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认识电机 一、电机的概念与分类 1．电机概念 电机是借助于电磁原理（原理）工作的能量转换（功能）设备。 只有给电机输入能量，它才会输出能量，并且在其输入和输出的能量中至少应该有一方是电能。可见“电机”一词本质上是电磁机的简称。 2．电机种类 电机分类方法很多，这里按其功能以及电能性质等综合地将其分成以下种类： 变压器：是利用电磁原理将交流电能转换成同频但电压等级不同的交流电能的设备。 发电机：是利用电磁原理将机械能转换成电能的设备。其中，将机械能转换成直流电能的发电机称为直流发电机；将机械能转换成交流电能的发电机称为交流发电机。交流发电机又可分成同步发电机（转速同步速）和异步发电机（转速同步速），实际中以同步发电机最为通用，而异步发电机则很少使用。 电动机：是利用电磁原理将电能转换成机械能的设备。它可分成直流电动机与交流电动机。交流电动机又可分成异步电动机（转速同步速）和同步电动机，实际中以异步电动机最为普及，同步电动机相对较少。 无论发电机还是电动机都与机械能有关，这就要求它们的结构中有运动部件，为降低这两类电机的制造成本，运动部件通常都作旋转运动，称为转子；相应地固定部件就称为定子；而把发电机和电动机统称为旋转电机。变压器不涉及机械能，所以它是静止电器。 要点：电机的基本作用原理是电磁原理，作用是能量转换；各类电机的具体功能。 二、电机的损耗、发热与冷却 电机是能量转换设备而非能源，所以应该用单位时间内转换的能量即功率来度量。其中，单位时间内输入电机的能量称为输入功率，用P1表示；单位时间内电机输出的能量称为输出功率，用P2表示。P1与P2的差值称为功率损耗，用ΔP或表示，即有ΔP=，功率损耗乘以工作时间就是能量损耗，这两种损耗通常不加区分地统称为电机的损耗。P2与P1的比值称为电机的效率，用η表示，即有η=。电机工作时一般总有损耗，故ΔP＞0、η＜1。P1、P2、ΔP、η均随电机工作状态改变而变化，它们是时变函数，但实际问题往往针对特定状态提出，按它们有确定值来分析。 工作时所产生的各种损耗都转变成热能，将会导致电机的温度升高，此即发热的一方，发热量与电机工作方式有关，为一确定数值；另一方面，电机表面又会向低温的周围环境散热，散热量与温升成一比例系数（称为散热系数）。因此，在电机工作之初，散热量为零，温度升高最快；然后随着温度升高，散热量将不断增大，温度上升变慢；如果工作时间足够长，最终将达到散热量等于发热量的动态平衡，此后温度停止升高而保持在稳定值。可见，散热系数越大，温升速度就越慢，稳定温升也越低，这对绝缘有利。分析表明：在自然条件下，散热量与电机单位容量的表面积成正比，而单位容量的表面积与电机的容量成反比，因此，小容量电机自然散热能够满足绝缘要求，而大容量的电机在自然散热时的温升往往会超过绝缘允许的限值，这就需要冷却。所谓冷却是指提高散热系数的人为措施，一般通过适当的介质来实现冷却，常用的冷却介质有空气、氢气和水。 要点：各种功率和冷却的含义 三、电机的结构与制造材料 1．电机的电磁结构 图0–1 电机一般结构 电机的功能是由其电磁结构决定的。电机的电磁结构由一条主磁路和与它相匝链的两条或两条以上电路组成。电机种类不同，其主磁路和电路的结构就有所不同。 电机的损耗主要产生在其电磁结构部件中，即绕组的铜耗和铁心的铁耗。此外，在绕组、机座以及绝缘材料中会产生数量不大但难于精确计算的附加损耗；旋转电机的转动部件中还会产生摩擦损耗，称为机械损耗。 （1）主磁路：是指主磁通的路径 （a）变压器磁路（主磁路和漏磁路） （b）异步电动机主磁路 图0-2 电机中的磁路 变压器的主磁路为闭合铁心。 旋转电机的主磁路，除定、转子铁心外，还包含两段气隙。当磁通恒定时，铁心可用整块钢铁材料制作；当磁通随时间交变时，铁心中将产生磁滞损耗和涡流损耗，两者合称为铁耗，此时铁心就必须用表面绝缘、厚度为0.35或0.5mm的硅钢片叠压成形。虽然直流和同步电机磁极铁心中的磁通是恒定的，但由于开槽的影响，磁极表面受齿谐波磁场影响而产生铁耗，故这类电机的磁极铁心也要用厚度为1~3mm的厚钢片叠装。 电机磁路的特点是：它由导磁性能极好的铁磁性材料和空气、绝缘材料等导磁性能很差的非磁性材料构成，因此，在两种材料界面处磁力线垂直与铁磁材料表面，常分为主磁路和漏磁路。 （2）绕组 绕组是电机电路的核心部分，它一般是用带绝缘的导体（主要用铜）绕制而成的线圈或线圈组合。绕组的作用有流通电流、产生磁场、感应电动势、承受一定的电压电流和功率。绕制而成的线圈或线圈组合。一台电机至少有两个绕组。 绕组可分成开启式和闭合式两类。开启式绕组的特点是每个绕组都有两个引出线端头，用来与外部电源或负载相接，以实现电能的输