电机与变压器知识讲解课件

电机与变压器曹民2016年9月1电机与变压器曹民11绪论1、电机工业的兴起与发展2、我国电机制造工业的发展概况3、电机在国民经济中的作用4、电机的主要类型5、本课程的任务和学习方法22024/6/15绪论1、电机工业的兴起与发展22023/8/22电机工业的兴起与发展19世纪奥斯特发现电流周围存在磁场法拉第发现电磁感应现象世界第一台发电机的问世-电力时代到来20世纪，电机电磁、发热过程理论深入研究，新材料新工艺新技术不断涌现，电机容量大增，冷却技术改进，工业体系不断完善，电机制造业大踏步的飞跃发展。32024/6/15电机工业的兴起与发展19世纪奥斯特发现电流周围存在磁场3203我国电机工业发展状况我国封建社会禁锢了自然科学的发展，西方资本主义国家对我国的殖民政策，使我国工业发展缓慢。新中国成立，我国电机工业得到飞速的发展，十年时间，制造50000KW汽轮发电机，725000KW水轮发电机，120000KVA变压器2000KW电动机。1961年交流电动机正式投产，1982年异步电动机正式生产，直流电动机接近世界先进水平，电机工业形成完整的现代化制造工业体系。今天，电气机车（高铁）在世界上有很强的竞争力。42024/6/15我国电机工业发展状况我国封建社会禁锢了自然科学的发展，西方资4电机在国民经济中的地位电力工业：机械、矿产、冶金、化工、其他工业企业：交通、国防、农、渔、牧、付等行业：医疗、教育、办公自动化等领域：航天、航海、通讯、广播、计算机等：全民的日常生活中：电机在人们的衣、食、住、行中，已经渗透到千家万户，你、我、他（她、它）。52024/6/15电机在国民经济中的地位电力工业：52023/8/25变压器原理1、变压器的结构及其分类2、变压器的基本原理3、变压器的外特性和电压调整率4、变压器的空载实验和短路实验5、变压器的损耗和效率6、变压器的铭牌7、理想变压器的相关公式62024/6/15变压器原理1、变压器的结构及其分类62023/8/26变压器的结构变压器主要组成部分是铁心和绕组，为变压器的器身。为改善散热条件，还有变压器的附件。变压器的结构变压器主要组成部分是7变压器的铁心结构1、铁心（由硅钢片叠加而成）铁心结构：1）、心式结构2）、壳式结构铁心叠片形式1）、条形、口形、E形、F形、C形、O形2）、渐开线式72024/6/15变压器的铁心结构1、铁心（由硅钢片叠加而成）72023/8/8变压器的绕组结构2、绕组（由漆包线或绕包线）绕组分高压绕组和低压绕组1）、同心绕组（圆筒式、分段式、螺旋式、连续式）2）、交叠式绕组82024/6/15变压器的绕组结构2、绕组（由漆包线或绕包线）82023/8/9变压器附件电力变压器附件（油箱、储油柜、分接开关、安全气道、气体继电器、绝缘套管等）作用：保证变压器的安全运行和可靠运行。92024/6/15变压器附件电力变压器附件92023/8/210电力变压器102024/6/15电力变压器102023/8/211变压器按用途分类1、按用途分类：1）、电力变压器（升压变压器、降压变压器、配电变压器、厂用变压器）2）、特种变压器（电炉变压器、整流变压器、弧焊变压器）3）、仪用变压器（电压互感器、电流互感器）4）、实验用高压变压器、调压器112024/6/15变压器按用途分类1、按用途分类：112023/8/212变压器按绕组结构分类2、按绕组结构分类：1）、双绕组变压器2）、三绕组变压器3）、多绕组变压器4）、自耦变压器122024/6/15变压器按绕组结构分类2、按绕组结构分类：122023/8/213变压器铁心结构分类3、按铁心结构分类：1）、心式变压器2）、壳式变压器132024/6/15变压器铁心结构分类3、按铁心结构分类：132023/8/214变压器按相数分类4、按相数分类：1）、单相变压器2）、三相变压器3）、多相变压器142024/6/15变压器按相数分类4、按相数分类：142023/8/215变压器按调压方式分类5、按调压方式分类1）、无励磁调压变压器2）、有载调压变压器152024/6/15变压器按调压方式分类5、按调压方式分类152023/8/216变压器按冷却方式分类6、按冷却方式分类1）、干式变压器2）、油浸自冷变压器3）、油浸风冷变压器4）、强迫油循环冷却变压器5）、强迫油循环导向冷却变压器6）、充气式变压器162024/6/15变压器按冷却方式分类6、按冷却方式分类162023/8/217变压器按容量分类7、按容量分类1）、小型变压器（630KVA以下）2）、中型变压器（800KVA6300KVA）3）、大型变压器（8000KVA63000KVA)4）、特大型变压器（900000KVA以上）172024/6/15变压器按容量分类7、按容量分类172023/8/218变压器按交流电频率分类8、按交流电频率分类1）、工频变压器2）、中频变压器3）、高频变压器（脉冲变压器）182024/6/15变压器按交流电频率分类8、按交流电频率分类182023/8/19变压器的基本原理1、变压器的基本工作原理2、变压器的空载运行3、变压器的负载运行4、变压器的作用192024/6/15变压器的基本原理1、变压器的基本工作原理192023/8/2201、变压器的基本工作原理1）、变压器的一次侧通过交变电流i12）、交变电流会产生交变的磁通3）、在一次侧和二次侧线圈中产生感应电动势e1、e24）、二次侧接通回路，则回路中产生交变的电流i2总之：变压器是根据电磁感应原理工作的。他是电能传递的电磁转换装置。注意：变压器只能传递交变电能，不能传递稳恒电流能量202024/6/151、变压器的基本工作原理1）、变压器的一次侧通过交变电流i1212、变压器的空载运行1、变压器有关各量正方向的规定在一次侧电流的正方向与电压的正方向一致磁通正的方向与电流的正方向符合右手螺旋定则绕组感应电动势的方向与产生该感应电动势磁通的方向符合右手螺旋定则在二次侧电流的方向与感生电动势的方向一致端电压的正方向与电流的正方向一致212024/6/152、变压器的空载运行1、变压器有关各量正方向的规定2120222变压器中各量的关系（理想）U1=E1=4.44fN1mU20=E2=4.44fN2m222024/6/15变压器中各量的关系（理想）U1=E1=4.44fN1m2223几个定律e=N/t（法拉第电磁感应定律）解决了感生电动势的大小问题。EP=4fNmE=4.44fNmE=1.11EPK=U1/U20=N1/N2楞次定律解决了感生电动势方向问题232024/6/15几个定律e=N/t（法拉第电磁感应定律）解决了感生电动24变压器的负载运行一次侧电压平衡方程:U1=-E1+I1Z1变压器磁通势平衡方程式：N1I1+N2I2=0I1=-N2I2/N1一次侧的电流I1=I0+I1=I0-N2I2/N1一次侧的磁通势为：N1I1=N1I0-N2I2N1I1+N2I2=N1I0（磁通势平衡方程）变压器的负载运行一次侧电压平衡方程:U1=-E1+I1Z125变压器的作用1、变压：U1/U2=N1/N2=K2、变流：I1/I2=N2/N1=1/K3、变阻抗：Z1/Z2=K2变压器的作用1、变压：U1/U2=N1/N2=K26变压器的外特性及电压调整率当变压器一次侧端电压U1，和负载的功率因数COS2一定时，二次侧绕组输出电压U2与负载电流I2的关系，称为变压器的外特性。变压器从空载到额定负载运行时，二次绕组输出电压的变化量U与空载额定电压U2N的百分比U%=U/U2N变压器的外特性及电压调整率当变压器一次侧端电压U1，和负载的27变压器的空载实验目的：1、测定变压器的变压比K2、测定变压器的空载电流I0和空载损耗p01、K=U1N/U2N2、p0=pFe3、Zm=U1N/I0变压器的空载实验目的：1、测定变压器的变压比K28变压器的短路实验目的：1、测定变压器的额定铜损耗pCUN2、测定短路电压Uk3、测定短路阻抗Zk变压器的短路实验目的：1、测定变压器的额定铜损耗pCUN29变压器的损耗及效率1、损耗（铁损和铜损）铁损pFe=P0PCU=2PCUN2、效率：=p2/p13、当变压器的铜损=铁损时，变压器的效率最高。变压器的损耗及效率1、损耗（铁损和铜损）30变压器的铭牌1、型号6、短路电压2、额定容量7、温升3、额定电压4、额定电流5、额定频率变压器的铭牌1、型号6、短路电压31热轧与冷轧的区别(1)冷轧硅钢片的磁饱和点高，磁通密度在19T(19000Gs)时开始饱和；热轧硅钢片的饱和点约为16T(16000Gs)。(2)在磁通密度及频率相同的情况下，冷轧硅钢片比热轧硅钢片的单位损耗低。242024/6/15热轧与冷轧的区别(1)冷轧硅钢片的磁饱和点高，磁通密度在132热轧与冷轧的区别(3)冷轧硅钢片有无取向和取向两种。取向冷轧硅钢片有明显的方向性，即沿着轧制的方向的磁性能好，饱和磁通密度高，单位损耗和单位励磁容量小。现在变压器上均采用冷轧取向硅钢片。热轧硅钢片都无取向。(4)采用剪切或冲压对硅钢片进行加工时，对冷轧硅钢片性能影响特别明显，对热轧硅钢片影响较小，因此小容量变压器采用冷轧硅钢片时，可采取退火措施，退火后一般可使空载损耗下降8左右。252024/6/15热轧与冷轧的区别(3)冷轧硅钢片有无取向和取向两种。取向冷轧33三相变压器三相变压器可以由三个单相变压器组成。三相变压器也可以将三个铁心柱和铁轭组成三相一体心式变压器。三相变压器三相变压器可以由三个单相变压器组成。34三相变压器磁路1、三相变压器组磁路2、三相一体心式变压器磁路3、三相五柱式壳式变压器磁路u+v+w=0三相变压器磁路1、三相变压器组磁路35变压器绕组的极性1、是指变压器一次、二次绕组中的感应电动势之间的相位关系。2、在同一交变磁通作用下，两绕组中同时产生感应电动势，在任何时刻同时具有相同电动势端子为同极性端（同名端）变压器绕组的极性1、是指变压器一次、二次绕组中的感应电动势之36同极性端的判断1、一次、二次绕组绕向一致的端子为同名端。2、利用楞次定律来判断同名端。3、电压表法。4、灵敏电流计法。同极性端的判断1、一次、二次绕组绕向一致的端子为同名端。37三相变压器极性的判断1、将三相变压器两相绕组串联，接一直流电源，用一电压表测量第三相绕组两端电压，若通电的瞬间，电压表读数为零，则接电源的两端子，是同名端。否则，是异名端。2、交换三相绕组，重复测量，找出三相绕组的同名端。三相变压器极性的判断1、将三相变压器两相绕组串联，接一直流电38三相变压器同名端的判断282024/6/15三相变压器同名端的判断282023/8/239三相变压器的连接星形连接(Y)（y）三角形连接（D）（d）1、Yy（2、4、6、8、10、12）2、Yd（1、3、5、7、9、11）3、Dy(1、3、5、7、9、11）4、Dd（2、4、6、8、10、12）计24种联接组别262024/6/15三相变压器的连接星形连接(Y)（y）262023/8/240五种标准联结组1、Yyn0Y/YN-122、Yd11Y/-113、Ynd11YN/-114、Yny0YN/Y-125、Yy0Y/Y-12272024/6/15五种标准联结组1、Yyn0Y/YN-12272041三相变压器的并联运行1、并联运行的优越性：一、保证供电的可靠性。二、提高运行的经济性。2、并联运行必须满足的条件：一、变比K相等二、短路电压Uk相等三、连接组别必须相同三相变压器的并联运行1、并联运行的优越性：42运行条件规定的原因1、变压器变压比不等时的并联运行：会在二次侧绕组中形成环流（平衡电流）危害：1、增大空载损耗2、输出电流不同，发生过载和轻载2、短路电压不等时的并联运行：二次侧阻抗不同，有负载运行时，变压器输出端电压不等，二次绕组有内环流产生。发生过载和轻载。运行条件规定的原因1、变压器变压比不等时的并联运行：43特种变压器常用的特种变压器：互感器（电压互感器、电流互感器）自耦变压器交流弧焊变压器三绕组变压器小功率变压器特种变压器常用的特种变压器：44互感器用于测量高电压或大电流的电路中：优点：1、与高压隔离，保证人身和测量仪表的安全。2、便于测量仪表标准化，扩大量程，提高测量精度。3、减少测量中的能量损耗。互感器用于测量高电压或大电流的电路中：优点：1、与高压隔离，45电流互感器的结构和工作原理结构：同双绕组变压器相似。由铁心和一次、二次绕组组成。一次绕组匝数很少，串联在被测线路中。二次绕组匝数多，与电流表相接。I1=KiI2=I2电流互感器的结构和工作原理结构：同双绕组变压器相似。由铁心和46电机与变压器知识讲解课件47电压互感器结构和工作原理结构：与双绕组变压器结构相似，由铁心和一次、二次绕组组成。一次绕组匝数较多，并联在被测电路中，二次绕组匝数较少，与电压表连接。U1=KUU2电压互感器结构和工作原理结构：与双绕组变压器结构相似，由铁心48三相异步电动机结构定子1、定子铁芯2、定子绕组3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等转子1、转子铁芯2、转子绕组3、转轴、风叶、轴承等292024/6/15三相异步电动机结构定子292023/8/249各部分的作用定子部分1、定子铁芯：磁路的一部分。2、定子绕组：电路的一部分。产生旋转磁场3、电机机壳、机座、端盖、防护罩等支撑作用、保护作用、通风散热。302024/6/15各部分的作用定子部分302023/8/250各部分的作用1、转子铁芯、磁路的一部分2、转子绕组，形成感生电流，产生电磁转矩。鼠笼式和绕线式。3、转轴、风叶、轴承等输出电磁力矩、冷却作用，减少摩擦，支承作用312024/6/15各部分的作用1、转子铁芯、磁路的一部分312023/8/251三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构52旋转磁场产生原理旋转磁场产生原理三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组U、V、W，各相绕组在空间上互差120电角度，如下图所示，向这三相绕组通入对称的三相交流电，如图（b）（c）所示。下面我们以两极电动机为例说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置。322024/6/15旋转磁场产生原理三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相53旋转磁场产生原理旋转磁场产生原理下图（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，（用中间加个表示），末端流出（用“”表示），当电流为负值时，于此相反。在t=0的瞬间，iu=0，iv为负值，iw为正值，如图（c）所示，则V相电流从V2流进，V1流出，而W相电流从W1流进，W2流出。利用安培右手定则可以确定t=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向，如图（d）所示。可见这时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上方式北极，下方是南极。332024/6/15旋转磁场产生原理下图（b）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各54在t=/2时，经过了四分之一周期，iu由零变为最大值，电流由首端U1流入，末端U2流出；iv仍为负值，U相电流方向与（1）时一样；iw也变为负值，W相电流由W1流出，W2流入，其合成磁场方向如图（d）所示，可见磁场方向已经较t=0时按顺时针方向转过90。342024/6/15在t=/2时，经过了四分之一周期，iu由零变为最大值，电55352024/6/15352023/8/256电机与变压器知识讲解课件57应用同样的分析方法可画出t=,t=2/3*,t=2时的合成磁场，分别如图（d）所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360，即旋转了一周。362024/6/15应用同样的分析方法可画出t=,t=2/3*,t=258（a）简化的三相绕组分布图（b）按星形连接的三相绕组接通三相电源（c）三相对称电流波形图（d）两极绕组的旋转磁场由此可以得出如下结论：在三相交流电动机定子上布置有结构完全相在空间位置各相差120度电角度的三相绕组，分别接入三相对称交流电，则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称此为旋转磁场。372024/6/15（a）简化的三相绕组分布图372023/8/259如果想要获得四极旋转磁场，则应把线圈的数目增加一倍，其布置如下图（a）（b）所示。并按上述方法分析得出，合成磁场在空间的示意图（C）。382024/6/15如果想要获得四极旋转磁场，则应把线圈的数目增加一倍，其布置如60四极电动机392024/6/15四极电动机392023/8/261我们比较一下这图和上文中的那个图中磁场的旋转速度，不难得出：旋转磁场的速度不仅与电流的频率有关，还与磁极对数有关。上文图（d）中，当三相交流电变化一周后（即每相经过360电角），其所产生的旋转磁场也正好旋转一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度。即n1=60f=3000转/分旋转磁场的速度等于三相交流电变化速度的一半，即n1=（60/2）f=1500转/分。故当磁极对数增加一倍，则旋转磁场的速度减少一半。402024/6/15我们比较一下这图和上文中的那个图中磁场的旋转速度，不难得出：62同理，通过理论分析可得出旋转磁场的转速为：n1=60f1/P，上述公式中n1：表示旋转磁场的转速，单位转/分；f1：表示三相交流电源的频率，单位赫兹；P：表示磁极对数；60：表示一分钟的60秒旋转磁场的转速n1又称为同步转速。我国三相交流频率规定50Hz（每秒50次交变），因此两极旋转速度是3000转/分，四极的为1500转/分，六极为1000转/分等。412024/6/15同理，通过理论分析可得出旋转磁场的转速为：n1=60f1/P63旋转磁场的方向旋转磁场的方向由上图可以看出，三相交流电按U-V-W相序变化，则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。若我们任意对调电动机两相绕组的电流相许，如：U-W-V相序，则由理论分析和实践证明，产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。由此可知，旋转磁场的旋转方向取决于通入绕组中的三相交流电源的相序，只要任意对调电动机的相序，则可改变旋转磁场的方向。422024/6/15旋转磁场的方向由上图可以看出，三相交流电按U-V-W 相序变化64三相异步电动机的接法432024/6/15三相异步电动机的接法432023/8/265三相电动机绕组同名端的判断442024/6/15三相电动机绕组同名端的判断442023/8/266异步电动机的效率电动机的额定功率Pn是指电动机在额定转速下转轴输出的功率电动机在电网吸收的电功率是P1=3I1U1cos=P2/P1452024/6/15异步电动机的效率电动机的额定功率Pn是指电动机在额定转速下转67电动机的电磁转矩T启动转矩TST s=0时的电磁转矩时的电磁转矩最大转矩TM Sm=R2/X20时的电磁转矩时的电磁转矩额定转矩TN=PN/=P/(2nN/60)=9.55P/nN机械负载转矩TL462024/6/15电动机的电磁转矩T启动转矩TSTs=0时的电磁转68电动机的机械特性T=f（n2）T=f（s）T=CTI2cos2472024/6/15电动机的机械特性T=f（n2）472023/8/269电动机的固有机械特性st=Tst/TN启动能力（1.7-2.2）Ist/IN=(4-7)m=Tm/TN过载能力（2.4-3.0）482024/6/15电动机的固有机械特性st=Tst/TN启动能力（70电动机的控制1、电动机的启动控制2、电动机的正反转控制3、电动机的调速控制4、电动机的制动控制492024/6/15电动机的控制1、电动机的启动控制492023/8/2711、电动机的启动控制1）电动机的直接启动2）电动机的降压启动1、串电阻降压启动2、自耦变压器降压启动3、星三角降压启动502024/6/151、电动机的启动控制1）电动机的直接启动502023/8/2721）电动机的直接启动电动机在启动时，启动电流较大，一般是额定工作电流的47倍对于较小容量的电机，其额定电流一般较小，其启动电流也较小，故可以采取直接启动的方式启动电机。对于较大容量的电机，其额定电流较大，其启动电流也较大，若采取直接启动的方式，会导致同网的线电压下降很多，影响同网上其他用电设备不能正常工作。512024/6/151）电动机的直接启动电动机在启动时，启动电流较大，一般是额定73三相异步电动机的点动控制522024/6/15三相异步电动机的点动控制522023/8/274三相异步电动机的运行控制532024/6/15三相异步电动机的运行控制532023/8/275542024/6/15542023/8/276552024/6/15552023/8/277电动机的正反转控制改变三相电源的相序，即改变电动机的转向562024/6/15电动机的正反转控制改变三相电源的相序，即改变电动机的转向5678三相电动机的运行和正反转控制572024/6/15三相电动机的运行和正反转控制572023/8/279582024/6/15582023/8/2802）电动机的降压启动1、串电阻降压启动2、自耦变压器降压启动3、星三角降压启动592024/6/152）电动机的降压启动1、串电阻降压启动59202811、串电阻降压启动原则：在较大电动机启动时，将电阻串接入三相电源电路，利用电阻的分压作用，使加入到三相定子绕组上的电压降低，从而降低启动电流，待电机有一点的转速时，电流下降到一定值，再将串接的电阻从线路中分离出来，将三相电源电压全部加入到三相定子绕组上，直到电动机转速达到额定转速运行。602024/6/151、串电阻降压启动原则：在较大电动机启动时，将电阻串接入三822、自耦变压器降压启动利用自耦变压器的电压变换作用，将三相电源电压变换到一个较低的电压，加在定子绕组上，启动电动机，从而降低了启动电流，待电动机转速达到一定的速度时，再将自耦变压器从三相电源电路中分离，使三相电源的电压全部加到三相定子绕组上，直到电动机的转速达到额定转速运行。612024/6/152、自耦变压器降压启动利用自耦变压器的电压变换作用，将三相833、星三角降压启动我们知道，三相电源的负载星形连接时，每项负载的电压是线电压的根3分之一，当负载三角形连接时，每相负载的电压是线电压。启动电动机时，定子绕组星形连接，其电压为线电压的根3分之一，电动机在较低的电压下启动，降低了启动电流。待电动机的转速达到一定的速度时，再将定子绕组变换成三角形连接，使线电压加到定子绕组上，电动机转速达到额定转速运行。622024/6/153、星三角降压启动我们知道，三相电源的负载星形连接时，每项84星三角降压启动控制接线图632024/6/15星三角降压启动控制接线图632023/8/285星三角降压启动控制接线图642024/6/15星三角降压启动控制接线图642023/8/286星三角降压启动电流652024/6/15星三角降压启动电流652023/8/2873、电动机的调速控制根据n=60f(1-s)/p可知：1、变频调速2、变极调速3、变转差率调速662024/6/153、电动机的调速控制根据n=60f(1-s)/p可知：662881、变频调速1、变频调速根据n=60f(1-s)/p可知：当s和p不变时，n与f成正比，改变f就改变了电动机的转速n。变频调速有专用的变频设备（变频器）672024/6/151、变频调速1、变频调速672023/8/289变频器调速接线图682024/6/15变频器调速接线图682023/8/290692024/6/15692023/8/2912、变极调速常用的变极有YY/Y和YY/两种;702024/6/152、变极调速常用的变极有YY/Y和YY/两种;702023923、变转差率调速712024/6/153、变转差率调速712023/8/2934、电动机的制动控制1、机械制动2、电气制动1）、反接制动2）、能耗制动3）、回馈制动（再生制动）4）、电容制动722024/6/154、电动机的制动控制1、机械制动722023/8/294732024/6/15732023/8/295三相异步电动机的能耗制动控制线路742024/6/15三相异步电动机的能耗制动控制线路742023/8/296能耗制动752024/6/15能耗制动752023/8/297单相电容启动异步电动机762024/6/15单相电容启动异步电动机762023/8/298单相电容运转式异步电动机772024/6/15单相电容运转式异步电动机772023/8/299单相电容启动运行式异步电机782024/6/15单相电容启动运行式异步电机782023/8/2100792024/6/15792023/8/2101单相异步电动机的正反转控制802024/6/15单相异步电动机的正反转控制802023/8/2102他励电动机的机械特性启动过程812024/6/15他励电动机的机械特性启动过程812023/8/2103直流电动机结构示意图822024/6/15直流电动机结构示意图822023/8/2104直流电机静止部分称作定子作用-产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成定子结构及作用832024/6/15直流电机静止部分称作定子定子结构及作用832023/8/2105直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用-产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成转子结构及作用842024/6/15直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)转子结构及作用842106定子1.主磁极是一种电磁铁，用1-1.5毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心主磁极和换向极示意图（图1.1.11）2.换向极（又称附加极或间极）作用-改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联85定子1.主磁极是一种电磁铁，用1-1.5毫米厚的钢板冲片107定子3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：固定主磁极、换向极和端盖作为磁路的一部分。机座中有磁通经过的部分称为磁轭4.电刷装置作用-把直流电压、直流电流引入或引出由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成86定子3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个作用：86108主磁极和换向极示意图87主磁极和换向极示意图87109转子1.电枢铁心两个用处：作为主磁路的主要部分嵌放电枢绕组，通常用0。5mm厚的硅钢片冲片叠压而成主磁极和换向极示意图2.电枢绕组直流电机的主要电路部分，用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换，由许多按一定规律联接的线圈组成，元件及嵌放方法（图1.1.16）3.换向器直流电机的重要部件，作用-将电刷上所通过的直流电流转换为绕组内的交变电流或将绕组内的交变电动势转换为电刷端上的直流电动势88转子1.电枢铁心两个用处：88110YDW系列低噪声外转子异步电动机可以与双进风离心式风机配套，广泛用于医院、宾馆、机场、科研单位及净化车间等对噪声有一定要求的场合。也是通风机、空调机、净化除尘设备、屋顶通风设备等机械的理想配套电动机。该系列电动机可降低无级调速，当电压为100V时，最大转差率为不小于45%。具体型号：YDW0.25-6、YDW0.37-6、YDW0.55-6、YDW0.8-6、YDW1.1-6、YDW1.5-6、YDW1.8-6、YDW2.2-6、YDW4-6外转子异步电动机892024/6/15YDW系列低噪声外转子异步电动机可以与双进风离心式风机配套，111直流电动机的结构902024/6/15直流电动机的结构902023/8/2112直流电动机励磁绕组912024/6/15直流电动机励磁绕组912023/8/2113直流电动机电枢铁心922024/6/15直流电动机电枢铁心922023/8/2114直流电动机磁路932024/6/15直流电动机磁路932023/8/2115直流电动机电枢结构942024/6/15直流电动机电枢结构942023/8/2116直流电动机换向片952024/6/15直流电动机换向片952023/8/2117直流电动机电枢结构962024/6/15直流电动机电枢结构962023/8/2118直流电动机电枢结构972024/6/15直流电动机电枢结构972023/8/2119直流电动机电刷装置982024/6/15直流电动机电刷装置982023/8/2120直流电动机电刷装置安装总成992024/6/15直流电动机电刷装置安装总成992023/8/2121直流电动机结构总成1002024/6/15直流电动机结构总成1002023/8/2122直流电动机总成1012024/6/15直流电动机总成1012023/8/2123直流电动机外观1022024/6/15直流电动机外观1022023/8/2124直流发电机的分类1032024/6/15直流发电机的分类1032023/8/2125直流发电机的工作原理1042024/6/15直流发电机的工作原理1042023/8/2126直流电动机工作原理2024/6/15直流电动机工作原理2023/8/2127直流电动机的型号1052024/6/15直流电动机的型号1052023/8/2128用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边ab和cd分别切割不同极性磁极下的磁力线，感应产生电动势。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势因为电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势。所以电刷A始终有正极性，同样道理，电刷B始终有负极性。所以电刷端能引出方向不变但大小变化的脉动电动势。直流发电机的工作原理1062024/6/15用电动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动，线圈边ab和129直流电动机工作原理1072024/6/15直流电动机工作原理1072023/8/2130串励电动机的机械特性1082024/6/15串励电动机的机械特性1082023/8/2131直流电动机的启动1092024/6/15直流电动机的启动1092023/8/2132直流电动机的正反转控制1102024/6/15直流电动机的正反转控制1102023/8/2133直流电动机的制动（能耗制动）1112024/6/15直流电动机的制动（能耗制动）1112023/8/21341122024/6/151122023/8/21351132024/6/151132023/8/2136直流电动机的机械特性的测定一、能力目标一、能力目标二、仪器与设备二、仪器与设备三、项目要求三、项目要求 （一）掌握用实验方法测定直流电动机的固有机械特性和人为机械特性1他励（并励）直流电动机固有机械特性的测定（1）按图13-1接线。直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。Rf1选用1800阻值。Rf2选用1800阻值。R1选用180阻值。R2选用阻值。直流电动机的机械特性的测定一、能力目标137直流电动机的机械特性的测定（2）将被试直流电动机M的励磁电阻Rf1调至最小值，电枢电路串联电阻R1调至最大值，负载发电机MG励磁电阻Rf2和电枢回路串联电阻R2均放置于阻值最大位置。（3）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，调节电枢电源的电压为220V，调节直流测功机的励磁电流If2、负载电阻R2和电动机的励磁调节电阻Rf1，使电动机达到额定值：UUN，IIN，nnN。此时M的励磁电流If即为额定励磁电流IfN。（4）保持UUN，If=IfN，If2为校正值不变的条件下，逐次减小电动机负载。测取电动机电枢输入电流Ia，转速n和测功机的负载电流IF（由校正曲线查出电动机输出对应转矩T2）。共取数据9-10组，记录。直流电动机的机械特性的测定（2）将被试直流电动机M的励磁138直流电动机的机械特性（5）由表13-1计算出P2和，并给出n、T2、f（Ia）及nf（T2）的特性曲线。电动机输出功率：P20.105nT2式中输出转矩T2的单位为N.m（由If2及IF值，从校正曲线T2=f（IF）查得），转速n的单位为r/min。电动机输入功率：P1=UI输入电流：I=Ia+IfN电动机效率：由工作特性求出转速变化率：直流电动机的机械特性（5）由表13-1计算出P2和，139直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性140他励直流电动机的机械特性2他励（并励）直流电动机人为机械特性的测定（1）电枢串电阻时的人为机械特性的测定调节被试电动机M电枢回路的附加电阻Rl为某一定值，保持电源电压U=UN，励磁电流If=IfN不变，按上述方法进行实验，逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。（2）改变电枢电压时的人为机械特性的测定调节被测电动机电枢电压，使被试电动机M的电枢电压为某一定值（如U=0.8UN），保持励磁电流If不变，按上述方法进行实验。逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。他励直流电动机的机械特性2他励（并励）直流电动机141直流电动机的机械特性（3）改变励磁电流时的人为机械特性的测定调节励磁回路调节电阻Rf1，使被试电动机M的励磁电流为小于额定励磁电流的某一定值（如0.8IfN），电源电压U=UN不变，按上述方法进行实验。逐次调节发电机G的负载电流至额定值，共读取（910）组数据，记录。（二）掌握用实验方法测定直流串励电动机的固有机械特性和人为机械特性直流电动机的机械特性（3）改变励磁电流时的人为机械特性142直流电动机的机械特性直流电动机的机械特性143直流电动机的机械特性1固有机械特性的测试（1）按图13-2接线。直流测功机MG按他励发电机连接，在此作为直流串励电动机M的负载，用于测量电动机的转矩和输出功率。（2）由于串励电动机不允许空载启动，因此直流测功机MG先加他励电流If2,并接上一定的负载电阻R2，使电动机在启动过程中带上负载。（3）调节直流串励电动机M的电枢串联启动电阻R1及磁场分路电阻Rf1到最大值，打开磁场分路开关S1，合上电枢电源开关，启动M，并观察转向是否正确。直流电动机的机械特性1固有机械特性的测试144直流电动机的机械特性（4）M起动正常后，将其电枢串联电阻R1调至零，同时调节MG的负载电阻R2，调节电枢电源电压，使M的电枢电压U1=UN、I=1.2IN。（5）在保持U1=UN、If2为校正值的条件下，逐次减小负载（即增大R2）直至n1.4nN为止，每次测取I、n、IF，共取（67）组数据，记录。直流电动机的机械特性（4）M起动正常后，将其电枢串联145直流电动机的机械特性2电枢串电阻后的人为机械特性（1）保持MG的他励电流If2为校正值，调节负载电阻氏R2。断开直流串励电动机M的磁场分路开关S1，调节电枢串联起动电阻R1到最大值，起动M。（2）调节串入M电枢的电阻R1、电枢电源的电压和校正电机MG的负载电阻R2，使M的电枢电源电压等于额定电压（即U=UN）、电枢电流I=IN、转速n=0.8nN。（3）保持此时的R1不变和U=UN，逐次减小电动机的负载，直至nl.4nN为止。每次测取U1、I、n、IF共取数据（67）组，记录。直流电动机的机械特性2电枢串电阻后的人为机械特性146直流电动机的机械特性四直流电动机的运行原理与机械特性四直流电动机的运行原理与机械特性（一）直流电机的电动势、转矩和功率1直流电动机的电动势当电枢转动时，电枢绕组中的导体在不断切割磁力线，因此每根载流导体中将产生感应电动势，其大小为对于给定的直流电动机，磁感应强度B与每极磁通成正比，导体的运动速度v与电枢的转速n成正比，而导体的有效长度和绕组匝数都是常数，因此直流电动机两电刷间总的电枢电动势的大小为直流电动机的机械特性四直流电动机的运行原理与机械特性147直流电动机的机械特性（13-1）式中Ce电动势常数（与电动机结构有关的另一常数）；每极磁通（Wb）；n电动机转速（rmin）；Ea电枢电动势（V）。由此可知，直流电动机在旋转时，电枢电动势Ea的大小与每极磁通和电动机转速n的乘积成正比，它的方向与电枢电流方向相反，在电路中起着限制电流的作用，因此称为反电势。直流电动机的机械特性（13-1）148直流电动机的机械特性2电磁转矩由电磁力公式可知，每根载流导体在磁场中所受电磁力为对于给定的电动机，磁感应强度B与每个磁极的磁通成正比，导线电流i与电枢电流I成正比，而导线在磁极磁场中的有效长度l及转子半径等都是固定的，仅取决于电动机的结构，因此直流电动机的电磁转矩T的大小可表示为直流电动机的机械特性2电磁转矩149直流电动机的机械特性（13-2）式中CT电机转矩常数（与电动机结构有关的常数）；Ia电枢电流（A）；T电磁转矩（Nm）。由式（13-2）可知，直流电动机的电磁转矩T与每极磁通和电枢电流Ia的乘积成正比。电磁转矩的方向由左手定则决定。直流电动机的机械特性（13-2）150直流电动机的机械特性直流电动机的转矩T与转速n及轴上输出功率P的关系式为（13-3）式中P电动机轴上输出功率（W）；n电动机转速（rmin）；T电动机电磁转矩（Nm）。直流电动机的机械特性直流电动机的转矩T与转速n及轴上输151直流电动机的机械特性3直流电动机的效率直流电动机的效率为（13-4）（二）他励直流电动机的机械特性1他励直流电动机机械特性方程式由他励直流电动机电动势平衡方程式直流电动机的机械特性3直流电动机的效率152直流电动机的机械特性式中Rpa电枢回路外串电阻（）又由，可得再由，得，最终可得机械特性方程：（13-5）（13-6）直流电动机的机械特性式中Rpa电枢回路外串电阻153直流电动机的机械特性上式他励电动机的机械特性方程，它具有以下特性：（1）T=0，n=U/（Ce）称为理想空载转速，空载转速n0与U成正比，与成反比，当U与不变时，n0是一个定值。（2）并励电动机的机械特性是一条过n0点、并稍向下倾斜的直线。（3）他励电动机的机械特性具有硬的机械特性，即电动机负载转矩增大时，转速的下降并不大。电动机的转速调整率为式中nN为电动机的额定转速。直流电动机的机械特性上式他励电动机的机械特性方程，它具154直流电动机的机械特性（4）如果在并励直流电动机中，改变串入电枢回路的附加电阻，或者改变励磁电流的大小，就可改变它的机械特性曲线，这种改变后的机械特性曲线称为人工机械特性。并励直流电动机具有与他励直流电动机相似的“硬的”机械特性，由于并励电动机的励磁绕组与电枢绕组并联。共用一个电源，电枢电压的变化会影响励磁电流的变化，使机械特性比他励稍软。直流电动机的机械特性（4）如果在并励直流电动机中，改变155他励直流电动机的机械特性一般他励直流电动机的转速调整率n约为35。这种特性适用于转速比较稳定的场合。他励直流电动机的机械特性如图13-3所示。他励直流电动机的机械特性一般他励直流电动机的转速调整156直流电动机的机械特性2串励电动机的机械特性 串励电动机的机械特性为双曲线，如图13-4所示。它具有以下特性：（1）串励电动机的转速随转矩变化而剧烈变化，这种机械特性称为软特性。（2）串励电动机的转矩与电枢电流的平方成正比，因此，它的起动转矩大，过载能力强。（3）电动机空载时，理想空载转速n0为无限大，实际中n0可达nN的57倍，这是电动机的机械强度所不允许的。因此，串励电动机不允许空载或轻载运行。直流电动机的机械特性2串励电动机的机械特性157直流电动机的机械特性（4）串励电动机可通过电枢串电阻、改变电源电压、改变磁通达到人为机械特性适应负载和工艺的要求。直流电动机的机械特性（4）串励电动机可通过电枢串电阻、158电机与变压器知识讲解课件159微特电机，全称微型特种电机，简称微电机是指直径小于160mm或额定功率小于750W或具有特殊性能、特殊用途的微特电机。微特电机常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。微特电机，全称微型特种电机，简称微电机是指直径小于160mm160微特电机是工业自动化、农业现代化、武器装备现代化、办公自动化、家庭现代化等各个领域不可缺少的基础产品，其应用范围非常广泛，而且随着经济发展程度和技术进步还将进一步拓展。发达国家微特电机的家庭平均拥有量为80-130台，而中国大城市家庭平均拥有量大约在20-40台，远远低于西方发达国家。若每个家庭每年平均使用量增加1台，则中国每年微特电机需求量将增加3-4亿台，国内微特电机市场发展潜力较大。微特电机是工业自动化、农业现代化、武器装备现代化、办公自动化161微特电机综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密机械、新材料等多门学科的高新技术行业，尤其是电子技术和新材料技术的应用促进了微特电机技术进步。微特电机品种众多(达5000余种)、规格繁杂、市场应用领域十分广泛，涉及国民经济、国防装备、人类生活的各个方面，凡是需要电驱动的场合都可以见到微特电机。微特电机制造工序多，涉及精密机械、精细化工、微细加工、磁材料处理、绕组制造、绝缘处理等工艺技术，需要的工艺装备数量大、精度高，为了保证产品的质量还需一系列精密的测试仪器，是投资性较强的行业。简而言之，微特电机行业是劳动密集型和技术密集型的高新技术产业。微特电机综合了电机、微电子、电力电子、计算机、自动控制、精密162种类微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自整角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。种类微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自整163结构电磁式微特电机在结构上大体可分为3类:微特电机零件基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。结构电磁式164组合式常见的有两种:上述各种微电机的组合;微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X方向与Y方向直线电动机的组合等。非电磁式外形结构与电磁式一样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。组合式165微特电机性能各类微特电机的性能差别很大，其性能参数难以统一阐明。一般说来，用于驱动机械的，侧重于运行及起动时的力能指标;作电源用的要考虑输出功率、波形和稳定性;作控制用微电机则偏重于静态和动态的特性参数。前两类电机的特性参数与普通电机相似。微特电机性能各类微特电机的性能差别很大，其性能参数难以统一阐166用途运动机械无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源;音像设备例如，在盒式录像机中，微特电机既是磁鼓组件的关键元件，又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。自动化设备办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微特电机。用途运动机械167国内生产现状自20世纪80年代以来，微特电机的国内需求在不断增长。我国已引进50余条生产线，实现25个大类、60个系列、400个品种、2000个规格微特电机大批量、规模化生产。主要产品是有刷永磁直流电动机、小功率交流电动机、交直流串激电动机、罩极电动机、步进电动机、振动电机(手机用)等。1999年我国微特电机产量约30亿台，其中民营和国企的产量约2.5亿台，独资企业的产量约12亿台，香港地区的产量约14亿台，台湾地区的产量约1.8亿台。2000年生产量约39亿台，占全球总产量的60%。国内生产现状自20世纪80年代以来，微特电机的国内需求在不断168技术含量高的微特电机，如精密无刷电动机、高速同步电动机、高精度步进电动机、片状绕组无刷电动机、高性能伺服电动机以及新原理新结构超声波电动机国内尚未形成商品化或批量生产能力。所以国内对高精密微特电机还依赖进口。据海关统计，19952000年年均用汇增长26.9%，2001年虽然增加4.81%，还达11.97亿美元。技术含量高的微特电机，如精密无刷电动机、高速同步电动机、高精169微特电机国际市场分析微特电机国际市场分析世界经济在不断发展，人们生活水平在不断提高，微特电机作为不可缺少的基础机电产品，它既有低、中档、低投资的劳动密集型产品，又有采用先进制造技术、新兴电子技术和新材料技术应用相结合的高投资技术密集型产品，并已融入生产和销售的全球化。微特电机国际市场分析1702000年，全球微特电机市场在65亿台以上，主要分布在视听、办公自动化、电动车(含汽车)、家电和空调等领域。表1列出了2000年世界微特电机市场分布的状况及日本的占有率(在这里应该指出的是日本占有市场份额的相当大部分的中、低档微特电机已转移到我国内地生产)。伴随人们生活水平的提高，微特电机市场在迅速发展。通常每个家庭拥有微特电机的数量可以衡量一个国家现代化水平的程度，从表2可以知道发达国家日本每个家庭拥有微特电机数量逐年增长的历史状况和今后增长的趋势，其市场需求发展迅速、蕴藏着巨大的市场。2000年，全球微特电机市场在65亿台以上，主要分布在视听、171日本在微特电机轻、薄、小型化家电、空调用微特电机高效率化、静音化、工业伺服用微特电机高性能化诸方面进行了大量研发工作，在世界上处于领先地位，其产品技术含量大，占据了世界高档微特电机的绝大部分市场。日本在微特电机轻、薄、小型化家电、空调用微特电机高效率化、静172中国是微特电机出口大国中国自1995年至2000年微特电机出口年均创汇增长18.6%，2001年比2000年减少6.02%。受美国9.11事件的影响，美国、日本经济受到严重挫折全球经济不景气，是2001年出口减少的主要因素。表3列出了海关统计的19952001年微特电机出口的情况。2000年世界微特电机市场约65亿台，我国出口27.26亿台，占国际市场约42%的份额，其中玩具电机32151.1万台，37.5W的交直两用电机1970.6万台，750W的直流电动机、发电机237.7万台。据统计，80%为日本、香港和台湾地区在内地的投资企业所生产出口的微特电机。加入WTO后，中国微特电机行业已经进入机遇与挑战并存的全球经济大环境中，只有全力拼博、激烈竞争，才能夺取国际市场更大份额。中国是微特电机出口大国中国自1995年至2000年微特电机出173