起動(dòng)繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)；

●電容起分相和提高功率因數(shù)的作用。

由于起動(dòng)繞組和電容按短時(shí)工作設(shè)計(jì)，因此，當(dāng)n達(dá)（75%～80%）n₁時(shí)，離心開關(guān)自動(dòng)打開。

②分相原理：電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子有兩個(gè)繞組：一個(gè)是工作繞組（主繞組）；另一個(gè)是起動(dòng)繞組（副繞組），兩個(gè)繞組在空間互成90°。起動(dòng)繞阻與電容C串聯(lián)，使起動(dòng)繞組電流i₂和工作繞組電流i₁產(chǎn)生90°相位差，即

圖2-5-8 電容分相式異步電動(dòng)機(jī)

a）電路圖 b）波形圖

注：轉(zhuǎn)動(dòng)正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動(dòng)繞組被切斷，而電機(jī)仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2-5-9 電容異步電動(dòng)機(jī)

2）電容電動(dòng)機(jī)：電容電動(dòng)機(jī)實(shí)質(zhì)是一臺(tái)單相異步電動(dòng)機(jī)，如圖2-5-9所示，起動(dòng)繞組和電容應(yīng)按長期工作設(shè)計(jì)。

特點(diǎn)：

①起動(dòng)繞組和電容器按長期工作設(shè)計(jì)；

②過載能力、功率因數(shù)和效率均較高；

③容量能做到50W至幾千瓦；

④應(yīng)用比較廣泛，如應(yīng)用于壓氣機(jī)、空調(diào)等。

3）電阻起動(dòng)電動(dòng)機(jī)：在起動(dòng)繞組中串聯(lián)電阻來分相，即工作繞組電阻小，電抗大；起動(dòng)繞組電阻大，電抗小。

（2）罩極電動(dòng)機(jī)

罩極法是在單相異步電動(dòng)機(jī)定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個(gè)銅環(huán)（短路環(huán)），套有短路環(huán)的磁極部分叫做罩極。短路環(huán)可以起到輔助繞組的作用。

當(dāng)定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動(dòng)磁場后，有一部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，阻止銅環(huán)部分磁通的變化，結(jié)果使得沒套銅環(huán)的那部分磁極中的磁通與套有銅環(huán)的這部分磁極內(nèi)的磁通有了相位差，罩極外的磁通超前罩極內(nèi)的磁通一個(gè)相位角。隨著定子繞組中電流變化率的改變，單相異步電動(dòng)機(jī)定子磁場的方向也就不斷發(fā)生變化，在電動(dòng)機(jī)內(nèi)形成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。在這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就能夠起動(dòng)起來了。

1）結(jié)構(gòu)：定子鐵心做成凸極式，由硅鋼片疊壓而成，工作繞組為集中繞組，套在定子磁極上，每個(gè)極靴表面1/3～1/4處開有一個(gè)小槽，放入罩極繞組（短路環(huán)），如圖2-5-10所示。

2）工作原理

Ф₃在時(shí)間上滯后Ф₁一個(gè)角度Ψ，而兩個(gè)繞組在空間也相隔一個(gè)角度，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)向由未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分。電機(jī)轉(zhuǎn)向也由未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分。

圖2-5-10 罩極電動(dòng) 機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3）改變轉(zhuǎn)向的方法：

①定子上繞制兩套起動(dòng)繞組；

②將定、轉(zhuǎn)子反向安裝。

4）優(yōu)缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，結(jié)構(gòu)簡單，不需要電容器。

5）應(yīng)用：用于小容量電動(dòng)機(jī)中。如應(yīng)用于小型風(fēng)扇、電動(dòng)模型和電唱機(jī)中。

4.單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)

屬于直流電動(dòng)機(jī)的一種，既可使用直流電源又可使用交流電源。單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、過載能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)速高（轉(zhuǎn)速能達(dá)到3000r/min以上，空載轉(zhuǎn)速一般可達(dá)20000r/min）、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種電動(dòng)工具和日用電器中，在一些小型機(jī)床、醫(yī)療器械中也有使用。

5.電動(dòng)機(jī)定子繞組絕緣搖測的意義

定子繞組直接通過電流，經(jīng)常長期工作，比如電源電壓升高或降低，轉(zhuǎn)矩增大，電機(jī)摩擦，用的時(shí)間長等因素，都會(huì)造成定子繞組絕緣電阻降低。所以新舊電機(jī)都需定期測量絕緣是否在合格值內(nèi)。

（四）電動(dòng)機(jī)定子繞組的絕緣搖測

1.選表及用前檢查（兆歐表的電壓規(guī)格500V，1000V，2500V）

選表：測量新電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用1000V的兆歐表；

測量運(yùn)行過的電動(dòng)機(jī)應(yīng)選用500V的兆歐表。

對儀表進(jìn)行外觀檢查：一端為“L”（線路端），一端為“E”（接地端）。儀表外觀良好，指針擺動(dòng)靈活，接線端子應(yīng)齊全完好，測試線為專用測試線（單根絕緣軟銅線，長度不超過5m）。

開路試驗(yàn)：將兩根測試線分開，置于絕緣物上，表位放平穩(wěn)，以120r/min的速度搖表，指針穩(wěn)定在“∞”為合格。

短路試驗(yàn)：手持兩根測試線，以120r/min的速度搖表，將測試線短接，指針指向“0”為合格。（短接時(shí)應(yīng)點(diǎn)試）

2.測量

（1）測量項(xiàng)目

可分為①測相對地絕緣；②測相間絕緣。

（2）測量步驟及方法

1）測相對地（殼）絕緣：將電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行（大容量電動(dòng)機(jī)退出運(yùn)行后要先放電）→驗(yàn)明無電后拆去原電源線→將兆歐表的“E”端測試線接到電動(dòng)機(jī)外殼（例如端子盒的螺孔處）→準(zhǔn)備將“L”端測試線接到電動(dòng)機(jī)繞組的任一端（6選1，接線端上原有連接片不拆）→以120r/min的速度搖表，待表針穩(wěn)定→“L”端測試線接到電動(dòng)機(jī)繞組的任一端→一分鐘后待指針穩(wěn)定后，讀數(shù)→先撤L端→再停止搖表→將電動(dòng)機(jī)用放電棒進(jìn)行放電。

2）測相間絕緣：對地絕緣測試后放電→拆去接線端上原有連接片→將兆歐表的“E”端測試線接到電動(dòng)機(jī)的一相繞組的任一端→以120r/min的速度搖表，待表針穩(wěn)定→“L”端測試線接到電動(dòng)機(jī)另一相繞組的任一端→1min后待指針穩(wěn)定后讀數(shù)→先撤L端→再停止搖表→將電動(dòng)機(jī)用放電棒進(jìn)行放電。

需要將三相繞組兩兩測量，共需三次。

圖2-5-11 電動(dòng)機(jī)相對地（殼）絕緣搖測

圖2-5-12 電動(dòng)機(jī)相間絕緣搖測

（3）合格值的判定

新電動(dòng)機(jī)和停止運(yùn)行三個(gè)月以上的電動(dòng)機(jī)絕緣電阻不小于1MΩ；

運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)絕緣電阻不小于0.5MΩ。

（4）注意事項(xiàng)

①正確選表并作充分檢查（外觀和兩個(gè)試驗(yàn)）。

②對大容量電動(dòng)機(jī)在退出運(yùn)行后應(yīng)先放電，每次測后也要放電。

③測試時(shí)注意與附近帶電體的安全距離，必要時(shí)應(yīng)設(shè)監(jiān)護(hù)人。

④人體不得接觸被測端，也不得接觸兆歐表上裸露的接線端。

⑤防止無關(guān)人員靠近。

⑥堅(jiān)持“先搖后測，先撤后?！钡脑瓌t。

四、習(xí)題

（一）判斷題

1.兆歐表在搖測電動(dòng)機(jī)絕緣電阻時(shí)，可任意將L或E接至電動(dòng)機(jī)的外殼。（ ）

2.氧指數(shù)在27%以上的材料為阻燃性材料。（ ）

3.B級(jí)絕緣的允許工作溫度為150℃。（ ）

4.三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。（ ）

5.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁部分主要由鐵心和繞組組成。（ ）

6.三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心用硅鋼片制作、轉(zhuǎn)子鐵心用鑄鋼制作。（ ）

7.所有三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組都是和定子繞組類似的三相繞組。（ ）

8.異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)產(chǎn)生的。（ ）

9.電動(dòng)機(jī)的額定功率是指電動(dòng)機(jī)的輸入功率。（ ）

10.異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)的極數(shù)成正比。（ ）

11.異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)達(dá)差率一般不小于20%。（ ）

12.控制該設(shè)備的帶有明顯斷開點(diǎn)的開關(guān)已拉開，且電源指示燈已熄滅，即可視為該設(shè)備已停電并安排檢修。（ ）

13.異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓成正比。（ ）

14.三相異步電動(dòng)機(jī)的額定功率的表達(dá)式是（ ）

15.電動(dòng)機(jī)的額定功率是指額定運(yùn)行條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率。（ ）

16.三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電流是電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的線電流。（ ）

17.異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)成反比。（ ）

18.異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速即其額定轉(zhuǎn)速。（ ）

19.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同。（ ）

20.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向與定子旋轉(zhuǎn)達(dá)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同。（ ）

21.對于四極三相異步電動(dòng)機(jī)，如其額定頻率為50Hz，則其額定轉(zhuǎn)速為1500r/min。

（ ）

22.對于四極三相異步電動(dòng)機(jī)，如其額定頻率為50Hz，則其額定轉(zhuǎn)速略低于1500r/min。

（ ）

23.三相異步電動(dòng)機(jī)的電流計(jì)算式只能用于星形接法的電動(dòng)機(jī)。（ ）

24.三相異步電動(dòng)機(jī)的電流計(jì)算式只能用于三角形接法的電動(dòng)機(jī)。（ ）

25.恒載運(yùn)行的三相異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電源電壓升高10%時(shí)，電流也將升高10%。

（ ）

26.連續(xù)工作制的三相異步電動(dòng)機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行的時(shí)間越長，其溫升越高。（ ）

27.新投入運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)空載運(yùn)行一段時(shí)間。（ ）

28.三相異步電動(dòng)機(jī)在空載或輕載運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)低于銘牌所示的數(shù)值。（ ）

29.因?yàn)锽級(jí)絕緣的最熱點(diǎn)溫度為130°，B級(jí)絕緣的Y系列異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)外殼溫度不得超過130°。（ ）

30.改變電流的頻率可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（ ）

31.電氣裝置停電維護(hù)、測試和檢修時(shí)，其電源線路上應(yīng)裝有隔離電器。（ ）

32.單相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接通交流電源后也會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。（ ）

33.所有單相電容電動(dòng)機(jī)的兩組繞組都是始終接通電源的。（ ）

34.單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)是一種交、直流兩用的電動(dòng)機(jī)。（ ）

（二）選擇題

1.絕緣材料是依據(jù)（ ）分級(jí)的。

A.耐熱性能 B.耐弧性能 C.阻燃性能 D.絕緣電阻

2.E級(jí)絕緣的準(zhǔn)許工作溫度為（ ）℃。

A.95 B.105 C.120 D.130

3.B級(jí)絕緣的準(zhǔn)許工作的溫度為（ ）℃。

A.95 B.105 C.120 D.130

4.電器外殼防護(hù)等級(jí)的表征字符用字母（ ）標(biāo)志。

A.IP B.FH C.WF D.ed

5.異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心由厚（ ）mm，表面有絕緣層的硅鋼片疊壓而成。

A.0.35～0.5 B.0.5～1 C.1～1.5 D.1.5～2

6.中、小型異步電動(dòng)機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙為（ ）mm。

A.0.02～0.2 B.0.2～2 C.2～5 D.5～10

7.異步電動(dòng)機(jī)籠型轉(zhuǎn)子每個(gè)槽內(nèi)有（ ）條轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。

A.1 B.2 C.3 D.4

8.繞線型異步電動(dòng)機(jī)的三相轉(zhuǎn)子繞組的連接方式是（ ）。

A.串聯(lián) B.并聯(lián) C.星形連接 D.三角形連接

9.帶有電刷和集電環(huán)的電動(dòng)機(jī)是（ ）。

A.小容量籠型異步電動(dòng)機(jī) B.中容量籠型異步電動(dòng)機(jī)

C.大容量籠型異步電動(dòng)機(jī) D.繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

10.兩極三相異步電動(dòng)機(jī)接通電源后電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生（ ）個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場。

A.1 B.2 C.3 D.4

11.異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與極數(shù)（ ）。

A.成正比 B.平方成正比 C.成反比 D.無關(guān)

12.四對極的異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是（ ）r/min。

A.3000 B.1500 C.1000 D.750

13.六極的異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是（ ）r/min。

A.3000 B.1500 C.1000 D.750

14.在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速（ ）同步轉(zhuǎn)速。

A.略高于 B.略低于 C.明顯高于 D.明顯低于

15.異步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率分別為（ ）。

A.轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率大于1

B.轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率大于1

C.轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率小于1

D.轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率小于1

16.三相異步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率s為（ ）。

A.s>1 B.s=1 C.0<s<1 D.s=0

17.中小型三相異步電動(dòng)機(jī)在空載狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率為（ ）。

A.0.005 B.0.05 C.1 D.10

18.中小型三相異步電動(dòng)機(jī)在空額定工作狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率為（ ）左右。

A.0.005 B.0.05 C.1 D.10

19.三相異步電動(dòng)機(jī)在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)差率s為（ ）。

A.s>1 B.s=1 C.0<s<1 D.s=0

20.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的單位符號(hào)是（ ）。

A.kW B.N/M C.N·m D.J

21.三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓指的是（ ）。

A.線電壓有效值 B.相電壓有效值 C.線電壓最大值 D.相電壓最大值

22.異步電動(dòng)機(jī)的額定功率是（ ）。

A.輸入的有功功率 B.輸入的視在功率

C.電磁功率 D.轉(zhuǎn)子軸輸出的機(jī)械功率

23.電動(dòng)機(jī)的輸出功率與輸入功率的比值是其（ ）。

A.功率因數(shù) B.效率 C.視在功率 D.有功功率

24.功率30kW的電動(dòng)機(jī)在額定狀態(tài)下輸入的有功功率應(yīng)該（ ）。

A.等于30kW B.大于30kW C.小于30kW D.不確定

25.三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓為380V、額定電流為28A、cosφ=0.8、η=0.9，該電動(dòng)機(jī)的額定功率約為（ ）kW。

A.10 B.13 C.20 D.28

26.電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是（ ）的關(guān)系。

A.轉(zhuǎn)速與電壓 B.轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩 C.電壓與轉(zhuǎn)矩 D.轉(zhuǎn)速與電流

27.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的（ ）次方成正比。

A.1 B.2 C.3 D.4

28.籠型電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速是通過改變（ ）來實(shí)現(xiàn)的。

A.轉(zhuǎn)子外接電阻 B.定子繞組的連接方式

C.電源電壓 D.電源頻率

29.改變（ ）不能改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

A.電源頻率 B.磁極對數(shù) C.轉(zhuǎn)差率 D.功率因數(shù)

30.電動(dòng)機(jī)電源電壓波動(dòng)不得超過（ ）%。

A.-7～7 B.-5～5 C.-10～10 D.-10～5

31.三相異步電動(dòng)機(jī)恒載運(yùn)行時(shí)，三相電源電壓突然降低10%，其電流將（ ）。

A.略有增大 B.略有減小 C.保持不變 D.上下波動(dòng)

32.三相異步電動(dòng)機(jī)恒載運(yùn)行時(shí)，三相電源電壓突然升高10%，其電流將（ ）。

A.略有增大 B.略有減小 C.保持不變 D.上下波動(dòng)

33.籠型異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行的功率因數(shù)與滿載運(yùn)行相比，結(jié)果是（ ）。

A.空載時(shí)功率因數(shù)高 B.滿載時(shí)功率因數(shù)高

C.二者相同 D.無法判斷

34.籠型異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行的效率與滿載運(yùn)行相比，結(jié)果是（ ）。

A.空載時(shí)效率高 B.滿載時(shí)效率高 C.二者相同 D.無法判斷

35.懷疑電動(dòng)機(jī)定子繞組存在匝間短路時(shí)，應(yīng)在退出運(yùn)行后使用（ ）進(jìn)行測量判斷。

A.500V兆歐表 B.電流表

C.電壓表 D.萬用表及電橋

36.懷疑電動(dòng)機(jī)定子繞組存在接地故障時(shí)，應(yīng)在退出運(yùn)行后使用（ ）進(jìn)行測量判斷。

A.500V兆歐表 B.電流表

C.電壓表 D.萬用表及電橋

37.低壓三相異步電動(dòng)機(jī)外殼意外帶電造成的后果是（ ）。

A.電壓明顯降低 B.電流略減小

C.電動(dòng)機(jī)發(fā)出異常聲音 D.使人受到電擊并可能打火放電

38.單相異步電動(dòng)機(jī)有（ ）組定子繞組。

A.1 B.2 C.3 D.4

39.單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的（ ）組定子繞組在起動(dòng)時(shí)串聯(lián)有電容器。

A.1 B.2 C.3 D.4

40.罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組是（ ）連接電源的。

A.經(jīng)過電阻 B.經(jīng)過電容 C.經(jīng)過電感 D.直接

41.串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能達(dá)到（ ）r/min以上。

A.750 B.1000 C.1500 D.3000

（三）問答題

1.試根據(jù)給定電動(dòng)機(jī)正確選擇兆歐表，并做用前檢查。

2.試根據(jù)搖測的項(xiàng)目（電動(dòng)機(jī)相對地或相間絕緣搖測），描述實(shí)際搖測的步驟。

3.說明絕緣電阻的最低合格值，確定被測電動(dòng)機(jī)能否使用。

4.在搖測的過程中，有哪些應(yīng)注意的安全事項(xiàng)？