电动机基础知识：构造与功率铭牌解析

13.2.1.1 旋转磁场的形成

棒形的永磁铁或电磁铁绕其中点旋转便产生旋转磁场。如图13-54a所示，当三相交流电电流流过呈120°间隔布置的3个线圈时，同样会形成旋转磁场。如图13-54b所示，作为电动机是把线圈作为绕组有规律地分布在定子槽中。

旋转磁场转数：

式中 n_s——旋转场转数（旋转频率）；

f——电网频率；

p——极对数。

图13-54 双极旋转磁场的定子结构

a）从120°间隔布置的3个线圈 b）放置在定子缺口中的三相绕组

每个线圈产生一个交变磁场，这些磁场的叠加便形成一个合磁物，其位置与图13-55所示的120°相移的电流瞬时值有关。对于3个线圈，则形成图13-55a所示的双极旋转磁场；对于间隔60°布置的6个线圈，则产生图13-55b所示的四极旋转磁场。

图13-55 旋转磁场的形成

双极绕组的旋转磁物在一个周期中转1圈；而四极绕组的旋转磁场一个周期转圈。

旋转磁场的转速取决于电网频率f和极对数p。

感应式电动机利用旋转磁场工作。

13.2.1.2 功率与转矩

电动机把从供电网接受的电能转变为机械能，而发电机则是把机械能转变为电能。

电动机在工作时，以热的形式形成有效损耗，把在磁性材料中反复磁化而引起的损耗称为铁心损耗，由于电流流过绕组电阻而形成的损耗称为绕组损耗。另外，还有风扇损耗、摩擦损耗包括轴承和电刷的损耗。如图13-56所示，所形成的总损耗的程度为效率。

效率：

式中 η——效率；

P₁——输入功率；

P₂——输出功率。

效率为输出功率与输出功率的比值。

电动机的功率是通测量其转矩和转数来求得。所输入的功率P₁是电网供给的功率。

电动机的转矩是由定子磁场与转子电流共同作用而形成的。流过转子绕组的电流在其每匝中产生一个作用在定子磁场上的一个力F，于是便形成了力矩。

图13-56 电动机的能流

通过测量在电动机传动轮圆周上的力F，就确定了所发出的力矩，如图13-57所示。用涡流制动、磁粉末制动或电动机测功计测量扭矩。

转矩与功率：

M=Fr；[M]=N·m

P₂=Mω；[P]=W

ω=2πn

图13-57 在电动机转子和传动轮上转矩的形成

式中 M——转矩；

F——力；

r——半径；

P₂——输出功率；

ω——角速度；(www.xing528.com)

n——转数。

图13-58所示的也称为制动发生器或功率计的电动机测功计是由一个直流发电机组成。在场励磁时，在定子中产生一个与电动机驱动转矩相反的转矩，并可利用天平进行测量。在制动发电机中所形成的电能在负载电阻中转变为热能。当负载转矩与电动机转矩之间形成平衡时，转数便保持不变。

用测速发电机测量转数。

图13-58 带功率计的电动机试验台

在测定功率时，可得知测定转数时的电动机测定转矩。

13.2.1.3 电动机的结构

如图13-59所示，电动机的带电部分是定子和转子。

感应式电动机，其定子是由一个叠板和分布在定子圆周上的绕组组成。直流电动机的定子大都是由实心轭环与装在其上的磁板组成。

也称为转动件的转子，在直流电动机上也称为电枢。嵌在转子叠板中的绕组可以引到集电环上或引到电流互感器（换向器）上。

图13-59 电动机的基本构造

图13-60 三相电动机的功率铭牌

13.2.1.4 功率铭牌

电动机的最重要参数都标注在功率铭牌上，如图13-60所示。铭牌标明了制造商名、电动机的类型以及电压、电流的测定值、给定运行方式的功率。若未给出运行方式，则按连续运行（S₁）给定。

对于电动机，其测定功率指的是其输出轴发出的可用功率。另外，功率铭牌上还标明了绝缘等级及保护类型。

测定功率输出的消耗功率是由电动机的功率铭牌说明计算得出。

三相电动机的消耗功率：

式中 P₁——消耗功率；

U——线电压；

I——线电流；

cosφ——有效功率因数。

13.2.1.5 旋转方向

电动机的旋转方向如图13-61所示，规定为从传动轴端面看到的转子旋转的方向。

图13-61 旋转方向的规定

当电动机以顺时针方向旋转时，称为右转；逆时针旋转时，称为左转。

对于两端面均有传动轴的电动机，则电动机的旋转方向规定为从主轴端面所看到的旋转方向。所谓主轴指的是两根轴中较粗的那根轴。当两根轴一样粗时，则主轴为处于风扇、换向器或集电环对面的那一根轴。

对于三相电动机，当电源相线L1、L2和L3分别接在电动机接线端U1、V1、W1时，则电动机为右转。

任意调换两根接线端，则可改变电动机的旋转方向。

计算例题：

如图13-60所示，以功率铭牌给出的测定功率做以下计算：

a）效率。

b）三相电动机的转矩。

解：

P₂=5.5kW（功率铭牌给定）

a）

b）