電機(jī)的構(gòu)造和工作原.ppt

電機(jī)培訓(xùn),主 講 人：于紅霞 日 期：二00七年十一月,B,教學(xué)目的：,1、讓大家掌握三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理； 2、學(xué)會(huì)分析三相異步電機(jī)的機(jī)械特性。,三相異步電動(dòng)機(jī) 教學(xué)內(nèi)容,1 電機(jī)學(xué)概述 2 電機(jī)分類及結(jié)構(gòu) 3 電機(jī)工作原理及旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生和特性 4 異步電機(jī)重要物理量 5 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 6 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,、 電機(jī)及電力拖動(dòng)的發(fā)展歷史 1802年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流在磁場(chǎng)中受力的物理現(xiàn)象，隨后由安培對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了科學(xué)的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了磁路定律及全電流定律。在此基礎(chǔ)上人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里制成了直流電動(dòng)機(jī)的模型。1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律,為生產(chǎn)制造各種發(fā)電機(jī)提供了依據(jù)。隨后制成了直流發(fā)電機(jī)，替換了價(jià)格昂貴的電池，為直流電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用提供了電源?？梢?jiàn)在電機(jī)與電力拖動(dòng)發(fā)展史上首先得到應(yīng)用的是直流電機(jī)。1871年凡麥爾發(fā)明了交流發(fā)電機(jī), 1878年亞布洛契可夫用交流發(fā)電機(jī)和變壓器發(fā)明的照明裝置供電。1885年意大利物理學(xué)家費(fèi)拉利斯發(fā)現(xiàn)了兩相電流可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一年以后費(fèi)拉利斯和在美國(guó)的坦斯拉幾乎同時(shí)制成了兩相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的模型。,1888年多里沃多勃羅沃爾斯提出了三相制，并制成了三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，奠定三相電路和三相電機(jī)的基礎(chǔ)。此后三相交流電迅速地發(fā)展起來(lái),到20世紀(jì)初，各種三相交流電動(dòng)機(jī)均已設(shè)計(jì)制造成功。進(jìn)入20世紀(jì)以后，人們?cè)诮档碗姍C(jī)成本，減小電機(jī)尺寸,提高電機(jī)性能,選用新型電磁材料,改進(jìn)電機(jī)生產(chǎn)工藝等方面進(jìn)行了大量工作，使現(xiàn)代電機(jī)與上世紀(jì)初的電機(jī)有很大差別。 我國(guó)的電機(jī)工業(yè)，從新中國(guó)成立以來(lái)的50多年間，建立了獨(dú)立自主的完整體系。早在1958年我國(guó)就研制成功當(dāng)時(shí)世界上第一臺(tái)1.2萬(wàn)kW雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，顯示了我國(guó)電機(jī)工業(yè)的迅速掘起。近些年來(lái)，隨著對(duì)電機(jī)新材料的研究,以及計(jì)算機(jī)技術(shù)在電機(jī)設(shè)計(jì)、制造工藝中的應(yīng)用，普通電機(jī)的性能得到提高，而控制電機(jī)的高可靠性、高精度、快速響應(yīng)使控制系統(tǒng)完成各種人工無(wú)法完成的快速?gòu)?fù)雜的精巧工作。,在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過(guò)程，需要使用各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性能好、損耗小、并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械均采用電力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類。電力拖動(dòng)的發(fā)展過(guò)程，交、直流兩種拖動(dòng)方式并存于各生產(chǎn)過(guò)程,各時(shí)期科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平不同，它們所處的地位也有所不同。隨著自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,電力拖動(dòng)裝置的特性品質(zhì)的提高,極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品的質(zhì)量,提高了電力拖動(dòng)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制,所以電力拖動(dòng)成為現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)電氣自動(dòng)化的基礎(chǔ).,在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動(dòng)是惟一的一種電力拖動(dòng)方式。而交流電動(dòng)機(jī)的研制成功，使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)步，對(duì)電力拖動(dòng)在啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速提出了新的、更高的要求。在20世紀(jì)中期以前，相當(dāng)長(zhǎng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電力拖動(dòng)則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出優(yōu)點(diǎn)，但是直流電機(jī)有電刷和換向器，所以故障率比較高,直流電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境也受到一定的限制（如不能在有易燃、易爆氣體及塵埃多的場(chǎng)合使用等），而且直流電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)、轉(zhuǎn)速、單機(jī)容量等也受到一定的限制。,20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速的方法不斷進(jìn)步和完善，其調(diào)速性能可與直流調(diào)速相媲美, 目前，在很多應(yīng)用場(chǎng)合交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速已取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速。而且交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速將會(huì)取代直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，可以說(shuō)這是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。 電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理工作，它應(yīng)用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多。常見(jiàn)的分類方法為：按功能用途分，可分為常規(guī)電機(jī)和控制電機(jī)兩大類。按照電機(jī)的結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)速分類，可分為變壓器和旋轉(zhuǎn)電機(jī)。根據(jù)電源的不同，旋轉(zhuǎn)電機(jī)又分為直流電機(jī)和交流電機(jī)兩大類。交流電機(jī)又分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩類。,1.1 電機(jī)學(xué)習(xí)方法,學(xué)習(xí)方法： 1.抓住主要矛盾； 2.理論聯(lián)系實(shí)際； 3.善于運(yùn)用對(duì)比的方法。,能力目標(biāo)： 1.培養(yǎng)識(shí)圖能力以及比較分析和歸納總結(jié)的能力； 2.培養(yǎng)和訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題實(shí)踐操作的能力。,1 電機(jī)學(xué)概述,1.2 電機(jī)概念,何謂電機(jī)？,？,應(yīng)用：廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂(lè)，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活等。,定義：依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或者傳遞的一種電磁裝置。,電能轉(zhuǎn)化為 機(jī)械能,優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，起動(dòng)容易，維護(hù)方便，成本較低，故應(yīng)用廣泛。但是其調(diào)速性能差、功率因數(shù)低.,牽引電機(jī),2.1電機(jī)分類,分 類,旋轉(zhuǎn)電機(jī),靜止電機(jī),同步電機(jī),交流電機(jī),直流電機(jī),變壓器,異步電機(jī),三相電機(jī),單相電機(jī),繞線式,鼠籠式,2電機(jī)分類及結(jié)構(gòu),2.2電機(jī)結(jié)構(gòu),2.2.1 定子部分,鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型 保護(hù)和固定定子繞組。,機(jī)座,（1）外殼,用于保護(hù)線圈端部不受外物損傷，改善風(fēng)的流通。,一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護(hù)和固定繞組的引出線端子。,出線盒,通風(fēng)罩,（a）定子鐵心 （b）定子沖片 定子鐵心及沖片示意圖,（2）定子鐵心,0.5mm厚涂有絕緣漆的薄硅鋼片,薄硅鋼片疊壓而成,電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，如圖所示，用來(lái)嵌放定子繞圈。,硅鋼片?,半閉口槽形?,（3）定子繞組,電路部分，通三相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),線圈由絕緣銅導(dǎo)線或絕緣鋁導(dǎo)線繞制。再按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。,2.2.2 轉(zhuǎn)子部分,轉(zhuǎn)子鐵心,轉(zhuǎn)子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，熱套在轉(zhuǎn)軸上。,作用?,熱套?,轉(zhuǎn)子繞組是異步電動(dòng)機(jī)電路的另一部分。,轉(zhuǎn)子銅條（繞組）,作用?,絕緣？,引申？,轉(zhuǎn)軸,壓板,作用?,材料?,氣隙一般為0.22mm。,怎么計(jì)算？,過(guò)?。?2.2.3 氣隙,過(guò)大？,2.2.4其他部分,連接轉(zhuǎn)動(dòng)部分與不動(dòng)部分， 目前都采用滾動(dòng)軸承以減少摩擦。我們現(xiàn)場(chǎng)用滾珠和滾柱軸承。,用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型。,端蓋,軸承,不一樣?,作用?,軸承蓋,鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，,風(fēng)扇,則用來(lái)通風(fēng)冷卻電動(dòng)機(jī)。,作用?,對(duì)定子繞組的反作用,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)示意圖,右手定則?,發(fā)電機(jī),左手定則?,電動(dòng)機(jī),三相交流電通入定子繞組,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（n60f/p）,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線,電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受電磁力和轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙內(nèi),轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是閉合的,FB.i.l,eB.l.v,3.1 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)工作原理,異步電動(dòng)機(jī)模型(見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）,導(dǎo)線長(zhǎng)度,切割速度,（右手定則）,（左手定則）,異步,2. 線圈比磁場(chǎng)轉(zhuǎn)得慢,3.2 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生（見(jiàn)動(dòng)畫(huà)）,A,Y,C,B,Z,()電流出,()電流入,X,合成磁場(chǎng)方向： 向下,同理分析，可得 其它電流角度下 的磁場(chǎng)方向：,旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。,改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相,3.3 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向,3.4旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速大小,3.5 極對(duì)數(shù)（P）的概念,極對(duì)數(shù),3.6 極對(duì)數(shù)（P）的改變,將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形 成的磁場(chǎng)則是兩對(duì)磁極。,3.7 極對(duì)數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系,三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速,極對(duì)數(shù),每個(gè)電流周期 磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度,同步轉(zhuǎn)速,3.8 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:,感應(yīng)？,轉(zhuǎn)差率 的概念：,轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之差與同步 轉(zhuǎn)速 的比值稱為轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率用s來(lái)表示， 。即：,4. 異步電動(dòng)機(jī)的重要物理量,隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)差率減小,異步電機(jī)運(yùn)行中:,起動(dòng)瞬間，n = 0,s=1 理想空載運(yùn)行時(shí)：n=n1,s=0 作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，s的范圍在0-1之間。 轉(zhuǎn)差率一般很小，如s = 0.03。 制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s1 發(fā)電運(yùn)行時(shí)，n高于同步轉(zhuǎn)速n1,s0.,根據(jù)轉(zhuǎn)差率可以區(qū)分異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài),解:由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速,而同步轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)于不同的極對(duì)數(shù)有一系列固定的數(shù)值(見(jiàn)表).顯然,與975 最相近的同步轉(zhuǎn)速 與此相應(yīng)的磁極對(duì)數(shù) =3,因此,額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為,例2。 已知某異步電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)P=4,轉(zhuǎn)差率S=4%,電源 頻率 試求該電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速.,例1。有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=975 。試求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。電源頻率,解:因,而,則,三相異步電動(dòng)機(jī)的“電磁”關(guān)系,：漏磁通產(chǎn) 生的漏電動(dòng)勢(shì)（漏抗壓降） 。,5.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析,5. 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,：旋轉(zhuǎn)的主磁通，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度,轉(zhuǎn)子功率因數(shù),轉(zhuǎn)子漏抗,電磁轉(zhuǎn)矩 T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下, 受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。故電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子 電流的有功分量及定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通成正比， 即：,常數(shù)，與結(jié) 構(gòu)有關(guān),旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 每極磁通,轉(zhuǎn)子電流,轉(zhuǎn)子電路的 功率因數(shù),5.2電磁轉(zhuǎn)矩公式,得到轉(zhuǎn)矩公式,由公式可知,1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 T ,2. 當(dāng)電源電壓 U1 一定時(shí)，T 是 s 的函數(shù)。,3. R2 的大小對(duì) T 有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外 接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻R2 ，從而改變轉(zhuǎn)距。,在一定的電源電壓U和轉(zhuǎn)子電阻R2下，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系T=f（S）曲線叫做異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線 轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為T(mén)=f（n）叫異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。,6. 三相電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,6.1 定義： 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。 電動(dòng)機(jī)中存在兩種轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩和阻力矩。 阻力矩：由電機(jī)的負(fù)載及機(jī)械磨擦等因素產(chǎn)生,這兩種轉(zhuǎn)矩達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將維持恒定。,轉(zhuǎn)矩特性曲線,機(jī)械特性曲線,根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式,得特性曲線：,6.2 電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。,直至新的平衡。此過(guò)程中， 時(shí)， 電源提供的功率自動(dòng)增加。,6.3 三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩,(N m),例1：如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型) 的額定功率為7.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為：,公式,解：第一臺(tái)：,第二臺(tái)：,如果 電機(jī)將會(huì) 因帶不動(dòng)負(fù)載而停轉(zhuǎn)。,n0,T,n,臨界轉(zhuǎn)差率,將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得,過(guò)載系數(shù)：,三相異步機(jī),當(dāng) U1 一定時(shí)，Tmax為定值,n0,T,n,(2) Tst與 R2 有關(guān)， 適當(dāng)使 R2 Tst 。對(duì)繞線式 電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻 R2 , 可使Tst=Tmax,起動(dòng)能力,總漏抗越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越??；,6.4 機(jī)械特性和電路參數(shù)的關(guān)系,和電壓的關(guān)系,結(jié)論,和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系,6.5 機(jī)械特性的軟硬,硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。 軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起 動(dòng)特性好。 ,二、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系,問(wèn)：下面由八條相等線段組成圖形總共有多少個(gè)正方形？ 要求：迅速做答，越快越好，可以補(bǔ)答； 講師：將學(xué)員所答答案全部依次記下，反復(fù)詢問(wèn)是否還有新的答案。 學(xué)員一般反應(yīng)：從20個(gè)到30個(gè)均有答案，,游戲,正確答案：設(shè)定最小正方型邊為1的話， 則：邊長(zhǎng)為1的有16、邊長(zhǎng)為2的有9 ，邊長(zhǎng)為3的有4、邊長(zhǎng)為4的有1 總數(shù)則為30個(gè) 結(jié)論一：每個(gè)人看同樣一件事物的深度是不同的，人需要認(rèn)