电动机工作原理与铭牌识读详解

1.电动机工作原理

电动机是把电能转化为机械能的设备，主要由定子（静止部分）和转子（旋转部分）构成。三相电动机的结构示意图如图2－17所示。

1）基本原理

为了说明三相异步电动机的工作原理，我们做如下演示实验，如图2－18所示。

（1）演示实验：在装有手柄的蹄形磁铁的两极间放置一个闭合导体，当转动手柄带动蹄形磁铁旋转时，发现导体也跟着旋转；若改变磁铁的转向，则导体的转向也跟着改变。

图2-17　三相电动机的结构示意图

图2-18　三相异步电动机工作原理

（2）现象解释：当磁铁旋转时，磁铁与闭合的导体发生相对运动，导体切割磁力线而在其内部产生感应电动势和感应电流。感应电流又使导体受到一个电磁力的作用，于是导体就沿磁铁的旋转方向转动起来，这就是异步电动机的基本原理。

（3）结论：欲使异步电动机旋转，必须有旋转的磁场和闭合的转子绕组。

2）旋转磁场

（1）旋转磁场的产生。

图2－19表示三相定子绕组AX、BY、CZ，它们在空间按互差120°的规律对称排列，并接成星形与三相电源U、V、W相连。这样，三相定子绕组中便形成三相对称电流：随着电流在定子绕组中通过，在三相定子绕组中就会产生旋转磁场，如图2－20所示。

图2-19　三相异步电动机定子接线

当ωt＝0°时，iA＝0，AX绕组中无电流；iB为负，BY绕组中的电流从Y流入、B流出；iC为正，CZ绕组中的电流从C流入、Z流出。由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2－20（a）所示。

当ωt＝120°时，iB＝0，BY绕组中无电流；iA为正，AX绕组中的电流从A流入、X流出；iC为负，CZ绕组中的电流从Z流入、C流出。由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2－20（b）所示。

当ωt＝240°时，iC＝0，CZ绕组中无电流；iA为负，AX绕组中的电流从X流入、A流出；iB为正，BY绕组中的电流从B流入、Y流出。由右手螺旋定则可得合成磁场的方向如图2－20（c）所示。

可见，当定子绕组中的电流变化一个周期时，合成磁场也按电流的相序方向在空间旋转一周。随着定子绕组中的三相电流不断地作周期性变化，产生的合成磁场也不断地旋转，因此称为旋转磁场。

图2-20　旋转磁场的形成

（a）ωt＝0°；（b）ωt＝120°；（c）ωt＝240°

（2）旋转磁场的方向。

旋转磁场的方向是由三相绕组中电流的相序决定的，若想改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序，即将三根电源线中的任意两根对调即可。这时，转子的旋转方向也跟着改变。

3）电动机工作原理综述

当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电（幅值相等，频率相同，相位角互差120°）后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，载流的转子导体在定子旋转磁场的作用下将产生电磁力，从而在电动机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转。简而言之，三相对称交流电→旋转磁场→感应电流→电磁转矩→电动机转轴旋转。

2.电动机铭牌识读

1）电动机的分类

电动机是把电能转换成机械能的一种设备，它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子形成磁电动力旋转扭矩，通过电动机输出轴输出动力。电动机按工作电源种类划分：直流电动机和交流电动机。直流电动机按结构及工作原理划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。交流电动机可分为同步电动机和异步电动机，同步电动机可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机，感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。工业生产中应用最广泛的是三相异步电动机。

2）三相异步电动机的铭牌

铭牌又称标牌，铭牌主要用来记载生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据，是选择、安装、使用和修理电动机的重要依据。以三相异步电动机为例，铭牌的主要内容如图2－21所示。(www.xing528.com)

电动机铭牌识读

图2-21　三相异步电动机铭牌

（1）型号（Y－112－M－4）。

Y为电动机的系列代号，是指全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机，112为机座底平面至输出转轴的中心高度（mm），M为机座类别（L为长机座，M为中机座，S为短机座），4为磁极数。

（2）额定功率（4.0 kW）。

额定功率是指电动机在额定工况（额定电压、额定频率）下运行时，转轴上输出的机械功率，用PN表示，以千瓦（kW）或瓦（W）为单位。

（3）额定电压（380 V）。

额定电压是指接到电动机绕组上的线电压，用UN表示。三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的±5%。电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。

（4）额定电流（8.8 A）。

额定电流是指三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，用IN表示，以安（A）为单位。若超过额定电流过载运行，则三相电动机就会过热乃至烧毁。

三相异步电动机的额定功率与其他额定数据之间有以下关系式：

式中，cosφN——功率因数，一般为0.7～0.9；

ηN——额定效率，一般为75%～92%。

（5）额定频率（50 Hz）。

额定频率是指电动机所接的交流电源每秒钟内周期变化的次数，用fN表示。我国规定标准电源频率为50 Hz。

（6）额定转速（1 440 r／min）。

额定转速表示三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，用nN表示，一般其略小于对应的同步转速n1。如n1＝1 500 r／min，则nN＝1 440 r／min。

（7）绝缘等级（B级）。

绝缘等级是指三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高工作温度。它与电动机绝缘材料所能承受的温度有关。A级绝缘为105℃，E级绝缘为120℃，B级绝缘为130℃，F级绝缘为155℃，H级绝缘为180℃。

（8）接法（△）。

三相电动机定子绕组的连接方法有星形（Y）和三角形（△）两种。定子绕组只能按规定方法连接，不能任意改变接法，否则会损坏三相电动机。

（9）防护等级（IP44）。

防护等级表示三相电动机外壳的防护等级，其中IP是防护等级标志符号，其后面的两位数字分别表示电动机防固体和防水能力。数字越大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表示电动机能防止直径或厚度大于1 mm的固体进入电动机内壳；第二位数字“4”表示能承受任何方向的溅水。

（10）噪声等级（LW82dB）。

在规定安装条件下，电动机运行时噪声不得大于铭牌值。

（11）工作制（S1）。

电动机的工作制表明电动机在不同负载下的允许循环时间，共分为10类，S1～S10。S1－连续工作制，S2－短时工作制，S3－断续周期工作制，S4－包括启动的断续周期工作制，S5－包括电制动的断续周期工作制，S6－连续周期工作制，S7－包括电制动的连续周期工作制，S8－包括变速变负载的连续周期工作制，S9－负载和转速非周期性变化工作制，S10－离散恒定负载工作制。