论文-物理与电动机

目 录

摘 要 ............................................................. 1

Abstrac ............................................................. 1

1 引言 ............................................................. 1

2 电动机的基本物理原理 ............................................. 1

3 电动机的基本简介 ................................................. 2

3.1电动机的分类 ................................................ 2

3.2 结构简介法 .................................................. 2

3.3 运作原理 .................................................... 4

4 用途应用 ......................................................... 5

5 结论 ............................................................. 5

参考文献 ........................................................... 5

物理与电动机

摘 要：电动机是18世纪初的一项重大发明，在今天的生活中具有广泛的应用，而且对整个国民生产生活领域起着重大的改革和推动作用。本论文对电动机的物理原理结构及其应用展开浅显的分析与阐述。

关键词：原理；结构；用途

Physical and motor

Abstract: The motor is a great invention in the early eighteenth Century, and has been widely used in today's life, but also to the entire national production areas of life plays an important role in promoting the reform . In this paper, the physical principle of the motor structure and its application on simple analysis and discussion .

Key words:Principle; structure; application

1 引言

1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前，奥斯特已发现如果电路中有电流通过，它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机，是第一台使用电流将物体运动的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。

2 电动机的基本物理原理

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

[1]。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。

3 电动机的基本简介

电动机的分类、结构简介、运作原理。

3.1 电动机的分类

一、交流电机

异步电机：Y系列（低压，高压，变频，电磁制动）、JSJ系列（低压，高压，变频，电磁制动）

同步电机：TD系列、TDMK系列

二、直流电机

普通直流电机：Z2系列、Z4系列

专用直流电机

ZTP铁路电机

ZSN水泥回转窑

3.2 结构简介法

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0.3～50.5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。

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。

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）。

⑴对地绝缘：定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。

⑵相间绝缘：各相定子绕组间的绝缘。

⑶匝间绝缘：每相定子绕组各线匝间的绝缘。

电动机接线盒内的接线：

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[2]。

3、机座

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[3]。

（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[4]。

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。

构造：分为鼠笼式转子和绕线式转子。

⑴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。

⑵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[5]。

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。

3、轴承端盖：保护轴承。

4、风扇：冷却电动机。

直流电动机

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、反电动机[6]。

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[7]。

3.3 运作原理

三相定子绕组中通入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定[8]）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。

通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，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（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同[9]。

4 用途应用

各种电动机中应用最广的是交流异步电动机（又称感应电动机）。它使用方便、运行可靠、价格低廉、结构牢固，但功率因数较低，调速也较困难。大至重型工业，小至小型玩具都有其踪迹。在不同的环境下都会选择不同类型的电动机，以下是一些例子大至重型工业，小至小型玩具都有其踪迹[10]。在不同的环境下都会选择不同类型的电动机，以下是一些例子：制风设备例如电风扇、电动玩具车、船、升降机(电梯)；以电力推动的交通工具例如地下铁路、电车、汽车、喷射机及直升机的起动电动机（starter motor）；工厂与大卖场的运输带、公车上的电动自动门、电动卷闸；民生用品；光驱、打印机、洗衣机、水泵、磁盘机、电动刮胡刀、录音机、录影机、CD唱盘。工业与商业用途：高速升降机、工作母机（如：机床）、纺织机、搅拌机。 5 结论

电动机在科技快速发展的今天发挥着相当重要的作用，并且在今后的科学发展道路上还要继续发挥其作用，所以了解电动机的物理原理及意义很有必要。本文涉及了电动机的几部分如原理、结构、应用。

参考文献：

[1] 唐介. 电机与拖动（第二版）. 高等教育出版社,2007 :20-202

[2] 黄建龙.软起动器及其应用[J]．企业技术开发，2006:22-23

[3] 刘丽霞. 现代阅读(教育版) 2012年 第04期 2012-03-20 13:22

[4] Sijima S.Lelical microtubes of graphitic carbon [J].Nature, 1991, 354(6348):56-58

[5] Guchberger B，Collins G E．Computer Algebra Symbolic and Algebraic Computation[M]．New

York：Springer Versa，1998：58-76.

[6] 李清元.伺服电动机的类别与应用[J]．第12 卷第8期.2002.

[7] 萧进松，谢承达.电机机械[J]．全华科技图书股份有限公司.1996 :204-205

[8] 沈世锐.电路与电机[M]．北京：高等教育出版社，1986:22-24

[9] Yacaman M.J,Yoshida M.M.L.Rendon.Catalytic growth of carbon microtubules with fullerene

structure,[J].Appl.Phys.Lett.,1993,62:202-204

[10] 姚海彬.电工技术（电工学Ⅰ）[M]．2版. 北京：高等教育出版社，2004:202-204