紡絲行業(yè) 電動(dòng)機(jī)原理

1、電機(jī)基本原理簡(jiǎn)介報(bào)告人：孫小姐清華大學(xué)電機(jī)系電力系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2008-08-12主要內(nèi)容電機(jī)的分類電磁場(chǎng)基本理論電機(jī)基本原理直流電機(jī)單相交流異步電機(jī)變壓器影響電機(jī)溫升的幾個(gè)因素電機(jī)分類按能量轉(zhuǎn)換方式發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、控制電機(jī)按電流方式直流電機(jī)交流電機(jī)按運(yùn)行方式旋轉(zhuǎn)電機(jī)、靜止電機(jī)（變壓器）同步電機(jī)異步電機(jī)變壓器Ut電磁場(chǎng)基本理論電路幾個(gè)重要概念電源、電勢(shì)、電氣元件、電流、電壓RU2E+-RIieL電源電勢(shì)電壓電流RI2或UU221Cu221Li電阻消耗能量，電容、電感不消耗能量而儲(chǔ)存能量ut+-+ +- - - - - -ieCUSlR)20(20ttCZ1LZ電磁場(chǎng)基本理論磁場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度

2、H，磁感應(yīng)強(qiáng)度B B= H磁導(dǎo)率u決定于介質(zhì)性質(zhì)，單位Hm,真空磁導(dǎo)率0=410-7Hm ,非鐵磁物質(zhì)如空氣、絕緣材料等，近似等于真空磁導(dǎo)率 ,鐵磁物質(zhì)如鐵、鎳，磁導(dǎo)率遠(yuǎn)于真空磁導(dǎo)率達(dá)數(shù)千甚至上萬倍。用磁力線來描述磁場(chǎng)NS磁力線（磁感應(yīng)線）不相交的閉合曲線，切線方向表示磁場(chǎng)方向，疏密程度表示磁場(chǎng)大小磁通量通過磁場(chǎng)中某一面積的磁感應(yīng)線數(shù)稱為通過該面積的磁通量磁通量(磁通)，符號(hào) 、單位Wb=BScos電磁場(chǎng)基本理論磁滯現(xiàn)象與磁滯回線當(dāng)導(dǎo)磁材料位于交變磁場(chǎng)中被反復(fù)磁化，B一H曲線呈磁滯回線。導(dǎo)磁材料中將引起能量損耗，稱為鐵芯損耗。鐵芯損耗分為兩部分：磁滯損耗和渦流損耗。矯頑磁力Hc 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度

3、Br磁化曲線不同的磁性材料有不同的磁導(dǎo)率同一材料當(dāng)其磁通密度不同時(shí)，亦有不同的磁導(dǎo)率起始段，磁導(dǎo)率小起始段，磁導(dǎo)率小線性區(qū)，磁導(dǎo)率大且不變線性區(qū)，磁導(dǎo)率大且不變飽和區(qū)飽和區(qū)耗能渦流損耗磁滯損耗電磁場(chǎng)基本理論磁勢(shì)F+-Rm磁通磁阻磁壓磁路幾個(gè)重要概念磁勢(shì)、磁壓、磁通、磁阻磁路的歐姆定律兩個(gè)假設(shè)條件兩個(gè)假設(shè)條件1、均勻分布、均勻分布2、無漏磁、無漏磁SlBSlHURccccc11111111111cccccclHUSB電磁場(chǎng)基本理論 磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng) 電流產(chǎn)生磁場(chǎng)直導(dǎo)線環(huán)導(dǎo)線多匝線圈主磁通漏磁通帶鐵芯的線圈右手螺旋定則NS電產(chǎn)生磁恒定電流產(chǎn)生靜止磁場(chǎng)，變化電流產(chǎn)生變化磁場(chǎng)nkklIHdl1B= H電磁

4、場(chǎng)基本理論dtdeBlve BilF 電磁感應(yīng)定律變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電勢(shì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，方向采用右手定則判斷右手定則左手定則變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電流電磁感應(yīng)定律通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受到力的作用，受力方向采用左手定則判斷磁產(chǎn)生電通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力多匝線圈dtdNe右手螺旋定則電磁場(chǎng)基本理論總結(jié)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)密不可分電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，靜止的電場(chǎng)產(chǎn)生靜止的磁場(chǎng)，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)可以產(chǎn)生電場(chǎng)，靜止的磁場(chǎng)不能產(chǎn)生電場(chǎng)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力dtdNe電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)Blve nkklIHdl1BilF 通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力電機(jī)基本原理導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電勢(shì)通電導(dǎo)

5、線在磁場(chǎng)中受到力的作用產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)右手定則左手定則發(fā)電機(jī)原理電動(dòng)機(jī)原理直流電機(jī) 基本結(jié)構(gòu)風(fēng)扇機(jī)座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵(lì)磁繞組端蓋直流電動(dòng)機(jī)基本原理直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩特性：轉(zhuǎn)矩與電流之間的關(guān)系轉(zhuǎn)速特性：轉(zhuǎn)速與電流之間的關(guān)系轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性，T-n曲線）aTaICIapNT2eaaaeaCUrIUCEn2TCCrCUUnTeae2在不同的勵(lì)磁方式下，主磁通隨負(fù)載電流的變化不同，導(dǎo)致電機(jī)特性的差異。1、固有機(jī)械特性2、人為機(jī)械特性當(dāng) 時(shí)機(jī)械特性稱固有機(jī)械特性aNNRRUU,當(dāng)改變 或 或 得到的機(jī)械特性稱人為機(jī)械特性UaR以他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)為例直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁方式 永磁

6、式（采用永磁體） 他勵(lì)式 自勵(lì)式（串勵(lì)、并勵(lì)、復(fù)勵(lì)）他勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)NSUR+-接勵(lì)磁電源-UMRE反+I Ia a勵(lì)磁繞組電樞接勵(lì)磁電源TNT0Tem0n0nNnnTem0nnaRSaRRTem0nnNU1UNUU101n01nTK11202nTK2NTemnTK0n固有機(jī)械特性電樞串繞組機(jī)械特性改變電樞電壓機(jī)械特性改變磁通機(jī)械特性并勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)NSUR+-MUE反+-RIIaIf勵(lì)磁繞組電樞aTaICIapNT2eaaaeaCUrIUCEn2TCCrCUUnTeae2iT0機(jī)械特性方程與他勵(lì)式電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性相同串勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)USN+-bTaUUkCrTCkCUUneaTe22M+-UE

7、反勵(lì)磁繞組電樞T一般情況下：轉(zhuǎn)矩按大于電流一次方的比例增加，對(duì)起動(dòng)和過載能力有意義。當(dāng)負(fù)載電流（即勵(lì)磁電流）很小時(shí)，鐵心處于不飽和狀態(tài)，主磁通隨勵(lì)磁成正比增加，即當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)，鐵心飽和，主磁通隨勵(lì)磁變化較?。ń撇蛔儯?1aITakI22kCkICICTTaTaTaaTIICT1、在滿載或較重負(fù)載時(shí)，電樞電流較大，If=Ia較大，氣隙磁通較大，電機(jī)只需不太高的轉(zhuǎn)速便能產(chǎn)生較高的反電勢(shì)與電網(wǎng)電壓平衡。2、在空載或很輕負(fù)載時(shí)，If=Ia很小，使主磁通很小，電機(jī)必須以很高的轉(zhuǎn)速才能產(chǎn)生反電勢(shì)保持電壓平衡。TCCrCUUnTeae2鐵芯未飽和鐵芯飽和不允許空載（或輕載）起動(dòng)及運(yùn)行串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) a

8、TaICIapNT2eaaaeaCUrIUCEn2TCCrCUUnTeae2復(fù)勵(lì)式直流電動(dòng)機(jī)URNS+-URE反+-勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組電樞M復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)既有并勵(lì)繞組，又有串勵(lì)繞組，當(dāng)并勵(lì)與串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)極性相同時(shí)，稱為積復(fù)勵(lì)；當(dāng)并勵(lì)與串勵(lì)繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)極性相反時(shí)，稱為差復(fù)勵(lì)，差復(fù)勵(lì)在實(shí)際應(yīng)用中很少。積復(fù)勵(lì)在理想空載時(shí)，電樞電流為零，主磁通0由并勵(lì)繞組產(chǎn)生，故存在理想空載轉(zhuǎn)速，不會(huì)出現(xiàn)“飛車”危險(xiǎn)；當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，電樞電流增大，總磁通隨之增大，使轉(zhuǎn)速比并勵(lì)下降更多，如圖下所示。直流電機(jī)繞組 環(huán)形繞組 鼓形繞組（波繞組、疊繞組）環(huán)形繞組鼓形繞組疊繞組波繞組直流電機(jī)繞組整距繞組分布繞組諧波會(huì)增加電

9、機(jī)的損耗，是電機(jī)溫升的一個(gè)因素分布繞組可減少諧波交流電機(jī)繞組磁勢(shì)整距線圈磁勢(shì)整距集中繞組產(chǎn)生的磁勢(shì)是一個(gè)位置固定，幅值隨時(shí)間按整弦變化的矩形脈振磁勢(shì) 交流電機(jī)繞組磁勢(shì)矩形波脈振磁勢(shì)的分解根據(jù)傅里葉變換，矩形波可以分解為一系列基波及高次諧波的疊加其中基波為主要成分，且基波為脈振正弦波交流電機(jī)繞組磁勢(shì)單相正弦脈振磁勢(shì)的分解單相正弦脈動(dòng)磁勢(shì)可分解為兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) FFtxftxfftxFftIiaaa)cos(21)cos(21coscoscos2111交流電機(jī)繞組磁勢(shì)三相基波磁勢(shì)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)三相對(duì)稱交流繞組通過三相對(duì)稱電流時(shí)將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì) 交流電機(jī)繞組磁勢(shì))cos(F23)480cos(2

10、1)cos(F21)240cos()240cos()240cos(21)cos(F21)120cos()120cos()cos(21)cos(F21coscos240cos2)120cos(2cos211111111111ctxfffftxFtxtxFftxFtxtxFftxFtxtxFftIitIitIicbacbaba）（三相電流三相磁勢(shì)合成磁勢(shì)公式推導(dǎo)：三相基波磁勢(shì)合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)異步電動(dòng)機(jī)原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)異步電動(dòng)機(jī)工作原理異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電機(jī)不具有同步轉(zhuǎn)速表示滑差率表示異步電機(jī)轉(zhuǎn)速表示同步轉(zhuǎn)速其中定義：snnnnns000工作原理定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)子電路閉合旋轉(zhuǎn)磁

11、場(chǎng)在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)電流感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力推動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)e方向用方向用右手定則右手定則確定確定f方向用方向用左手定則左手定則確定確定轉(zhuǎn)子與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致轉(zhuǎn)子與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向一致2. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不等于同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不等于同步轉(zhuǎn)速0nn NSn0eiffn單相交流異步電動(dòng)機(jī)單相繞組產(chǎn)生脈動(dòng)磁勢(shì)單相異步電動(dòng)機(jī)是指使用單相交流電源的異步電動(dòng)機(jī)。單相交流異步電動(dòng)機(jī)因此單相異步電機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，需要借助其它力量使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，之后外力去除電機(jī)仍可按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生兩個(gè)相反的電磁轉(zhuǎn)矩，二者進(jìn)行合成起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為0單相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)脈振磁場(chǎng)無起動(dòng)轉(zhuǎn)矩旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)可產(chǎn)生起動(dòng)轉(zhuǎn)矩兩相繞組通入兩相電流

12、產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)WSTAXAX兩個(gè)繞組在空間相差 90，繞組中的電流相差 90或接近于 90單相交流異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)定子：外接單相交流電，但內(nèi)部為兩相正交的繞組，分別為單相工作繞組和啟動(dòng)繞組轉(zhuǎn)子：鼠籠型轉(zhuǎn)子WSTAXAX 分相法起動(dòng)方法分相法罩極法電阻分相法電容分相法定子繞組主繞組（工作繞組、運(yùn)行繞組）輔助繞組（起動(dòng)繞組） 電阻分相法使輔助繞組的電阻較大，則其電抗就比主繞組的小，可使輔助繞組的電流超前于主繞組。 電容分相法選擇適當(dāng)?shù)碾娙萜?，使輔助繞組的電流超前于主繞組。單相交流異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)具體的啟動(dòng)方法如下：?jiǎn)蜗嘟涣鳟惒诫妱?dòng)機(jī)啟動(dòng)根據(jù)分相法起動(dòng)的單相電動(dòng)機(jī)的種類有： 單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起

13、動(dòng)時(shí)，兩個(gè)繞組同時(shí)工作，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，輔助繞組自動(dòng)斷開。單相交流異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng) 單相電容分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式同單相電阻分相起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)所選用的電容值較大，因此，起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。適合于重載起動(dòng)設(shè)備。單相交流異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng) 單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī) 單相電容起動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)是相同的電路。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；功率因數(shù)、效率和過載能力都分相起動(dòng)電動(dòng)機(jī)好。但它所選用的電容值較小，因此，起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。它的電容支路由兩個(gè)電容并聯(lián)組成。其中一個(gè)電容僅在起動(dòng)時(shí)使用。該電動(dòng)機(jī)綜合了上述兩種電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，適合于須較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的設(shè)備。單相交流異步電動(dòng)機(jī).當(dāng)主繞組和

14、短路銅環(huán)的位置一定時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向就確定。在電動(dòng)機(jī)定子每個(gè)極靴上套一個(gè)短路銅環(huán)，使磁通分成兩個(gè)不同相的部分則可產(chǎn)生橢圓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。 罩極法 罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)變壓器原理原線圈與副線圈繞鏈共同的磁通，由于線圈匝數(shù)不同而在兩邊產(chǎn)生不同的感應(yīng)電勢(shì)22212112212121 NNZZNNIINNUU阻抗電流三個(gè)比值：電壓影響電機(jī)溫升的幾個(gè)因素鐵芯渦流損耗、磁滯損耗，與鐵磁材料有關(guān)繞組電阻損耗，同樣電壓下，電阻越小損耗越大，溫升越高氣隙氣隙越大損耗越大，溫升增加諧波諧波越多，諧波幅值越大，損耗越多，溫升增加環(huán)境溫度環(huán)境溫度影響散熱效果影響電機(jī)溫升的幾個(gè)因素電機(jī)主要尺寸比電機(jī)短粗冷卻效果好，電機(jī)細(xì)長(zhǎng)冷卻效果差，但是短粗的電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩高，細(xì)長(zhǎng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速高轉(zhuǎn)矩低。電刷壓力電刷壓力過大導(dǎo)致?lián)p耗增加，使電刷及換向器壽命減少，電刷壓力過小容易接觸不好，產(chǎn)生電火花，影響電機(jī)的正常運(yùn)行和使用壽命風(fēng)扇、風(fēng)路風(fēng)扇外徑及形式、葉片高度和角度、電機(jī)轉(zhuǎn)速、風(fēng)道結(jié)構(gòu)等都影響電機(jī)的冷卻效果。風(fēng)扇外徑越大、葉片高度越高、電機(jī)