電機(jī)結(jié)構(gòu)和電氣知識(shí)-151130

2023/2/2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(jí)2023/2/2磁路的基本定律

磁場(chǎng)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(chǎng)的幾個(gè)常用量

1.磁感應(yīng)強(qiáng)度B

磁場(chǎng)是由電流產(chǎn)生的，表征磁場(chǎng)強(qiáng)弱及方向的物理量是磁感應(yīng)強(qiáng)度B,它是一個(gè)矢量。它與產(chǎn)生它的電流方向可以用右螺旋定則來(lái)確定。2023/2/22.磁通Φ

在均勻磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B與垂直于磁場(chǎng)方向的面積A的乘積，為通過(guò)該面積的通量，稱為磁通量，簡(jiǎn)稱磁通Φ。3.磁場(chǎng)強(qiáng)度H

磁場(chǎng)強(qiáng)度H是計(jì)算磁場(chǎng)時(shí)引用的一個(gè)物理量。它與表示物質(zhì)磁導(dǎo)能力大小的磁導(dǎo)率μ的乘積等于磁感應(yīng)強(qiáng)度。2023/2/2二、基本定律

1.電磁力定律

載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到電磁力的作用，三者方向互相垂直時(shí)，其大小為

方向由左手定則確定。公式中B---磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度

i---導(dǎo)體中的電流

l---導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度BIF最大2023/2/22.電磁感應(yīng)定律1．變壓器電動(dòng)勢(shì)線圈與磁通之間沒(méi)有相對(duì)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(dòng)勢(shì)稱為變壓器電勢(shì)，如：自感電動(dòng)勢(shì)、互感電動(dòng)勢(shì)電動(dòng)勢(shì)方向由右手定則確定。2．運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)（速率電動(dòng)勢(shì)）若磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)稱為運(yùn)動(dòng)電動(dòng)勢(shì)，三方向互相垂直時(shí)，其大小elBvl2023/2/23.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。

2023/2/22.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。2023/2/2電機(jī)的分類旋轉(zhuǎn)電機(jī)電動(dòng)機(jī)：將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)電流機(jī)械發(fā)電機(jī)：由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能控制電機(jī)：進(jìn)行信號(hào)的傳遞和轉(zhuǎn)化，控制系統(tǒng)中的執(zhí)行，檢測(cè)或解算元件電機(jī)靜止電機(jī)：變壓器直流電機(jī)交流電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)2023/2/2變壓器：是利用電磁感應(yīng)原理從一個(gè)電路向另一個(gè)電路傳遞電能或傳輸信號(hào)的一種電器，這兩個(gè)電路只有磁的耦合，通常沒(méi)有電的聯(lián)系。說(shuō)明：輸電過(guò)程中，通常先經(jīng)過(guò)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(guò)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？？2023/2/2

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(huì)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。2023/2/2一、變壓器組成與結(jié)構(gòu)變壓器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(chǔ)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）2023/2/2

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(shí)產(chǎn)生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過(guò)油的上下對(duì)流，熱量通過(guò)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(kāi)關(guān)上，觸頭切換時(shí)會(huì)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。

2023/2/2二、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(dòng)勢(shì)副線圈相當(dāng)于交流電源對(duì)外供電2023/2/2三、三相變壓器由三臺(tái)完全相同的單相變壓器按三相連接方式連接而成。把三臺(tái)單相變壓器的鐵心柱貼合在一起，這時(shí)，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(duì)稱)時(shí)，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(gè)相的鐵心柱排在一個(gè)平面上。2023/2/2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(dòng)的電動(dòng)機(jī)，用途相當(dāng)廣泛。定子轉(zhuǎn)子電磁部分機(jī)械部分電磁部分機(jī)械部分2023/2/2直流電機(jī)用途勵(lì)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(dòng)力—直流電動(dòng)機(jī)

直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能信號(hào)傳遞(測(cè)量元件)—直流測(cè)速發(fā)電機(jī)

機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)信號(hào)傳遞(執(zhí)行元件)—直流伺服電動(dòng)機(jī)

將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)2023/2/2直流電機(jī)的物理模型圖解釋

說(shuō)明：上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)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(shí)，電樞線圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。2023/2/2直流發(fā)電機(jī)說(shuō)明：條件：原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子以每分n轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，

電機(jī)的主磁極有磁場(chǎng)?，F(xiàn)象：導(dǎo)體感應(yīng)電勢(shì)，大小與磁通密度B、導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度l和導(dǎo)體切割磁場(chǎng)速度v三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。2023/2/2直流電動(dòng)機(jī)說(shuō)明：條件：直流發(fā)電機(jī)去掉原動(dòng)機(jī)，給兩個(gè)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(guò)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(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)象2：轉(zhuǎn)過(guò)180度后，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷B流出。

此時(shí)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(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。2023/2/2直流電機(jī)的勵(lì)磁方式a)他勵(lì)式；b)并勵(lì)式；c)串勵(lì)式；d)復(fù)勵(lì)式2023/2/2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(dòng)的電動(dòng)機(jī)。交流電機(jī)異步電機(jī)同步電機(jī)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)

繞線式異步電動(dòng)機(jī)

隱極式同步電動(dòng)機(jī)

凸極式同步電動(dòng)機(jī)

分類：交流電機(jī)定子鐵心：定子沖片定子繞組其他部件：機(jī)座，端蓋，風(fēng)罩，銘牌定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子沖片轉(zhuǎn)子繞組其他部件：軸，軸承，風(fēng)扇

結(jié)構(gòu)：2023/2/2三相異步電機(jī)下面是三相異步電機(jī)的主要部件的拆分圖。2023/2/2定子鐵心2023/2/2定子繞組2023/2/2轉(zhuǎn)子鐵心2023/2/2轉(zhuǎn)子繞組和軸2023/2/2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(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動(dòng)機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對(duì)于100KW以上的電動(dòng)機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。

2023/2/2繞線式轉(zhuǎn)子

繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對(duì)稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過(guò)電刷與外電路聯(lián)接。

2023/2/2異步電動(dòng)機(jī)工作原理1、異步電動(dòng)機(jī)定子上有三相對(duì)稱的交流繞組；2、三相對(duì)稱交流繞組通入三相對(duì)稱交流電流時(shí)，將在電機(jī)氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；3、轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中；4、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)；5、轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過(guò)端環(huán)自成閉路，并通過(guò)感應(yīng)電流。6、感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。2023/2/2三相電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)要正確使用電動(dòng)機(jī)，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動(dòng)機(jī)為例，來(lái)說(shuō)明銘牌上各個(gè)數(shù)據(jù)的意義。三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級(jí)B工作方式連續(xù)年月編號(hào)2023/2/21、型號(hào)為了適應(yīng)不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動(dòng)機(jī)制成不同的系列，每種系列用各種型號(hào)表示。型號(hào)說(shuō)明：

Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)磁極數(shù)機(jī)座中心高機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)（S-短機(jī)座；M-中機(jī)座；L-長(zhǎng)機(jī)座）2023/2/2異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號(hào)漢字意義老代號(hào)Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2023/2/22、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2△聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)2023/2/23、電壓銘牌上所標(biāo)的電壓值是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)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。2023/2/26、功率因數(shù)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個(gè)角。cos就是功率因數(shù)。7、轉(zhuǎn)速由于生產(chǎn)機(jī)械對(duì)轉(zhuǎn)速的要求不同，需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)，因此有不同的轉(zhuǎn)速等級(jí)。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。8、絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)是按電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)容許的極限溫度來(lái)分級(jí)的。所謂極限溫度，是指電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。絕緣等級(jí)極限溫度（0C）AEB1051201302023/2/2三相電動(dòng)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(guò)程的要求。從三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可以看到改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種可能：（1）改變電源頻率f1（2）改變極對(duì)數(shù)p（3）改變轉(zhuǎn)差率s2023/2/2一、變極調(diào)速由式可知，如果極對(duì)數(shù)減小一半，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(duì)數(shù)呢？這同定子繞組的接法有關(guān)。A1X1A2X2AXA1X1A2X2AXp=2的繞組接法p=1的繞組接法2023/2/2二、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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置整流器~f1=50Hz逆變器-+M3~f可變整流器先將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(dòng)機(jī)。由此可得到電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，并具有硬的機(jī)械特性。2023/2/2三、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速只要在繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)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(shí)，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(jiǎn)單、投資少；但能量損耗較大。2023/2/2三相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、起動(dòng)方法鼠籠式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有兩種1、直接起動(dòng)2、降壓起動(dòng)1、直接起動(dòng)

直接起動(dòng)就是利用閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到額定電源上。這種起動(dòng)方法雖然簡(jiǎn)單，但如上所述，由于起動(dòng)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(dòng)機(jī)才能采用直接起動(dòng)的方法來(lái)起動(dòng)。而對(duì)于功率較大的異步電動(dòng)機(jī)通常都采用降壓起動(dòng)。2023/2/22、降壓起動(dòng)所謂降壓起動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，降低其所加的電壓。其目的就是要減小起動(dòng)電流。降壓起動(dòng)通常采用下面的幾種方法。（1）星形—三角形（Y-△）換接起動(dòng)該方法只適合于電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，其定子繞組接成三角形時(shí)的情況。

如有一臺(tái)三角形聯(lián)接的電動(dòng)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(shí)每相定子繞組上的電壓是220V。2023/2/2△動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)2023/2/2（2）自耦降壓起動(dòng)

自耦降壓起動(dòng)是利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中的端電壓降低，自耦降壓起動(dòng)適用于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成星形不能采用三角起動(dòng)器的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。

（3）接起動(dòng)電阻起動(dòng)對(duì)于繞線式電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，只要在轉(zhuǎn)子電路中接入大小適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)電阻，就可達(dá)到減小起動(dòng)電流的目的；同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也提高了。2023/2/2三相電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分有慣性，所以把電源切斷后，電動(dòng)機(jī)還會(huì)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一定時(shí)間后停止。為了縮短輔助工時(shí)，提高生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率，并為了安全起見(jiàn)，往往要求電動(dòng)機(jī)能夠迅速停車和反轉(zhuǎn)。這就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，也就是要求它的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。這時(shí)的轉(zhuǎn)