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文檔簡介

1、 電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)講解一、電機(jī)定義電機(jī)(英文:Electric machinery,俗稱“馬達(dá)”)是指依據(jù)電磁感應(yīng)定律實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置。在電路中用字母M(舊標(biāo)準(zhǔn)用D)表示。電機(jī)的五大性能指標(biāo):啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)電流、效率、功率因數(shù)和繞組溫升。效率:是指電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比,通常用百分比表示。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩:是指電機(jī)剛通電還沒有轉(zhuǎn)起來的時(shí)候電機(jī)軸輸出的扭矩。額定轉(zhuǎn)矩:是指電機(jī)正常工作時(shí)候的扭矩。功率因數(shù):電動(dòng)機(jī)輸入有效功率與實(shí)際功率之比。電磁直流電動(dòng)機(jī)永磁直流電動(dòng)機(jī)無刷直流電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)有刷直流電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)稀土永磁直流電動(dòng)機(jī) 鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)

2、鋁鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī) 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 二、電動(dòng)機(jī)種類 1、按工作電源種類劃分、按工作電源種類劃分 電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī) 異步電動(dòng)機(jī) 磁滯同步電動(dòng)機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)磁阻同步電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 交流換向器電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)罩極異步電動(dòng)機(jī) 2、按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分、按結(jié)構(gòu)和工作原理劃分推斥電動(dòng)機(jī) 單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 交直流兩用電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)電容起動(dòng)式單相異步電動(dòng)機(jī) 電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī) 電容起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī) 分相式單相異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī) 控制用電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)工具用電動(dòng)機(jī)家電用電動(dòng)機(jī)通用小型機(jī)械設(shè)備用電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)

3、機(jī) 伺服電動(dòng)機(jī) 3.起動(dòng)與運(yùn)行方式劃分起動(dòng)與運(yùn)行方式劃分5.按用途劃分按用途劃分4、按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分、按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)劃分電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī) 繞線型異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)低速電動(dòng)機(jī) 高速電動(dòng)機(jī) 恒速電動(dòng)機(jī) 調(diào)速電動(dòng)機(jī) 齒輪減速電動(dòng)機(jī) 電磁減速電動(dòng)機(jī) 力矩電動(dòng)機(jī) 爪極同步電動(dòng)機(jī) 有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)無級(jí)變速電動(dòng)機(jī)電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī) 直流調(diào)速電動(dòng)機(jī) PWM變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 開關(guān)磁阻調(diào)速電動(dòng)機(jī) 6、按運(yùn)轉(zhuǎn)速度劃分、按運(yùn)轉(zhuǎn)速度劃分三、常見電動(dòng)機(jī)講解 1、無刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDC)結(jié)構(gòu)和原理 2、永磁直流電動(dòng)機(jī) 3、電磁直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類 4、異步電機(jī)的工作原理 5、同步電動(dòng)機(jī) 無刷直

4、流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的,如圖1所示,即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。無刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成,如圖2所示。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化,沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置,并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路,按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。1.無刷直流電動(dòng)機(jī)(BLDC)結(jié)構(gòu)和原理圖1圖2 無刷

5、DC電機(jī)具有永磁轉(zhuǎn)子和繞線定子。并且,無刷DC電機(jī)可以分為2類:一類具有外部旋轉(zhuǎn)磁鐵,另一類則具有內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁體。在無刷DC電機(jī)中,感應(yīng)線圈(相位)的位置(對于恒定磁場而言),受通過電流所產(chǎn)生的感應(yīng)磁場, 而切換(轉(zhuǎn)換)到適當(dāng)?shù)南辔弧;魻栃?yīng)傳感器通常用于感應(yīng)轉(zhuǎn)子的位置。另外,也可以采用無傳感器方法。2、永磁直流電動(dòng)機(jī)、永磁直流電動(dòng)機(jī)F=BILB磁通密度;L通電導(dǎo)體長度;I 導(dǎo)體中電流;F方向左手定則如圖所示,電刷A,B上加上直流電源,便形成直流電動(dòng)機(jī)的物理模型這個(gè)實(shí)現(xiàn)線圈abcd中便有電流通過。其方向?yàn)閺腶到d,線圈中電流I與磁場作用,產(chǎn)生電磁力 f=BIL,電樞再次電磁力的作用下旋轉(zhuǎn)起來,進(jìn)

6、而帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)。力的方向由左手定則判定,圖示時(shí)刻,電流從a到d,則ab段所受電磁力的方向?yàn)閺挠蚁蜃?,電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)電樞轉(zhuǎn)過180度時(shí),外部電路的電流I不變,線圈中的電流方向?yàn)閺膁到a,此時(shí)電磁力方向不變,電機(jī)沿恒定方向旋轉(zhuǎn)。永磁式直流電動(dòng)機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成,定子磁極采用永磁永磁式直流電動(dòng)機(jī)也由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷、外殼等組成,定子磁極采用永磁體(永久磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料體(永久磁鋼),有鐵氧體、鋁鎳鈷、釹鐵硼等材料 定子包含2個(gè)或多個(gè)永磁極片。轉(zhuǎn)子包含通過電刷與電壓源相連的繞組和機(jī)械換向器。吸引通電繞組的相反極性和定子磁鐵,轉(zhuǎn)子就會(huì)旋轉(zhuǎn),直到

7、與定子對齊為止。轉(zhuǎn)子一與定子對齊,電刷就會(huì)跨過換向器接點(diǎn),并且給下一個(gè)繞組通電,從而產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)的速度與施加在其上的電壓成正比。顛倒電機(jī)連接方向,轉(zhuǎn)向也會(huì)改變。3 3、電磁直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類、電磁直流電動(dòng)機(jī)按勵(lì)磁方式分類電磁式直流電動(dòng)機(jī)的定子磁極(主磁極)由鐵心和勵(lì)磁繞組構(gòu)成。根據(jù)其勵(lì)磁(舊標(biāo)準(zhǔn)稱為激磁)方式的不同又可分為他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。因勵(lì)磁方式不同,定子磁極磁通(由定子磁極的勵(lì)磁線圈通電后產(chǎn)生)的規(guī)律也不同。 旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場(1)產(chǎn)生圖3表示最簡單的三相定子繞組AX、BY、CZ,它們在空間按互差120的規(guī)律對稱排列。并接成星形與

8、三相電源U、V、W相聯(lián)。則三相定子繞組便通過三相對稱電流:隨著電流在定子繞組中通過,在三相定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(圖4)。(2)旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)磁場的方向是由三相繞組中電流相序決定的,若想改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向,只要改變通入定子繞組的電流相序,即將三根電源線中的任意兩根對調(diào)即可。這時(shí),轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變。 tiiAiBiCO1 2 0 2 4 0 3 6 0 (a) t = 0 (b) t = 120 (c) t = 240AAAXXXBBBYYYCCCZZZ圖 4 旋轉(zhuǎn)磁場的形成 圖 3 三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線當(dāng) =0時(shí),AX繞組中無電流;為負(fù),BY繞組中的電流從Y流入B1流出;為正

9、,CZ繞組中的電流從C流入Z流出;由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4(a)所示。 當(dāng) =120時(shí),BY繞組中無電流;為正,AX繞組中的電流從A流入X流出;為負(fù),CZ繞組中的電流從Z流入C流出;由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4(b)所示。當(dāng) =240時(shí),CZ繞組中無電流;為負(fù),AX繞組中的電流從X流入A流出;為正,BY繞組中的電流從B流入Y流出;由右手螺旋定則可得合成磁場的方向如圖4(c)所示。 可見,當(dāng)定子繞組中的電流變化一個(gè)周期時(shí),合成磁場也按電流的相序方向在空間旋轉(zhuǎn)一周。隨著定子繞組中的三相電流不斷地作周期性變化,產(chǎn)生的合成磁場也不斷地旋轉(zhuǎn),因此稱為旋轉(zhuǎn)磁場。AiAiBiCXBY

10、CZ 圖3 三相異步電動(dòng)機(jī)定子接線ttt (1)當(dāng)三相異步電機(jī)接入三相交流電源時(shí),三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動(dòng)勢(定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢)并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運(yùn)動(dòng),根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。 (3)根據(jù)電磁力定律,載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用,形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載時(shí),便向外輸出機(jī)械能。4、異步電機(jī)的工作原理 三相異步電機(jī)利用將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的感應(yīng)原理。導(dǎo)線被置于電磁場內(nèi),受力的影響會(huì)讓它穿過磁場。在AC感應(yīng)電機(jī)中,磁場被置于固定部分(定子)內(nèi)。受電磁力影響的導(dǎo)體位于轉(zhuǎn)子內(nèi)。 定子通常由3

11、個(gè)成120電角度的相位繞組組成。通入三相交流電時(shí),它們會(huì)在轉(zhuǎn)子的導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生電流。定子產(chǎn)生的磁場的相互作用和轉(zhuǎn)子內(nèi)的載流導(dǎo)線使得轉(zhuǎn)子被定子磁場“拖”轉(zhuǎn)。 異步電機(jī)是一種交流電機(jī),其負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速與所接電網(wǎng)的頻率之比不是恒定關(guān)系。還隨著負(fù)載的大小發(fā)生變化。負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越低。異步電機(jī)包括感應(yīng)電機(jī)、雙饋異步電機(jī)和交流換向器電機(jī)。感應(yīng)電機(jī)應(yīng)用最廣,在不致引起誤解或混淆的情況下,一般可稱感應(yīng)電機(jī)為異步電機(jī)。 1單相異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī) 定子由機(jī)座和帶繞組的鐵心組成。鐵心由硅鋼片沖槽疊壓而成,槽內(nèi)嵌裝兩套空間互隔90電角度的主繞組(也稱運(yùn)行繞組)和輔繞組(也稱起動(dòng)繞組成副繞組)。主繞組接交流電

12、源,輔繞組串接離心開關(guān)S或起動(dòng)電容、運(yùn)行電容等之后,再接入電源。轉(zhuǎn)子為籠型鑄鋁轉(zhuǎn)子,它是將鐵心疊壓后用鋁鑄入鐵心的槽中,并一起鑄出端環(huán),使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條短路成鼠籠型。分相電動(dòng)機(jī)定子繞組示意圖單相凸極式罩極異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 假設(shè)轉(zhuǎn)子的逆時(shí)針方向?yàn)檎较颍聪聢D,那么轉(zhuǎn)子對正向磁場的轉(zhuǎn)差率為S+=(n1-n)/n1轉(zhuǎn)子對反向磁場的轉(zhuǎn)差率為S-=(n1-(-n)/n1=2-S+0S+|T-|; 0S-T+;S+=1時(shí),T+=T-合成轉(zhuǎn)矩為0。 單相異步電動(dòng)機(jī)又分為單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī),單相電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)和單相雙值電容異步電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線三相異步電動(dòng)機(jī)三相異

13、步電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與單相異步電動(dòng)機(jī)相似,其定子鐵心槽中嵌裝三相繞組(有單層鏈?zhǔn)?、單層同心式和單層交叉式三種結(jié)構(gòu))。定子繞組成接入三相交流電源后,繞組電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場,在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子在感應(yīng)電流和氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的相互作用下,又產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)柜(即異步轉(zhuǎn)柜),使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)繞線型異步電動(dòng)機(jī)繞線型異步電動(dòng)機(jī)1、永磁同步(、永磁同步(PMSMPMSM) 模擬結(jié)構(gòu)圖rrggbbNSACBZYX五、同步電動(dòng)機(jī)五、同步電動(dòng)機(jī) 實(shí)物結(jié)構(gòu)圖 霍爾傳感器 定子繞組轉(zhuǎn)子磁鐵 定子定子繞組一般制成多相(三、四、五相不等),通常為三相繞組。三相繞組沿定子鐵心對稱分

14、布,在空間互差120度電角度,通入三相交流電時(shí),產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子采用永磁體,目前主要以釹鐵硼作為永磁材料。 采用永磁體簡化了電機(jī)的結(jié)構(gòu),提高了可靠性,又沒有轉(zhuǎn)子銅耗,提高電機(jī)的效率。 PMSM按轉(zhuǎn)子永磁體的結(jié)構(gòu)可分為兩種(1)表面貼裝式()表面貼裝式(SM-PMSM)直交軸電感直交軸電感Ld和和Lq相同相同氣隙較大,弱磁能力小,氣隙較大,弱磁能力小,擴(kuò)速能力受到限制擴(kuò)速能力受到限制(2)內(nèi)埋式()內(nèi)埋式(IPMSM)交直軸電感交直軸電感:LqLd氣隙較小,有較好的氣隙較小,有較好的弱磁能力弱磁能力2、磁阻式同步電動(dòng)機(jī)、磁阻式同步電動(dòng)機(jī) 磁阻同步電動(dòng)機(jī)又稱為反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī),這種電機(jī)的轉(zhuǎn)

15、子本身沒有磁性,只是利用磁場中可移動(dòng)部件企圖使磁路磁阻最小的原理,依靠轉(zhuǎn)子兩個(gè)正交方向磁阻的不同而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,這種轉(zhuǎn)矩稱為磁阻轉(zhuǎn)矩或反應(yīng)轉(zhuǎn)矩。 磁阻同步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉,獲得了較為廣泛的應(yīng)用。磁阻同步電動(dòng)機(jī)有單相的和三相的,功率從幾瓦到幾百瓦。 一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理二、工作原理磁阻式同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖磁阻式同步電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3、磁滯同步電動(dòng)機(jī)、磁滯同步電動(dòng)機(jī) 磁滯同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是用硬磁材料做成的,這種硬磁材料具有比較寬的磁滯回環(huán),其剩磁密度Br和矯頑力Hc要比軟磁材料大,如圖5-12所示。 磁滯電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,不需要裝任何起動(dòng)裝置就能平穩(wěn)地牽入同步。目前,磁滯同步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于無線電通訊、自動(dòng)記錄、傳真及遙控裝置等, 其中50W以下小功率的應(yīng)用最為廣泛。 一

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