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1、- 1 -交流电机简介1 概述交流电机是一种用来实现电能和机械能相互转换的旋转电磁机械。能量形式的转换依赖于定子和转子之间的气隙磁场。电机的作用原理，基于电磁感应定律和电磁力定律。电磁感应定律：表示导体在磁场中作切割磁力线运动时，将产生感应电动势。磁场方向、导体运动方向和感应电动势方向，三者之间的关系可用右手定则表示。它们的关系是：伸开右手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N 极） ，使拇指指向导体运动的方向，那么四指的指向便是导体内感应电动势的方向，如图 1 所示。实际可以用它来判断：导体在磁场中运动时，其感应电动势（或感应电流）的方向，因此也把它叫做发电机定则，也就是发电
2、机的工作原理。电磁力定律：表示载流导体在磁场中受力作用时，磁场方向、电流方向和载流导体受力方向，三者之间的关系可用左手定则表示。它们的关系是：伸开左手手掌，使拇指和其它四指相垂直，以手心对准磁场的北极（N 极） ，使四指指向电流的方向，那么拇指的指向便是导体受力的方向，如图 2 所示。实际上，可用它来判断载流导体在磁场中的运动方向，所以也把它叫做电动机定则，也就是电动机的工作原理。电动机的旋转方向就是根据这个定则判定的。电机进行能量转换时，必须具备能做相对运动的两大部件：一是建立磁场的部件；二是产生感应电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中，静止不动的部分称为定子，建立磁场的部件就是定
3、子绕组；做旋转运动的部分称为转子，被感应部件就是转子绕组。定、转子之间有空气隙，以便转子旋转。旋转电磁转矩由气隙中旋转磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用，发电机从机械系统接收机械功率，向电系统输出电功率，向国民经济各部门及广大城乡提供电能。电动机从电系统接收电功率，向机械系统输出机械功率，作为驱动机械设备的动力。旋转电磁机械：就是我们所见到和所使用的电机是一种包含着三种结构部件、三种物理作用的机器。一种是导电部件（也就是定子线圈）它从电网接收电功率三相交流电，在空气隙中产生一个旋转磁场。这个磁场穿过电机的第二部分：导磁部件定、转子铁心，它们与定、转子之间的空气隙
4、一起，构成了一个闭合回路，使得从定子到转子不停的传递能量。传递的方式是穿过气隙中的旋转磁场切割转子绕组，产生感应电流，感应电流所产生的磁场，与定子的旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，驱动电机转动。就这样，通过空气隙把从定子接收来的电磁功率，转换成驱动转子转动的机械- 2 -功率，通过转轴等机械部件，把机械功率传递给被拖动的机械设备。电机从吸收电功率，通过电磁转换，转换成机械能并传递给机械设备，是通过电、磁、机械三部分结构部件和物理作用来实现的。所以说电机是一种电磁机械，因为电机是旋转的，所以是旋转电磁机械。用于实现电能和机械能转换的目的，是为我们传递能量，为我们工作服务。11 交流电机的分类按电
5、机功用分类：交流电机主要分为发电机和电动机。发电机主要分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机。汽轮发电机是两极高速同步电机，是依靠燃烧煤、核能等能源进行发电的。是火力发电厂、核能发电厂的主要设备之一，由汽轮机或燃气轮机驱动发电。水轮发电机是多极低速同步电机，是依靠水力的位能转换成动能作为能源来进行发电的，由水轮机驱动发电。柴油发电机由柴油机驱动发电，两者组成柴油发电机组。通常用作工矿企业、医院、楼房的应急备用电源；军事与民用通信、战地和野外作业，车辆船舶等特殊用途的独立电源，以及电网输送不到、又不适于建立火力发电厂地区的生活和生产所需的电源和多种移动电站等。交流电动机又分为同步电动机和异步电动
6、机。当电机的三相对称绕组，接通三相交流电后，在空气隙中产生一个转速为 n1=60f/p 的旋转磁场。当电机的运行速度 n 始终保持与旋转磁场相同速度（即 n=n1）的电动机称为同步电动机。主要用于轧钢机、球磨机、压缩机、鼓风机等。优点是能向电网输送无功功率，改善电网的功率因数。缺点是需要直流励磁，结构比较复杂，电机造价较贵。电机的运行速度 n 始终低于旋转磁场速度（即 n18012 耐电性能绝缘结构的耐电性能是指耐电强度和耐电晕性能而言。1）介电强度 单位绝缘厚度的击穿电压称为介电强度 。它与外施电场分布的均匀性、作用次bE数和时间、绝缘结构的均匀性和密实程度、电极的几何形状、尺寸及绝缘的厚度
7、有关。瞬时工频介电强度是高压电机定子绕组设计的重要参数之一。高压电机的绝缘长期在机械、电、热应力的作用下，工频瞬时介电强度将逐年下降。为此，在制造新线圈时，还要求具有足够的储备系数(介电强度与相电压之比)。2）耐电晕性电晕是高压电机定子绕组在高压电场强度作用下，绝缘层内和外表面的空气被电离而发生辉光放电，出现蓝色的荧光，这种现象就是电晕。抗电晕性是高压电机绝缘的重要性能之一。绝缘层内、外表面受电晕侵蚀，其介电强度随时间增长而下降。为了提高绕组的耐电晕性，除选用耐电晕性好的材料外，还应完善绝缘结构和工艺，以消除绝缘内的空隙和表面放电。13 绝缘电阻和吸收比（1）热态绝缘电阻 电机绕组的绝缘电阻随
8、温度变化呈指数变化。它是评定绝缘结构工艺处理和绝缘状态的指标之一。国家标准 GB755旋转电机基本技术要求中规定，电机在工作温度或温升试验后，绕组相间或绕组对机壳的热态绝缘电阻 R 应不低于由下式计算的数值：10NPUR)(M式中： 电机额定电压(V)；电机额定功率( )NkW（2）冷态绝缘电阻 室温下绕组绝缘电阻主要与绝缘表面洁净程度和受潮情况有关。对于干燥清洁的电机，冷态绝缘电阻是在-10+100范围内实际测得的绝缘电阻，按下式换算到室温 25时之值：)25()25(10ttRM式中： 在-10+100内某一温度 t 时测得的绝缘电阻值 ；t )(M测量时的温度值()。- 17 -（3）吸
9、收比 绕组绝缘在直流电压作用下，将流过由充电、吸收和电导三个分量组成的电流。前两者随时间的增加而减小，其中充电电流减小得更快(中小电机在 15s 内全部衰减)，而吸收电流的衰减速度则与绝缘结构有关。当绝缘干燥、清洁、耐电性能好时，电导电流很小，吸收电流衰减慢，需几十秒到数分钟才达到稳定。因此，测得的绝缘电阻值随测量时间的增加而增大。当绝缘受潮、污损时，电导电流很大，吸收现象不明显，绝缘电阻值不随测量时间的增加而增大。因此，标准规定：绝缘吸收比 为K60s 时的绝缘电阻与 15s 时的绝缘电阻的比值，即 。1560/RK一般要求 。 值小时表示绝缘结构的情况不好。3.1对于大型电机吸收电流衰减过
10、程延长至数分钟者，可用 10min 绝缘电阻和 1min 绝缘电阻的比值。14 力学性能电机在制造和运行过程中，绕组绝缘受到电磁力、热应力和机械应力等的作用。如：长铁心的两极电机，其定子绕组因导体的热胀冷缩而产生的热应力，嵌线时对线圈的弯曲和敲打而引起的机械应力，以及电机起动时的电磁力和运行时的振动力等。在各种力的作用下，若绕组产生不允许的变形，将会导致绝缘损伤，使绝缘强度下降。为保证绕组绝缘的可靠性，要求它应具有较高的机械强度和韧性，同时绕组的槽部和端部也要牢固固定，防止其变形和因频繁振动而磨损。绝缘结构除了满足热、电、力学性能外，在特殊环境如：化工、石油、辐射等条件中使用时，还应满足特殊的
11、技术要求。2 高压电机绝缘结构定子绕组绝缘结构的设计，主要是确定：框式线圈匝间、排间绝缘结构，框式和条式线圈槽部绝缘厚度和结构，端部绝缘结构和斜边间隙等。设计要点：1）根据产品技术要求，选择符合规定的耐热等级。对在特殊环境中运行的电机，必须选择与特殊环境相适应的绝缘结构。对频繁起动、正反转和带冲击负载的电机，其定子绕组的电磁线或匝间绝缘的耐热等级应比正常工作方式的高一级，并应加强定、转子线圈的固定。2）在保证电机运行可靠和达到预期寿命的前提下，尽量选用较薄的绝缘厚度，以提高槽利用率，缩小电机尺寸，提高技术经济指标。3）选用先进合理的工艺，采用新材料、新技术，提高劳动生产率和质量，并努力改善劳动
12、条件、工业卫生和环境保护。4）原材料资源丰富、易得和价格低廉。电机线圈的绝缘一般可以分为对地绝缘和匝间绝缘两部分。（1）对地绝缘(又称主绝缘) 它所承受的电压是电机的额定电压，是电机定子绕组的主要保护部分。对主绝缘的要求基本有三个：（a）耐压强度；（b）耐热性；（c）介质损耗。- 18 -介质损耗就是在高压交流电场作用下，由于泄漏电流在绝缘层中引起的损耗。如果介质损耗大，则绝缘材料就容易老化。（2）匝间绝缘 匝间绝缘所承受的电压是线圈内部匝与匝间的电压，大致在 20150V 之间。线圈匝间绝缘方式的选择和每个线圈的匝数、导线的尺寸和匝间电压有关。现场经验表明：多匝框式绕组的大多数故障是由匝间绝
13、缘损坏开始，而最终导致绝缘对地击穿。3 无溶剂整侵电机线圈绝缘结构通常是指多匝式高压电机线圈用环氧玻璃粉云母带连续绝缘，白坯下线后整体浸渍无溶剂漆，热烘固化。其优点是：1）嵌线时，所有适形材料、涤玻绳、固定材料等均用白坯材料。嵌线绑扎固定后，进行真空压力浸渍(VPI 处理)，使整个绕组槽部、端部牢靠结实，能防止振动变形和避免绕组磨损。2）嵌线后槽内间隙小，经 VPI 处理，各部浸透的无溶剂漆具有自锁性，挂漆量饱满，提高了对地绝缘和绕组表面与槽壁之间的导热性。实测表明，整浸电机定子绕组的平均温升比非整浸的下降810 。K4 低压电机绝缘结构低压电机通常是指额定电压为 660V 及以下的电机。低压
14、电机的绝缘结构，包括导线绝缘、匝间绝缘、相间绝缘、对地绝缘等。41 定子绕组结构低压电机定子绕组的匝间和对地电压都不高，设计绝缘结构时，主要考虑不同嵌线时的机械损伤和运行中的机械和老化的因素。1）匝间绝缘 由于低压电机正常运行时，匝间电压很低，其匝间绝缘由导线本身的绝缘层代替。一般用途电机的定子绕组为散嵌线圈，广泛用漆包圆线绕制。对于频繁起动及正反转电机，宜选用玻璃丝包漆包圆线，以提高匝间绝缘的机械强度和介电强度。2）对地绝缘低压电机通常采用槽绝缘作为对地绝缘。散嵌绕组的槽绝缘(对地绝缘)，通常采用薄膜复合材料，它具有一定的刚性，便于嵌线。3）相间绝缘双层绕组槽部层间绝缘为相间绝缘，承受线电压
15、。其选材与槽绝缘相同。绕组端部异相相邻线圈边之间也承受线电压，需放置相间绝缘；而同相相邻线圈只承受一个线圈电压，电磁线本身的绝缘已足够。42 异步电机绕线转子绕组绝缘结构绕线型转子绕组分散嵌和插入线棒式两种。前者用于小型电机，后者用于中、大型电机。由于转子绕组承受离心力的作用，绕组端部需用绑箍扎紧，以保证在电机运行时，绕组不发生变形、位移等导致匝间短路的故障。散嵌绕组分单层和双层，双层绕组有层间绝缘，其绝缘结构与低压电机定- 19 -子绕组相似，端部用无纬玻璃丝带绑扎。插入式绕组的直线部分热滚卷包三合一粉云母箔，冷压或热烘压固化成型。交流电机的干燥电机在运输、贮存和安装过程中，绝缘容易受潮。绝
16、缘受潮后，其电气强度大大降低，在直接通电起动时，容易发生击穿事故。所以，对于因受潮而绝缘电阻值比较低的电机，应进行干燥处理，以驱逐潮气，提高绝缘电阻和电气强度，以保证电机安全起动、稳定运行。1 需要干燥的电机1）新安装的电机 由于在运输、贮存和安装过程中，电机可能受潮，在起动前须进行绝缘电阻的测量，当所测的绝缘电阻值低于标准规定的数值时，须进行干燥。2）已投入运行的电机 因长期停止使用，而绝缘电阻下降，低于规定值时，须进行干燥。2 绝缘电阻规定值根据国家标准 GB755 的规定，对于各类电机，在接近工作温度时，测得的绝缘电阻值应不小于R：( )01.)(kWV电 机 的 额 定 容 量额 定 电 压 MR 最小为 0.5 。M3 电机不干燥投入运行的条件1） 新电机在运输、贮存和安装过程中，保管较好不曾受潮；2） 已运行的电机，在停止运行期间，维护较好不曾受潮；在满足下面条件时，可以不经干燥投入运行：（1）在接近工作温度时，绝缘电阻值大于规定值。（2）绝
