高級維修電工電機及拖動基礎知識講課件

1、電機及拖動基礎知識*直 流 電 機*交 流 電 機*控 制 電 機2022/9/261電機及拖動基礎知識*直 流 電 機2022/9直 流 電 機一、直 流 電 機 工 作 原 理2022/9/262直 流 電 機一、直 流 電 機 工 作 原 理202知 識 點2.對于發(fā)電機，換向器的作用是把電樞繞組中感應的交變電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿菹蛲獠枯敵鲋绷麟妷?；對于電動機，是把外界供給的直流電流變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機旋轉。3.直流電機常做成電樞旋轉形式1. 如果想要得到直流電動勢，那么必須把線圈感應的交變電動勢進行整流，實現整流的裝置稱之為換向器 2022/9/263知 識 點2.對于發(fā)電機，換

2、向器的作用是把電樞繞組中感應的交二.直流電機的主要結構主磁極換向極電刷裝置機座端蓋定子轉子電樞鐵心-通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓電樞繞組-采用單疊繞組（并聯(lián)支路數2a=2p） 和單波繞組（并聯(lián)支路數2a=2）換向器轉軸2022/9/264二.直流電機的主要結構主磁極換向極電刷裝置機座端蓋定子轉子電三、直流電機的換向1.換向概述 元件從開始換向到換向終了所經歷的時間，稱為 換向周期 。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機在運行中，電樞繞組每個元件在經過電刷時都要經歷換向過程 . 換向問題很復雜，換向不良會在電刷與換向片之間產生火花。當火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面

3、，使電機不能正常工作 。 產生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學和電熱學等現象 。2022/9/265三、直流電機的換向1.換向概述 元件從開始換向到換2.改善換向的方法（1）選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻（2） 裝設換向磁極*位于幾何中性線處裝換向磁極，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)*在直流電動機中，換向極極性應與換向元件邊剛離開的主 極極性相同*在直流發(fā)電機中，換向極極性應與換向元件邊要進入的主 極極性相同2022/9/2662.改善換向的方法（1）選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間換向極繞組連接與極性2022/9/267換向極繞組連接與極

4、性2022/9/247四.直流電機的特性1.直流電機的勵磁方式 供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復勵三種方式。2.直流發(fā)電機的外特性 電勢平衡方程式*他勵發(fā)電機的外特性2022/9/268四.直流電機的特性1.直流電機的勵磁方式 供給勵磁繞他勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機2022/9/269他勵直流發(fā)電機并勵直流發(fā)電機2022/9/249他勵并勵外特性曲線如圖所示定義：當n=nN, If=IfN時 U=f(I)由曲線可見，負載電流增大時，端電壓有所下降。端電壓下降有兩個原因： 一是在勵磁電流一定情況下，負載電流增大，電樞反應的去磁作用使每極磁通量減

5、少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電阻壓降隨負載電流增大而增加，使端電壓下降。2022/9/2610他勵并勵外特性曲線如圖所示定義：當n=nN, If=If* 并勵發(fā)電機的外特性 對并勵發(fā)電機，除了像他勵發(fā)電機存在的電樞反應去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進一步下降。3.直流電動機的機械特性據電動機的方程U=Ea+IaRa2022/9/2611* 并勵發(fā)電機的外特性 對并勵發(fā)電機，除了像他勵 機 械 特 性 的 表 達式稱為理想空載轉速。nTemn0（1）.他勵(并勵）直流電動機固有機械特性電樞電阻很小

6、，特性曲線斜率很小，所以機械特性為“硬特性”。串勵電動機機械特性為“軟特性”.他勵.串勵2022/9/2612 機 械 特 性 的（2）.人為機械特性*電樞串電阻時的人為特性*降低電樞電壓時的人為特性*減弱勵磁磁通時的人為特性nTemRaURn0TLABCD三種調速方法2022/9/2613（2）.人為機械特性*電樞串電阻時的人為特性*降低電樞電壓時五.熟記以下公式1.直流電機的電樞電動勢大小:2.直流電機的電磁轉矩大小:3. -過載倍數2022/9/2614五.熟記以下公式大小:2.直流電機的電磁轉矩大小:3. -六.直流電動機的電氣制動電氣制動方法-能耗制動、反接制動（電源反接、 倒拉反轉

7、反接）、回饋制動 能耗制動特點：操作簡單,但隨著轉速下降,電動勢減 小,制動電流和制動轉矩也隨著減小,制動效果變差。 反接制動特點：,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機械功率轉變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。 回饋制動時由于有功功率回饋到電網，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經濟的。2022/9/2615六.直流電動機的電氣制動電氣制動方法-能耗制動、反接制動電動制動2022/9/2616電動制動2022/9/2416U1U2V2W1V1W2NS2極異步電動機原理結構圖旋轉磁場產生：三相對稱繞組中通入對稱三相電流三相異步電動機按轉子結構分為鼠籠式、繞線式交流電機.1.三相異步電動

8、機 nn1nn12022/9/2617U1U2V2W1V1W2NS2極異步電動機原理結構圖旋轉磁場U1U2V2W1V1W2NS2極同步發(fā)電機原理結構圖 2. 同步發(fā)電機 n=n1n2022/9/2618U1U2V2W1V1W2NS2極同步發(fā)電機原理結構圖 同步發(fā)電機按結構形式分為旋轉電樞式和旋轉磁極式，后者應用較廣。旋轉磁極式按磁極形狀分為隱極式和凸極式。按原動機類別分為汽輪發(fā)電機（采用隱極式）和水輪發(fā)電機（凸極式）2022/9/2619同步發(fā)電機按結構形式分為旋轉電樞式和旋轉磁極式，后者20223.三相異步電動機的調速根據三相異步電動機的轉速公式異步電動機有三種基本調速方法：1）.改變定子極

9、對數P； 2）.改變電源頻率f；3）.改變轉差率S調速（包括轉子串接 電阻調速、定子調壓調速和串極調速） 變頻調速（1）變頻調速中的變頻器必須同時改變電源的 電壓和頻率，才能滿足要求 （2）變頻電源接在市電電源與交流電機之間 （3）優(yōu)點是轉速能平滑調節(jié)，調速范圍廣，效 率高，缺點是調速系統(tǒng)復雜，成本高2022/9/26203.三相異步電動機的調速根據三相異步電動機的轉速公式異步電動串極調速（1）串極調速是在轉子回路中串接一個與轉子電勢同頻率 的附加電動勢，通過改變附加電動勢幅值大小和相位 調速（2）串極調速完全克服了轉子串電阻調速的缺點，它具有 高效率、無級平滑調速、較硬的低速機械特性2022

10、/9/2621串極調速2022/9/2421控制電機 伺服電動機又稱為執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。它將輸入的電壓信號轉變?yōu)檗D軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動機的轉速與轉向，故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。1.伺服電動機 伺服電動機分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類直流伺服電動機實際上就是他勵直流電動機 2022/9/2622控制電機 伺服電動機又稱為執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中么么么么方面Sds絕對是假的么么么么方面Sds絕對是假的 通過改變控制信號的大小和極性來控制轉子轉速的大小和方向，這種方式叫電樞控制；若把控制信號加到勵磁繞組

11、上進行控制，這種方式叫磁場控制。磁場控制有嚴重的缺點，使用的場合很少。2022/9/2624 通過改變控制信號的大小和極性來控制轉子轉速的大小和方 直流伺服電動機原理圖2022/9/2625 直流伺服電動機原理圖2022/9/2425交流伺服電動機實際上就是兩相異步電動機，所以有時也叫兩相伺服電動機。電機定子上有兩相繞組，一相叫勵磁繞組 ，接到交流勵磁電源 上，另一相為控制繞組 交流伺服電動機的定子與異步電動機類似，在定子槽中裝有勵磁繞組和控制繞組，而轉子主要有兩種結構形式2022/9/2626交流伺服電動機實際上就是兩相異步電動機，所以有時也叫兩相伺服（1）籠型轉子 這種籠型轉子和三相異步電

12、動機的籠型轉子一樣，但籠型轉子的導條采用高電阻率的導電材料制造，如青銅、黃銅。另外，為了提高交流伺服電動機的快速響應性能，宜把籠型轉子做成又細又長，以減小轉子的轉動慣量。(2)非磁性空心杯轉子 如圖所示，非磁性空心杯轉子交流伺服電動機有兩個定子：外定子和內定子，外定子鐵芯槽內安放有勵磁繞組和控制繞組，而內定子一般不放繞組，僅作磁路的一部分；空心杯轉子位于內外繞組之間，通常用非磁性材料（如銅、鋁或鋁合金）制成2022/9/2627（1）籠型轉子(2)非磁性空心杯轉子2022/9/2427 圖7.6 非磁性空心杯轉子結構圖1-空心杯轉子；2-外定子；3-內定子；4-機殼；5-端蓋2022/9/26

13、28 圖7.6 非磁性空心杯轉子結構圖2022/ 測速發(fā)電機是一種測量轉速的微型發(fā)電機，它把輸入的機械轉速變換為電壓信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉速成正比，即 U=Cn 測速發(fā)電機分為直流測速發(fā)電機和交流測速發(fā)電機兩大類 2.測速發(fā)電機 （1）直流測速發(fā)電機實際就是一種微型直流發(fā)電 機，按定子 磁極的勵磁方式分為電磁式和永磁式 如圖2022/9/2629 測速發(fā)電機是一種測量轉速的微型發(fā)電機，它把輸入的機械直流測速發(fā)電機工作原理2022/9/2630直流測速發(fā)電機工作原理2022/9/2430 交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機 同步測速發(fā)電機的輸出頻率和電壓幅值隨轉速，很少

14、用于控制系統(tǒng)。異步測速發(fā)電機輸出電壓頻率與速度無關，輸出電壓與速度成正比，控制系統(tǒng)中廣泛應用（2）.交流測速發(fā)電機 交流異步測速發(fā)電機與交流伺服電動機的結構相似，其轉子結構有籠型的，也有杯型的，在自動控制系統(tǒng)中多用空心杯轉子異步測速發(fā)電機。 2022/9/2631 交流測速發(fā)電機分為同步測速發(fā)電機和異步測速發(fā)電機（2）.（3）步進電動機 步進電動機是一種把電脈沖轉換成角位移的電動機。其運行特點：每輸入一個電脈沖，步進電機就前進一步，其角位移與脈沖數成正比，電機轉速與脈沖頻率成正比，而且轉速和轉向與各相繞組的通電方式有關。2022/9/2632（3）步進電動機2022/9/2432 根據勵磁方式

15、的不同，步進電動機分為反應式、永磁式和感應子式（又叫混合式），而反應式步進電動機應用較多 步進電動機的結構由轉子和定子組成。轉子通常用硅鋼片疊成凸極形式，轉子上沒有繞組。定子嵌有多相星形連接的控制繞組，由專用脈沖電源供電。2022/9/2633 根據勵磁方式的不同，步進電動機分為反應式、永磁式和感應2022/9/26342022/9/2434 步進電動機控制過程中，定子繞組每改變一次通電方式，成為一拍。控制方式分為：三相單三拍（A-B-C-A）；三相單、雙六拍（A-AB-B-BC-C-CA-A）；三相雙三拍（AB-BC-CA-AB）。 步進電動機的步距角可通過下式計算： 2022/9/2635

16、 步進電動機控制過程中，定子繞組每改變一次通電方式，成為m為步進電機相數，C為通電狀態(tài)系數，單拍或三拍取C=1，單雙拍混合取C=2；Zr為轉子齒數 步進電動機的轉速可通過下式計算： 2022/9/2636m為步進電機相數，C為通電狀態(tài)系數，單拍或三拍取C=1，202022/9/26372022/9/24372022/9/26382022/9/2438練習題2022/9/2639練習題2022/9/24392022/9/26402022/9/24402022/9/26412022/9/24411. 直流電機的電樞繞組若是單疊繞組，則其并聯(lián)支路數等于(主磁極數)。2. 發(fā)電機的基本工作原理是：(

17、電磁感應 )。3. 空心杯電樞直流伺服電動機有4. 水輪發(fā)電機的定子結構與三相異步電動機的定子結構基本相同，但其轉子一般采用(凸極)式。一個外定子和(1)個內定子5. 滑差電動機的轉差離合器電樞是由(三相鼠籠式異步電動機)拖動的。6. 無刷直流電動機與一般直流電動機最大的優(yōu)點區(qū)別是(無滑動接觸和換向火花，可靠性高以及無噪聲)。2022/9/26421. 直流電機的電樞繞組若是單疊繞組，則其并聯(lián)支路數等于(7. 異步電動機的極數越少，則轉速越高，輸出轉矩(越小)。8. 直流電動機回饋制動時，電動機處于(發(fā)電)狀態(tài)。9. 并勵發(fā)電機輸出電壓隨負載電流增強而降低的原因有(3)個方面。10. 在直流電機中，為了改善換向，需要裝置換向極，其換向極繞組應與(電樞串聯(lián))。11. 國產小功率三相鼠籠式異步電動機的轉子導體結構采用最廣泛的是(鑄鋁 )轉子。2022/9/26437. 異步電動機的極數越少，則轉速越高，輸出轉矩(越小)12. 同步電機的結構形式有(2)種452. 三相異步電動機啟動瞬間，啟動電流很大，啟動轉矩（不很大）13.