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电动机的原理 屈良军 目录 1.电动机的作用 2.电机发展趋势及存在的问题 3.电动机的基本原理 4.电动机结构及各部分的作用 5.电动机的分类 6.直流电动机的旋转原理 7.交流电动机 1.电动机的作用 电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用。 2.电机发展趋势及存在的问题 ①交流变频调速系统及变频电机 ②电机绝缘问题 ③轴承电流问题 ④性能测试问题 ⑤无换向器电机 ⑥其他用途的中小型电机 ①交流变频调速系统及变频电机（1）　　 二十年来，电力电子技术发生了革命性的发展。元件从70年代的晶闸管（SCR），发展到80年代的双极型晶体管（BJT，也称作GTR），到90年代则主要是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。日本的三菱电机公司已推出2000V/1200A的IGBT，欧洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件，而1200V/600A的IGBT模块则已大量生产供应；IR以及Fairchild等著名半导体公司生产的IPM模块更为交流调速技术在白色家电（指冰箱、洗衣机和空调器等）以及汽车等领域的应用提供了可能。 ①交流变频调速系统及变频电机（2） ①交流变频调速系统及变频电机（3） 据美国《控制工程》报道在1996~2000年间美国用于工厂自动化方面的电动机和传动装置的总费用约45亿美元，其中采用变频器控制三相异步电动机的约占52.8%，且呈逐年上升趋势。交流调速系统的广泛应用必然对电动机提出相应的要求，为使电机更好地符合电气传动系统的要求。国际电工委员会（IEC）以及一些国家的有关组织，如美国的IEEEE等均对变频器供电的三相异步电动机提出了一些要求和应用导则。 ①交流变频调速系统及变频电机（4） 目前交流变频专用电机已经在西方工业发达国家获得广泛使用，如德Siemens公司、日本的东芝公司等就已经推出200KVA以下的8大系列的变频电机，并成功应用于工业实践，取得较好的节能效果和自动控制作用。　 ①交流变频调速系统及变频电机（5） 对变频电机的研究，过去主要集中在以下几个方面：一是由于变频器的供电，电机谐波分量增加，从而引起电机损耗增加，温升提高，因此应根据负载的情况，如何匹配电机的功率；二是对于调速范围较宽的应用，要考虑低速时风扇转速降低造成的电机自身散热能力的下降，因此应在结构上外置一独立的风扇，使其在低速时保持足够的散热风量，另外对于谐波引起的电机噪声的增加也进行了不少的研究。但是随着变频器应用的日益增多和研究的日益深入，出现了其他更为突出的问题，如电机的绝缘、轴承电流、性能测试等问题，直接影响着电机的设计、制造、使用和性能。 ②电机绝缘问题（1）　 由于变频器采用脉宽调制技术（PWM），电压波形是由许多窄脉冲组成，脉冲电压对电机的绝缘会产生影响。如GTR变频器供电时，其脉冲上升时间约为1～2μs，电压梯度（变化率）为500～1000V/μs，因此在美国NEMA标准的MGI、par30中就对一般用途的电机规定要满足1000v峰值和2μs波前时间冲击电压的要求。 ②电机绝缘问题（2） 此规定执行以来，对GTR变频器供电的电机，十年来运行正常。但是自IGBT变频器应用以来，电机损坏增多。研究发现，对于IGBT变频器，并采用20kHz的载波频率时，其脉冲间隔仅为0.05～0.2μs，从而使电压梯度达到6500～13000v/μs。由于瞬时高电压加在电机的绕组上，当电压上升时间小于0.3μs时，绕组前几匝线圈承受的电压应力为正常值4倍以上，因此有可能超过80%的电压加在首匝线圈上。虽然线圈之间以及线圈和铁芯之间有一系列的绝缘保护，但是在这些绝缘之间很可能存在很小的间隙（气泡），它们在超过一定电压时就开始电晕放电或局部间歇放电，并逐步扩大，以致损坏绝缘，严重影响了电机的正常运行。　　 ②电机绝缘问题（3） 为解决变频器供电的电机的绝缘问题，可采用滤波器技术或采用加强绝缘，但是前者要增加较多的费用，而后者则使电机的体积增加较多。目前，美国的Phelps?Dodge公司等线缆厂已经研制出耐高脉冲电压的电磁线，这种电磁线采用了新的漆层配方，在漆膜厚度不变的情况下，大大增加了耐压强度。美国GE公司和Reliance公司等均宣布已生产出采用新的电磁线的电机，可适用于IGBT供电的场合。 ③轴承电流问题（1） 对于较大功率的IGBT变频器供电的电机（如100KW以上）会发现运行一段时间后，有些电机轴承磨损严重，先是产生不正常噪声，后至烧毁。 ③轴承电流问题（2） 经研究发现，由于采用变频器供电，电压波形中存在着相当多的高频分量，这些高频分量除了通过变频器与电机绕组构成回路外，还通过绕组与定子铁心间以及转轴、端盖、机座和接地线等之