一文看懂電機原理、分類和應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯一文看懂電機原理、分類和應(yīng)用-設(shè)計應(yīng)用電動機(Motors)是把電能轉(zhuǎn)換成機械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統(tǒng)中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機(電機定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。電動機主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機轉(zhuǎn)動。三相異步電動機三相異步電動機的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。(一)定子(靜止部分)1、定子鐵心作用：電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。構(gòu)造：定子鐵心一般由0.35～0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動機的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機中。半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機中。2、定子繞組作用：是電動機的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。構(gòu)造：由三個在空間互隔120°電角度、隊稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子繞組的主要絕緣項目有以下三種：(保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣)。(1)對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。(2)相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。(3)匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。電動機接線盒內(nèi)的接線：電動機接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個接線樁自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三個接線樁自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2)，.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時均應(yīng)按這個序號排列。3、機座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護、散熱等作用。構(gòu)造：機座通常為鑄鐵件，大型異步電動機機座一般用鋼板焊成，微型電動機的機座采用鑄鋁件。封閉式電機的機座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護式電機的機座兩端端蓋開有通風孔，使電動機內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)1、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心：作用：作為電機磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機(轉(zhuǎn)子直徑在300～400毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。2、三相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機旋轉(zhuǎn)。構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。(1)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。小型籠型電動機采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。(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。特點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動機的應(yīng)用不如鼠籠式電動機廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機等上面采用。(三)相異步電動機的其它附件1、端蓋：支撐作用。2、軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。3、軸承端蓋：保護軸承。4、風扇：冷卻電動機。直流電動機直流電動機采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當采用靜止整流器供電時，能承受脈動電流和快速的負載電流變化。直流電動機一般不帶串勵繞組，適用于需要正、反轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高100～280mm的電動機無補償繞組，但中心高250mm、280mm的電動機根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補償繞組，中心高315～450mm的電動機帶有補償繞組。中心高500～710mm的電動機外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國際標準，電機的機械尺寸公差符合ISO國際標準。直流電動機的工作原理：在圖中，線圈連著換向片，換向片固定于轉(zhuǎn)軸上，隨電機軸一起旋轉(zhuǎn)，換向片之間及換向片與轉(zhuǎn)軸之間均互相絕緣，它們構(gòu)成的整體稱為換向器。電刷A、B在空間上固定不動。在電機的兩電刷端加上直流電壓，由于電刷和換向器的作用將電能引入電樞線圈中，并保證了同一個極下線圈邊中的電流始終是一個方向，繼而保證了該極下線圈邊所受的電磁力方向不變，保證了電動機能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機械能以拖動生產(chǎn)機械，這就是直流電動機的工作原理。注意：每個線圈邊中的電流方向是交變的。2、直流發(fā)電機的工作原理：當用原動機拖動電樞逆時針方向旋轉(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應(yīng)出電勢，電勢方向可據(jù)右手定則確定。由于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線，每個線圈邊和整個線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是交變電動勢，但由于電刷和換向器的作用，使流過負載的電流是單方向的直流電流，這一直流電流一般是脈動的。一、電機的拆卸拆卸電機之前應(yīng)首先拔開電機與控制器的引線，此時一定要記錄下電機引線顏色與控制器引線顏色的一一對應(yīng)關(guān)系。打開電機端蓋之前應(yīng)先清潔操作場地，以防止雜物被吸在電機內(nèi)的磁鋼上。做好端蓋與輪轂相對位置的標記。注意：一定要按對角順序松動螺釘，以免電機外殼變形。電機轉(zhuǎn)子與定子的徑向間隙叫氣隙(空氣間隙)，一般電機的氣隙在0.25-0.8mm之間。當拆卸完電機排除了電機故障之后，一定要按原來的端蓋記號進行裝配，這樣可以防止二次裝配后的掃膛現(xiàn)象。二、電機內(nèi)齒輪的潤滑如果有刷有齒輪轂電機與無刷有齒輪轂電機運行的噪音開始變大，或者更換了電機內(nèi)的齒輪，應(yīng)將齒輪所有齒面涂滿潤滑脂，一般使用3號潤滑脂或廠家指定的潤滑油。三、電機的組裝在組裝有刷電機之前，請檢查刷握里面彈簧的彈性，檢查碳刷與刷握是否有碰擦，檢查碳刷在刷握里是否能達到行程，注意碳刷與換相器的正確定位，以免卡壞碳刷或刷握。安裝電機的時候，首先應(yīng)清理電機部件表面的雜質(zhì)，以免影響電機的正常運轉(zhuǎn)，并且一定要將輪轂體固定結(jié)實，以免安裝時由于受磁鋼的強力吸引，造成部件相互撞擊、損壞。檢測36V正常，控制器輸出5V、12V正常，電動機電阻正常。把電動機直接連接到36V電池上，電動機運轉(zhuǎn)正常。四、接線方法由于換向方式不一樣，有刷電機和無刷電機不但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，而且在接線方式上的區(qū)別也非常大。1、有刷電機的接線方法。有刷電機一般有正負兩根引線。一般紅線是電機正極，黑線是電機負極。如果將正負極交換接線，只是會使電機反轉(zhuǎn)，一般不會損壞電機。2、無刷電機相角的判斷。無刷電機的相角是無刷電機的相位代數(shù)角的簡稱，指無刷電機各線圈在一個通電周期里面線圈內(nèi)部電流方向改變的角度。電動車用無刷電機常見的相位代數(shù)角有120°與60°兩種。觀察霍耳元件安裝空間位置判斷無刷電機的相角，120°和60°兩種相角電機的霍耳元件安裝空間位置不一樣。測量霍耳真值信號判斷無刷電機的相角需要先說明一下的是什么叫無刷電機的磁拉力角。無刷電機的磁鋼數(shù)量一般是12片、16片或18片，其對應(yīng)的定子槽數(shù)是36槽、48槽或54槽。電機在靜止狀態(tài)時，轉(zhuǎn)子磁鋼的磁力線有沿磁阻方向行走的特性，因此轉(zhuǎn)子磁鋼所停頓的位置恰好為定子槽凸極的位置。磁鋼不會停在定子槽心的位置，這樣轉(zhuǎn)子與定子的相對位置只有36種、48種或54種這有限的幾個位置。因此無刷電機的磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。無刷電機的霍耳元件有5根引線，分別是霍耳元件的公共電源正極、公共電源負極、A相霍耳輸出、B相霍耳輸出和C相霍耳輸出。我們可以利用無刷控制器(60°或120°)的5根霍耳引線，將無刷電機霍耳元件引線的正負電源接好，將其余A、B、C三個相位傳感器的引線，任意接在控制器霍耳信號引線的引線上。接通控制器電源，由控制器給霍耳元件供電，就可以檢測到無刷電機的相角了。方法如下：用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個引線的電壓情況，記錄下3根引線的高低電壓。輕微轉(zhuǎn)動電機，讓電機轉(zhuǎn)過一個磁拉力角度，再次測量并記錄下3根引線的高低電壓，如此測量記錄6次。我們用1表示高電位，用0表示低電位，那么——如果是60°無刷電機，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個磁拉力角度，則測量出的霍耳真值信號應(yīng)該是：100、110、111、011、001、000。調(diào)整三個霍耳元件引線的引腳順序，讓真值的信號嚴格按照上面的真值順序變化，這樣對于60°無刷電機的A、B、C三個相位就判斷出來了。如果是120°無刷電機，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個磁拉力角度，測量出的霍耳真值信號應(yīng)該是按照100、110、010、011、001、101的規(guī)律變化，這樣霍耳元件引線的通電相序就判斷出來了。如果想快速測出無刷電機是60°還是120°，用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個引線的電壓，出現(xiàn)三根線都有電壓或都無電壓時就確定是60°電機，否則就是120°3、無刷電機的接線方法。無刷電機的線圈引線有3根，霍耳引線有5根，這8根引線必須和控制器相應(yīng)引線一一對應(yīng)，否則電機不能正常轉(zhuǎn)動。一般講來，60°和120°相角的無刷電機，需要由與之相對應(yīng)的60°和120°相角的無刷電機控制器來驅(qū)動，兩種相角的控制器不能直接互換。60°相角的無刷電機與60°相角控制器相連的8根線的正確接線有兩種，一種正轉(zhuǎn)，一種反轉(zhuǎn)。因為對于120°相角的無刷電機，通過調(diào)整線圈引線的相序和霍耳引線的相序，電機與控制器相連的8根線的正確接線可以有6種，其中3種接法電機正轉(zhuǎn)，另外3種接法電