電機(jī)結(jié)構(gòu)及電氣知識概要.ppt

2020 3 14 電機(jī)概述 2 電機(jī)分類 1 基本電磁定律 3 變壓器 4 直流電機(jī) 5 交流電機(jī) 6 電機(jī)的防護(hù)等級 2020 3 14 磁路的基本定律 磁場作為電機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的耦合介質(zhì) 其強(qiáng)弱程度和分布狀況不僅關(guān)系到電機(jī)的參數(shù)和性能 還決定電機(jī)的體積 重量 一 磁場的幾個常用量1 磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁場是由電流產(chǎn)生的 表征磁場強(qiáng)弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度B 它是一個矢量 它與產(chǎn)生它的電流方向可以用右螺旋定則來確定 2020 3 14 2 磁通 在均勻磁場中 磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場方向的面積A的乘積 為通過該面積的通量 稱為磁通量 簡稱磁通 3 磁場強(qiáng)度H磁場強(qiáng)度H是計(jì)算磁場時引用的一個物理量 它與表示物質(zhì)磁導(dǎo)能力大小的磁導(dǎo)率 的乘積等于磁感應(yīng)強(qiáng)度 2020 3 14 二 基本定律1 電磁力定律 載流導(dǎo)體在磁場中要受到電磁力的作用 三者方向互相垂直時 其大小為 方向由左手定則確定 公式中B 磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度i 導(dǎo)體中的電流l 導(dǎo)體的有效長度 2020 3 14 2 電磁感應(yīng)定律 1 變壓器電動勢線圈與磁通之間沒有相對切割關(guān)系 僅由線圈交鏈的磁通發(fā)生變化而引起的感應(yīng)電動勢稱為變壓器電勢 如 自感電動勢 互感電動勢 電動勢方向由右手定則確定 2 運(yùn)動電動勢 速率電動勢 若磁場恒定 構(gòu)成線圈的導(dǎo)體切割磁力線 使線圈交鏈的磁通發(fā)生變化 導(dǎo)體中感應(yīng)的電動勢稱為運(yùn)動電動勢 三方向互相垂直時 其大小 2020 3 14 3 右手螺旋定則 1 通電直導(dǎo)線中的安培定則 安培定則一 用右手握住通電直導(dǎo)線 讓大拇指指向電流的方向 那么四指的指向就是磁感線的環(huán)繞方向 2020 3 14 2 通電螺線管中的安培定則 安培定則二 用右手握住通電螺線管 使四指彎曲與電流方向一致 那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極 2020 3 14 電機(jī)的分類 2020 3 14 變壓器 是利用電磁感應(yīng)原理從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器 這兩個電路只有磁的耦合 通常沒有電的聯(lián)系 說明 輸電過程中 通常先經(jīng)過升壓變壓器將電壓升高 高壓電經(jīng)輸電線傳送到遠(yuǎn)方的城市 然后經(jīng)過降壓變壓器降壓 最后經(jīng)配電降壓變壓器分配給用戶 為什么要采用變壓器 2020 3 14 輸送同樣的功率 電壓低則電流大 電流越大 要求輸送線越粗 而輸送線一般都采用銅線 由于銅線的高成本和大質(zhì)量 大電流給實(shí)際輸送電線路的鋪設(shè)提出了極大的挑戰(zhàn) 另一方面大電流會在輸電線路上引起極大的損耗 造成線路上極大的的壓降 導(dǎo)致受電端電壓很低 電能傳送不出去 2020 3 14 一 變壓器組成與結(jié)構(gòu) 2 繞組繞組是變壓器的電路部分 它一般用紙包的絕緣扁線或圓線繞成 1 鐵心鐵心是變壓器中的主要磁路部分 3 油箱 儲油柜 散熱器 高低壓絕緣套管以及繼電保護(hù)裝置 油浸式電力變壓器 2020 3 14 變壓器油的作用 1 絕緣 變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強(qiáng)度 絕緣材料浸在油中 不僅可提高絕緣強(qiáng)度 而且還可免受潮氣的侵蝕 使繞組與繞組 繞組與鐵心及油箱之間絕緣 2 散熱 變壓器油的比熱大 常用作冷卻劑 變壓器運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升 通過油的上下對流 熱量通過散熱器散出 保證變壓器正常運(yùn)行 3 消弧作用 在油斷路器和變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)上 觸頭切換時會產(chǎn)生電弧 由于變壓器油導(dǎo)熱性能好 且在電弧的高溫作用下能分觸了大量氣體 產(chǎn)生較大壓力 從而提高了介質(zhì)的滅弧性能 使電弧很快熄滅 2020 3 14 二 單相變壓器工作原理 原線圈上加交變電流電鐵心中產(chǎn)生交變磁通量副線圈中產(chǎn)生交變電動勢副線圈相當(dāng)于交流電源對外供電 2020 3 14 三 三相變壓器 由三臺完全相同的單相變壓器按三相連接方式連接而成 把三臺單相變壓器的鐵心柱貼合在一起 這時 在中央公共鐵心柱內(nèi)的磁通為三相磁通之和 當(dāng)三相變壓器正常運(yùn)行 三相對稱 時 合成磁通為零 因此中央公共鐵心柱可以省去 為了工藝方便 使中間相軛部磁路縮短 三個相的鐵心柱排在一個平面上 2020 3 14 直流電機(jī) 能輸出直流電流的發(fā)電機(jī) 或通入直流電流而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動的電動機(jī) 用途相當(dāng)廣泛 2020 3 14 直流電機(jī)用途 勵磁機(jī) 直流發(fā)電機(jī) 用于小于100MW的單機(jī)同步發(fā)電機(jī) 電源 直流發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能 動力 直流電動機(jī)直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 信號傳遞 測量元件 直流測速發(fā)電機(jī)機(jī)械信號轉(zhuǎn)換為電信號 信號傳遞 執(zhí)行元件 直流伺服電動機(jī)將控制信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號 2020 3 14 直流電機(jī)的物理模型圖解釋 說明 上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型 固定部分 定子 主磁極N和S 電刷B1和B2旋轉(zhuǎn)部分 轉(zhuǎn)子 電樞鐵心 兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈 換向器定子與轉(zhuǎn)子間 氣隙 當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時 電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通 2020 3 14 直流發(fā)電機(jī) 說明 條件 原動機(jī)拖動轉(zhuǎn)子以每分n轉(zhuǎn)運(yùn)動 電機(jī)的主磁極有磁場 現(xiàn)象 導(dǎo)體感應(yīng)電勢 大小與磁通密度B 導(dǎo)體的有效長度l和導(dǎo)體切割磁場速度v三者的乘積成正比 其方向用右手定則判斷 2020 3 14 直流電動機(jī) 說明 條件 直流發(fā)電機(jī)去掉原動機(jī) 給兩個電刷加上直流電源現(xiàn)象1 有直流電流從電刷A流入 經(jīng)過線圈abcd 從電刷B流出 根據(jù)電磁力定律 載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用 其方向可由左手定則判定 兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個轉(zhuǎn)矩 使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動 現(xiàn)象2 轉(zhuǎn)過180度后 直流電流從電刷A流入 在線圈中的流動方向是dcba 從電刷B流出 此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定 它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動 2020 3 14 直流電機(jī)的勵磁方式 a 他勵式 b 并勵式 c 串勵式 d 復(fù)勵式 2020 3 14 交流電機(jī) 能輸出交流電流的發(fā)電機(jī) 或通入交流電流而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動的電動機(jī) 交流電機(jī) 分類 交流電機(jī) 結(jié)構(gòu) 2020 3 14 三相異步電機(jī) 下面是三相異步電機(jī)的主要部件的拆分圖 2020 3 14 定子鐵心 2020 3 14 定子繞組 2020 3 14 轉(zhuǎn)子鐵心 2020 3 14 轉(zhuǎn)子繞組和軸 2020 3 14 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成 若去掉轉(zhuǎn)子鐵心 整個繞組的外形像一個鼠籠 故稱籠型繞組 小型籠型電動機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組 對于100KW以上的電動機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成 2020 3 14 繞線式轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似 也是一個對稱的三相繞組 一般接成星形 三個出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個集流環(huán)上 再通過電刷與外電路聯(lián)接 2020 3 14 異步電動機(jī)工作原理 1 異步電動機(jī)定子上有三相對稱的交流繞組 2 三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時 將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場 3 轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中 4 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線 并產(chǎn)生感應(yīng)電勢 5 轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路 并通過感應(yīng)電流 6 感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力 判斷電磁力的方向 7 電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩 并驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 2020 3 14 三相電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 要正確使用電動機(jī) 必須要看懂銘牌 今以Y132M 4型電動機(jī)為例 來說明銘牌上各個數(shù)據(jù)的意義 2020 3 14 1 型號 為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要 電動機(jī)制成不同的系列 每種系列用各種型號表示 型號說明 S 短機(jī)座 M 中機(jī)座 L 長機(jī)座 2020 3 14 異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號 2020 3 14 2 接法 2020 3 14 3 電壓 銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓 4 電流銘牌上所標(biāo)的電流值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時定子繞組的線電流 5 功率與效率銘牌上所標(biāo)的功率值是指電動機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的機(jī)械功率值 所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值 2020 3 14 6 功率因數(shù)因?yàn)殡妱訖C(jī)是電感性負(fù)載 定子相電流比相電壓滯后一個 角 cos 就是功率因數(shù) 7 轉(zhuǎn)速由于生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速的要求不同 需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動機(jī) 因此有不同的轉(zhuǎn)速等級 最常用的是四磁極的 n0 1500r min 8 絕緣等級絕緣等級是按電動機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的 所謂極限溫度 是指電動機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度 絕緣等級 極限溫度 0C A E B 105 120 130 2020 3 14 三相電動機(jī)的調(diào)速 調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速 以滿足生產(chǎn)過程的要求 從三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 可以看到改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能 1 改變電源頻率f1 2 改變極對數(shù)p 3 改變轉(zhuǎn)差率s 2020 3 14 一 變極調(diào)速 由式 可知 如果極對數(shù)減小一半 則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速便提高一倍 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差不多也提高一倍 因此 改變p可以得到不同的轉(zhuǎn)速 如何改變極對數(shù)呢 這同定子繞組的接法有關(guān) p 2的繞組接法 p 1的繞組接法 2020 3 14 二 變頻調(diào)速 變頻調(diào)速就是改變電源電壓的頻率 從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 目前主要采用下圖所示的變頻裝置 整流器先將50Hz的交流電變換為直流電 再由逆變器變換為頻率可調(diào) 電壓有效值也可調(diào)的三相交流電 供給鼠籠式異步電動機(jī) 由此可得到電動機(jī)的無級調(diào)速 并具有硬的機(jī)械特性 2020 3 14 三 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 只要在繞線式電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個調(diào)速電阻 改變電阻的大小 就可以得到平滑調(diào)速 如增大調(diào)速電阻時 轉(zhuǎn)差率上升 而轉(zhuǎn)速下降 這種調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單 投資少 但能量損耗較大 2020 3 14 三相電動機(jī)的起動 一 起動方法鼠籠式電動機(jī)的起動方法有兩種 1 直接起動 2 降壓起動 1 直接起動 直接起動就是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動機(jī)直接接到額定電源上 這種起動方法雖然簡單 但如上所述 由于起動電流較大 將使線路電壓下降 影響負(fù)載的正常工作 一般只有功率在二三十千瓦以下的異步電動機(jī)才能采用直接起動的方法來起動 而對于功率較大的異步電動機(jī)通常都采用降壓起動 2020 3 14 2 降壓起動所謂降壓起動就是在電動機(jī)起動時 降低其所加的電壓 其目的就是要減小起動電流 降壓起動通常采用下面的幾種方法 1 星形 三角形 Y 換接起動該方法只適合于電動機(jī)在工作時 其定子繞組接成三角形時的情況 如有一臺三角形聯(lián)接的電動機(jī) 接在電壓為380V的電源上 其每相定子繞組上的電壓就是380V 當(dāng)采用星形聯(lián)接并接在相同電源上 此時每相定子繞組上的電壓是220V 2020 3 14 2020 3 14 2 自耦降壓起動自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機(jī)在起動過程中的端電壓降低 自耦降壓起動適用于容量較大的或正常運(yùn)行時聯(lián)成星形不能采用三角起動器的鼠籠式異步電動機(jī) 3 接起動電阻起動對于繞線式電動機(jī)的起動 只要在轉(zhuǎn)子電路中接入大小適當(dāng)?shù)钠饎与娮?就可達(dá)到減小起動電流的目的 同時起動轉(zhuǎn)矩也提高了 2020 3 14 三相電動機(jī)的制動 因?yàn)殡妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)動部分有慣性 所以把電源切斷后 電動機(jī)還會繼續(xù)轉(zhuǎn)動一定時間后停止 為了縮短輔助工時 提高生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率 并為了安全起見 往往要求電動機(jī)能夠迅速停車和反轉(zhuǎn) 這就需要對電動機(jī)制動 對電動機(jī)制動 也就是要求它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反 這時的轉(zhuǎn)矩稱為制動轉(zhuǎn)矩 異步電動機(jī)的制動常用下列幾種方法 2020 3 14 一 能耗制動能耗制動就是將運(yùn)行中的電動機(jī) 從交流電源上切除并立即接通直流電源 在定子繞組接通直流電源時 直流電流會在定子內(nèi)產(chǎn)生一個靜止的直流磁場 轉(zhuǎn)子因慣性在磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn) 并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢有感應(yīng)電流流過 并與恒定磁場相互作用消耗電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣性能量產(chǎn)生制動力矩 使電動機(jī)迅速減速 最后停止轉(zhuǎn)動 2020 3 14 二 反接制動 2020 3 14 電機(jī)的防護(hù)等級 電機(jī)和低壓電器的防護(hù)包括兩種防護(hù) 第一種防護(hù)是對固體異物進(jìn)入內(nèi)部以及對人體觸及內(nèi)部帶電部分或運(yùn)動部分的防護(hù) 第二種防護(hù)是對水進(jìn)入內(nèi)部的防護(hù) 外殼防護(hù)等級按如下方法標(biāo)志 2020 3 14 其中 第一位數(shù)字表示第一種防護(hù)形