电动机是如何工作的？

张云贺

       电动机(Motors)是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
" j4 ^& d; [8 a- b7 @$ {$ e　　基本介绍
- O( y0 C. Z( ]" ^　　电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机;也有作直线运动的，称为直线电动机。

　　基本结构
0 p" K/ T6 ^+ G9 \0 E' {　　一、三相异步电动机的结构，由定子、转子和其它附件组成。
　　(一)定子(静止部分)
　　1、定子铁心
　　作用：电机磁路的一部分，并在其上放置定子绕组。
　　构造：定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成，在铁心的内圆冲有均匀分布的槽，用以嵌放定子绕组。
& Q$ R. g9 T* c9 C$ n! l0 L　　定子铁心槽型有以下几种：
　　半闭口型槽：电动机的效率和功率因数较高，但绕组嵌线和绝缘都较困难。一般用于小型低压电机中。
　　半开口型槽：可嵌放成型绕组，一般用于大型、中型低压电机。所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
　　开口型槽：用以嵌放成型绕组，绝缘方法方便，主要用在高压电机中。
　　2、定子绕组
　　作用：是电动机的电路部分，通入三相交流电，产生旋转磁场。
　　构造：由三个在空间互隔120°电角度、队称排列的结构完全相同绕组连接而成，这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
$ Q9 X* ?6 ?: j  S　　定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。
4 e+ }" \1 b0 B5 r2 W% x　　(1)对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。
　　(2)相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。
% p! |+ [- w# j& u　　(3)匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。
" H& F7 P, {1 \: y1 J　　电动机接线盒内的接线：
+ p4 b% m5 w- g) q& R2 G　　电动机接线盒内都有一块接线板，三相绕组的六个线头排成上下两排，并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三个　　接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2)，.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。凡制造和维修时均应按这个序号排列。
　　3、机座
5 T/ f! X# V4 r3 t: x　　作用：固定定子铁心与前后端盖以支撑转子，并起防护、散热等作用。
　　构造：机座通常为铸铁件，大型异步电动机机座一般用钢板焊成，微型电动机的机座采用铸铝件。封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可直接对流，以利于散热。
　　(二)转子(旋转部分)
　　1、三相异步电动机的转子铁心：
　　作用：作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
　　构造：所用材料与定子一样，由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上，大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
# Q2 O; H3 q3 n% F7 T　　2、三相异步电动机的转子绕组
　　作用：切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流，并形成电磁转矩而使电动机旋转。
0 h, J% H6 {4 L. a$ p1 y# Q7 A　　构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。
8 A% J$ Y+ k* f) i* M3 E: L　　(1)鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。
* Q6 ?1 M- p3 C& P3 J) X. M　　(2)绕线式转子：绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。
9 h. O( f9 N& Y) ]　　特点：结构较复杂，故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件，用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能，故在要求一定范围内进行平滑调速的设备，如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。
　　(三)三相异步电动机的其它附件
　　1、端盖：支撑作用。
　　2、轴承：连接转动部分与不动部分。
8 s: L0 M$ t* Y+ d* ^- n  u　　3、轴承端盖：保护轴承。
/ H) T" `/ r' B　　4、风扇：冷却电动机。
8 H: S$ p( X# E- N7 O% V　　二、直流电动机采用八角形全叠片结构，不仅空间利用率高，而且当采用静止整流器供电时，能承受脉动电流和快速的负载电流变化。直流电动机一般不带串励绕组，适用于需要正、反转的自动控制技术中。根据用户需要也可以制成带串励绕组。中心高100～280mm的电动机无补偿绕组，但中心高250mm、280mm的电动机根据具体情况和需要可以制成带补偿绕组，中心高315～450mm的电动机带有补偿绕组。中心高500～710mm的电动机外形安装尺寸及技术要求均符合IEC国际标准，电机的机械尺寸公差符合ISO国际标准。
3 z( q" d. d1 g% Y$ W直流电动机的工作原理：
　　线圈连着换向片，换向片固定于转轴上，随电机轴一起旋转，换向片之间及换向片与转轴之间均互相绝缘，它们构成的整体称为换向器。电刷A、B在空间上固定不动。
3 l& K) K+ S3 `1 w　　在电机的两电刷端加上直流电压，由于电刷和换向器的作用将电能引入电枢线圈中，并保证了同一个极下线圈边中的电流始终是一个方向，继而保证了该极下线圈边所受的电磁力方向不变，保证了电动机能连续地旋转，以实现将电能转换成机械能以拖动生产机械，这就是直流电动机的工作原理。注意：每个线圈边中的电流方向是交变的。
　　2、直流发电机的工作原理：
' q' G3 q/ {1 P7 D/ z　　当用原动机拖动电枢逆时针方向旋转，线圈边将切割磁力线感应出电势，电势方向可据右手定则确定。由于电枢连续旋转，线圈边ab、cd将交替地切割N极、S极下的磁力线，每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的，线圈内的感应电动势是交变电动势，但由于电刷和换向器的作用，使流过负载的电流是单方向的直流电流，这一直流电流一般是脉动的。

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　　在图中，电刷A所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势，它始终具有正极性;电刷B始终具有负极性。这就是直流发电机的工作原理。