電機結構及電氣知識概要.ppt

1、2020/7/22,電機概述,2.電機分類,1.基本電磁定律,3.變壓器,4.直流電機,5.交流電機,6.電機的防護等級,2020/7/22,磁路的基本定律,磁場作為電機實現機電能量轉換的耦合介質，其強弱程度和分布狀況不僅關系到電機的參數和性能，還決定電機的體積、重量。 一、磁場的幾個常用量 1.磁感應強度B 磁場是由電流產生的，表征磁場強弱及方向的物理量是磁感應強度B,它是一個矢量。它與產生它的電流方向可以用右螺旋定則來確定。,2020/7/22,2. 磁通 在均勻磁場中，磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積A的乘積，為通過該面積的通量，稱為磁通量，簡稱磁通。 3.磁場強度H 磁場強度H是計算

2、磁場時引用的一個物理量。它與表示物質磁導能力大小的磁導率 的乘積等于磁感應強度。,2020/7/22,二、基本定律1.電磁力定律,載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，三者方向互相垂直時，其大小為,方向由左手定則確定。 公式中 B-磁場的磁感應強度 i-導體中的電流 l-導體的有效長度,2020/7/22,2.電磁感應定律,1變壓器電動勢 線圈與磁通之間沒有相對切割關系，僅由線圈交鏈的磁通發(fā)生變化而引起的感應電動勢稱為變壓器電勢，如：自感電動勢、互感電動勢,電動勢方向由右手定則確定。,2運動電動勢（速率電動勢） 若磁場恒定，構成線圈的導體切割磁力線，使線圈交鏈的磁通發(fā)生變化，導體中感應的電動勢稱

3、為運動電動勢，三方向互相垂直時，其大小,2020/7/22,3.右手螺旋定則,1.通電直導線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導線，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。,2020/7/22,2. 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 。,2020/7/22,電機的分類,2020/7/22,變壓器：是利用電磁感應原理從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，這兩個電路只有磁的耦合，通常沒有電的聯系。,說明： 輸電過程中，通常先經過升壓變壓器將電壓升高，高壓電經輸電

4、線傳送到遠方的城市，然后經過降壓變壓器降壓，最后經配電降壓變壓器分配給用戶。 為什么要采用變壓器？,2020/7/22,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量，大電流給實際輸送電線路的鋪設提出了極大的挑戰(zhàn)。另一方面大電流會在輸電線路上引起極大的損耗，造成線路上極大的的壓降，導致受電端電壓很低，電能傳送不出去。,2020/7/22,一、變壓器組成與結構,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、儲油柜、散熱器、高低壓絕緣套管以及繼電保護裝置 （油浸式電

5、力變壓器）,2020/7/22,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度。絕緣材料浸在油中，不僅可提高絕緣強度，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。變壓器運行時產生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過油的上下對流，熱量通過散熱器散出，保證變壓器正常運行。 3.消弧作用 ：在油斷路器和變壓器的有載調壓開關上，觸頭切換時會產生電弧。由于變壓器油導熱性能好，且在電弧的高溫作用下能分觸了大量氣體，產生較大壓力，從而提高了介質的滅弧性能，使電弧很快熄滅。,2020/7/22,二、單相變壓器工作原理,原線圈

6、上加交變 電流電 鐵心中產生交變 磁通量 副線圈中產生交 變電動勢 副線圈相當于交 流電源對外供電,2020/7/22,三、三相變壓器,由三臺完全相同的單相變壓器按三相連接方式連接而成。,把三臺單相變壓器的鐵心柱貼合在一起，這時，在中央公共鐵心柱內的磁通為三相磁通之和。 當三相變壓器正常運行(三相對稱) 時，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，三個相的鐵心柱排在一個平面上。,2020/7/22,直流電機：能輸出直流電流的發(fā)電機，或通入直流電流而產生機械運動的電動機，用途相當廣泛。,2020/7/22,直流電機用途,勵磁機(直流發(fā)電機)用于小于100M

7、W的單機同步發(fā)電機,電源直流發(fā)電機將機械能轉化為直流電能,動力直流電動機直流電能轉化為機械能,信號傳遞 (測量元件)直流測速發(fā)電機機械信號轉換為電信號,信號傳遞(執(zhí)行元件)直流伺服電動機將控制信號轉換為機械信號,2020/7/22,直流電機的物理模型圖解釋,說明： 上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型。 固定部分(定子)：主磁極N和S，電刷B1和B2 旋轉部分(轉子)：電樞鐵心，兩根導體連成的電樞線圈，換向器 定子與轉子間：氣隙。 當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。,2020/7/22,直流發(fā)電機,說明： 條件：原動機拖動轉子以每分n轉運動，電機的主磁極有磁場。 現象：導體感

8、應電勢，大小與磁通密度 B 、導體的有效長度 l 和導體切割磁場速度 v 三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。,2020/7/22,直流電動機,說明： 條件：直流發(fā)電機去掉原動機，給兩個電刷加上直流電源 現象1：有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈abcd，從電刷 B 流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd受到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。 現象2：轉過180度后，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷 B 流出。此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產生的轉矩仍然使得轉子逆

9、時針轉動。,2020/7/22,直流電機的勵磁方式,a)他勵式； b)并勵式； c) 串勵式； d)復勵式,2020/7/22,交流電機：能輸出交流電流的發(fā)電機，或通入交流電流而產生機械運動的電動機。,交流電機,分類：,交流電機,結構：,2020/7/22,三相異步電機,下面是三相異步電機的主要部件的拆分圖。,2020/7/22,定子鐵心,2020/7/22,定子繞組,2020/7/22,轉子鐵心,2020/7/22,轉子繞組和軸,2020/7/22,鼠籠式轉子鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動

10、機采用鑄鋁轉子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。,2020/7/22,繞線式轉子繞線轉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，三個出線頭接到轉軸的三個集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯接。,2020/7/22,異步電動機工作原理,1、異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組； 2、三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時，將在電機氣隙空間產生旋轉磁場； 3、轉子繞組的導體處于旋轉磁場中； 4、轉子導體切割磁力線，并產生感應電勢； 5、轉子導體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應電流。 6、感應電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力，判斷電磁力的方向。 7、電磁力作用在轉子上

11、將產生電磁轉矩，并驅動轉子旋轉。,2020/7/22,三相電動機的銘牌數據,要正確使用電動機，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機為例，來說明銘牌上各個數據的意義。,2020/7/22,1、型號,為了適應不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。 型號說明：,（S-短機座；M-中機座；L-長機座）,2020/7/22,異步電動機產品名稱代號,2020/7/22,2、接法,2020/7/22,3、電壓,銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子 繞組上應加的線電壓。 4、電流 銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定 子繞組的線電流。 5、功率與效率

12、銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時軸上 輸出的機械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入 功率的比值。,2020/7/22,6、功率因數 因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角。cos 就是功率因數。 7、轉速 由于生產機械對轉速的要求不同，需要生產不同磁極數的異步電動機，因此有不同的轉速等級。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。 8、絕緣等級 絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電動機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。,絕緣等級,極限溫度（0C）,A,E,B,105,120,130,2020/7/22,三相電動機的調

13、速,調速就是在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足生產過程的要求。 從三相異步電動機的轉速公式,可以看到改變電動機的轉速有三種可能：,（1）改變電源頻率f1,（2）改變極對數p,（3）改變轉差率s,2020/7/22,一、變極調速,由式,可知，如果極對數減小一半，,則旋轉磁場的轉速便提高一倍，轉子轉速差不多也提高一倍，因此， 改變p可以得到不同的轉速。,如何改變極對數呢？這同定子繞組的接法有關。,p=2的繞組接法,p=1的繞組接法,2020/7/22,二、變頻調速,變頻調速就是改變電源電壓的頻率，從而改變電動機的轉速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置,整流器先將50Hz的交流電變換為直流電，再由逆

14、變器變換為頻率可調、電壓有效值也可調的三相交流電，供給鼠籠式異步電動機。由此可得到電動機的無級調速，并具有硬的機械特性。,2020/7/22,三、變轉差率調速,只要在繞線式電動機的轉子電路中接入一個調速電阻，改變電阻的大小，就可以得到平滑調速。如增大調速電阻時，轉差率上升，而轉速下降。這種調速方法的優(yōu)點是設備簡單、投資少；但能量損耗較大。,2020/7/22,三相電動機的起動,一、起動方法 鼠籠式電動機的起動方法有兩種,1、直接起動,2、降壓起動,1、直接起動,直接起動就是利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電源上。這種起動方法雖然簡單，但如上所述，由于起動電流較大，將使線路電壓下降，影響

15、負載的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的異步電動機才能采用直接起動的方法來起動。而對于功率較大的異步電動機通常都采用降壓起動。,2020/7/22,2、降壓起動 所謂降壓起動就是在電動機起動時，降低其所加的電壓。其目的就是要減小起動電流。降壓起動通常采用下面的幾種方法。 （1）星形三角形（Y-）換接起動 該方法只適合于電動機在工作時，其定子繞組接成三角形時的情況。 如有一臺三角形聯接的電動機，接在電壓為380V的電源上，其每相定子繞組上的電壓就是380V；當采用星形聯接并接在相同電源上，此時每相定子繞組上的電壓是220V。,2020/7/22,2020/7/22,（2）自耦降壓起動 自耦

16、降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低，自耦降壓起動適用于容量較大的或正常運行時聯成星形不能采用三角起動器的鼠籠式異步電動機。 （3）接起動電阻起動 對于繞線式電動機的起動，只要在轉子電路中接入大小適當的起動電阻，就可達到減小起動電流的目的；同時起動轉矩也提高了。,2020/7/22,三相電動機的制動,因為電動機的轉動部分有慣性，所以把電源切斷后，電動機還會繼續(xù)轉動一定時間后停止。為了縮短輔助工時，提高生產機械的生產率，并為了安全起見，往往要求電動機能夠迅速停車和反轉。這就需要對電動機制動。對電動機制動，也就是要求它的轉矩與轉子的轉動方向相反。這時的轉矩稱為制動轉矩。 異

17、步電動機的制動常用下列幾種方法：,2020/7/22,一、能耗制動能耗制動就是將運行中的電動機，從交流電源上切除并立即接通直流電源，在定子繞組接通直流電源時，直流電流會在定子內產生一個靜止的直流磁場，轉子因慣性在磁場內旋轉，并在轉子導體中產生感應電勢有感應電流流過。并與恒定磁場相互作用消耗電動機轉子慣性能量產生制動力矩，使電動機迅速減速，最后停止轉動。,2020/7/22,二、反接制動,2020/7/22,電機的防護等級,電機和低壓電器的防護包括兩種防護，第一種防護是對固體異物進入內部以及對人體觸及內部帶電部分或運動部分的防護；第二種防護是對水進入內部的防護。 外殼防護等級按如下方法標志：,2020/7/22,其中，第一位數字表示第一種防