电机结构及电气知识课件

电机概述2.电机分类1.基本电磁定律3.变压器4.直流电机5.交流电机6.电机的防护等级2024/7/5磁路的基本定律 磁场作为电机实现机电能量转换的耦合介质，其强弱程度和分布状况不仅关系到电机的参数和性能，还决定电机的体积、重量。一、磁场的几个常用量 1.磁感应强度B 磁场是由电流产生的，表征磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度B,它是一个矢量。它与产生它的电流方向可以用右螺旋定则来确定。2024/7/52.磁通 在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场方向的面积A的乘积，为通过该面积的通量，称为磁通量，简称磁通。3.磁场强度H 磁场强度H是计算磁场时引用的一个物理量。它与表示物质磁导能力大小的磁导率 的乘积等于磁感应强度。2024/7/5二、基本定律1.电磁力定律载流导体在磁场中要受到电磁力的作用，三者方向互相垂直时，其大小为方向由左手定则确定。公式中B-磁场的磁感应强度i-导体中的电流l-导体的有效长度B IF最大2024/7/52.电磁感应定律1变压器电动势线圈与磁通之间没有相对切割关系，仅由线圈交链的磁通发生变化而引起的感应电动势称为变压器电势，如：自感电动势、互感电动势电动势方向由右手定则确定。2运动电动势（速率电动势）若磁场恒定，构成线圈的导体切割磁力线，使线圈交链的磁通发生变化，导体中感应的电动势称为运动电动势，三方向互相垂直时，其大小el Bvl2024/7/53.右手螺旋定则 1.通电直导线中的安培定则（安培定则一）：用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。2024/7/52.通电螺线管中的安培定则（安培定则二）：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通电螺线管的N极。2024/7/5电机的分类旋转旋转电机电机电动机：将电能转换为机械能，驱动电流机械发电机：由原动机拖动，将机械能转换为电能控制电机：进行信号的传递和转化，控制系统中的执行，检测或解算元件电电机机静止电机：变压器直流电机交流电机旋转电机异步电机同步电机2024/7/5变压器：是利用电磁感应原理从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器，这两个电路只有磁的耦合，通常没有电的联系。说明：输电过程中，通常先经过升压变压器升压变压器将电压升高，高压电经输电线传送到远方的城市，然后经过降压变压器降压变压器降压，最后经配电降压配电降压变压器变压器分配给用户。为什么要采用变压器？为什么要采用变压器？2024/7/5 输送同样的功率，电压低则电流大。电流越大，要求输送线越粗，而输送线一般都采用铜线，由于铜线的高成本和大质量，大电流给实际输送电线路的铺设提出了极大的挑战。另一方面大电流会在输电线路上引起极大的损耗，造成线路上极大的的压降，导致受电端电压很低，电能传送不出去。2024/7/5一、变压器组成与结构变变压压器器2.绕组绕组 绕组是变压器的电路部分，它一般用绕组是变压器的电路部分，它一般用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。纸包的绝缘扁线或圆线绕成。1.铁心铁心 铁心是变压器中的主要磁路部分铁心是变压器中的主要磁路部分3.油箱、储油柜、散热器、高低压绝缘套油箱、储油柜、散热器、高低压绝缘套管以及继电保护装置管以及继电保护装置（油浸式电力变压器）（油浸式电力变压器）2024/7/5变压器油的作用变压器油的作用1.绝缘：绝缘：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。使绕组与绕组，绕组与铁还可免受潮气的侵蚀。使绕组与绕组，绕组与铁心及油箱之间绝缘。心及油箱之间绝缘。2.散热：散热：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。器散出，保证变压器正常运行。3.消弧作用消弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开：在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。能，使电弧很快熄灭。2024/7/5二、单相变压器工作原理原线圈上加交变电流电铁心中产生交变磁通量副线圈中产生交变电动势副线圈相当于交流电源对外供电2024/7/5三、三相变压器由三台完全相同的单相变压器按三相连接方式连接而成。把三台单相变压器的铁心柱贴合在一起，这时，在中央公共铁心柱内的磁通为三相磁通之和。当三相变压器正常运行(三相对称)时，合成磁通为零，因此中央公共铁心柱可以省去。为了工艺方便，使中间相轭部磁路缩短，三个相的铁心柱排在一个平面上。2024/7/5直流电机：能输出直流电流的发电机，或通入直流电流而产生机械运动的电动机，用途相当广泛。定子转子电磁部分机械部分电磁部分机械部分2024/7/5直流电机用途励磁机励磁机(直流发电机)用于小于100MW的单机同步发电机电源电源直流发电机将机械能转化为直流电能动力动力直流电动机直流电能转化为机械能信号传递信号传递(测量元件)直流测速发电机机械信号转换为电信号信号传递信号传递(执行元件)直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号2024/7/5直流电机的物理模型图解释 说明：上图表示一台最简单的两极直流电机模型。固定部分(定子)：主磁极N和S，电刷B1和B2旋转部分(转子)：电枢铁心，两根导体连成的电枢线圈，换向器定子与转子间：气隙。当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。2024/7/5直流发电机说明：条件：原动机拖动转子以每分n转运动，电机的主磁极有磁场。现象：导体感应电势，大小与磁通密度B、导体的有效长度l和导体切割磁场速度v三者的乘积成正比，其方向用右手定则右手定则判断。2024/7/5直流电动机说明：条件：直流发电机去掉原动机，给两个电刷加上直流电源现象1：有直流电流从电刷A流入，经过线圈abcd，从电刷B流出，根据电磁力定律电磁力定律，载流导体ab和cd受到电磁力的作用，其方向可由左手定则左手定则判定，两段导体受到的力形成了一个转矩，使得转子逆时针转动。现象2：转过180度后，直流电流从电刷A流入，在线圈中的流动方向是dcba，从电刷B流出。此时载流导体ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定则左手定则判定，它们产生的转矩仍然使得转子逆时针转动。2024/7/5直流电机的励磁方式a)他励式；b)并励式；c)串励式；d)复励式2024/7/5交流电机：能输出交流电流的发电机，或通入交流电流而产生机械运动的电动机。交流电机异步电机同步电机鼠笼式鼠笼式异步电动机绕线式绕线式异步电动机隐极式隐极式同步电动机凸极式凸极式同步电动机分类：交流电机定子铁心：定子冲片定子绕组其他部件：机座，端盖，风罩，铭牌定子转子转子铁心：转子冲片转子绕组其他部件：轴，轴承，风扇结构：2024/7/5三相异步电机下面是三相异步电机的主要部件的拆分图。下面是三相异步电机的主要部件的拆分图。2024/7/5定子铁心2024/7/5定子绕组2024/7/5转子铁心2024/7/5转子绕组和轴2024/7/5鼠笼式转子鼠笼式转子：转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。若去掉转子铁心，整个绕组的外形像一个鼠笼，故称笼型绕组。小型笼型电动机采用铸铝转子绕组，对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。2024/7/5绕线式转子绕线转子绕组与定子绕组相似，也是一个对称的三相绕组，一般接成星形，三个出线头接到转轴的三个集流环上，再通过电刷与外电路联接。2024/7/5异步电动机工作原理1、异步电动机定子上有三相对称的交流绕组；2、三相对称交流绕组通入三相对称交流电流时，将在电机气隙空间产生旋转磁场；3、转子绕组的导体处于旋转磁场中；4、转子导体切割磁力线，并产生感应电势；5、转子导体通过端环自成闭路，并通过感应电流。6、感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁力，判断电磁力的方向。7、电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转。2024/7/5三相电动机的铭牌数据三相电动机的铭牌数据要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数据的意义。三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机型号型号型号型号Y132M-4Y132M-4Y132M-4Y132M-4功率功率功率功率7.5KW7.5KW7.5KW7.5KW频率频率频率频率50Hz50Hz50Hz50Hz电压电压电压电压380V380V380V380V电流电流电流电流15.4A15.4A15.4A15.4A接法接法接法接法转速转速转速转速1440r/min1440r/min1440r/min1440r/min绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级 B B B B工作方式工作方式工作方式工作方式连续连续连续连续年年年年 月月月月 编号编号编号编号2024/7/51、型号、型号为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。型号说明：型号说明：Y 132 M -4 Y 132 M -4 Y 132 M -4 Y 132 M -4 三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机磁极数磁极数磁极数磁极数机座中心高机座中心高机座中心高机座中心高机座长度代号机座长度代号机座长度代号机座长度代号（S-S-S-S-短机座；短机座；短机座；短机座；M-M-M-M-中机座；中机座；中机座；中机座；L-L-L-L-长机座）长机座）长机座）长机座）2024/7/5异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号产品名称产品名称产品名称产品名称异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号新代号新代号汉字意义汉字意义汉字意义汉字意义老代号老代号老代号老代号Y Y Y Y异异异异异绕异绕异绕异绕异爆异爆异爆异爆异起异起异起异起YRYRYRYRYBYBYBYBYQYQYQYQJ J J J、JOJOJOJOJRJRJRJR、JROJROJROJROJBJBJBJB、JBOJBOJBOJBOJQJQJQJQ、JQOJQOJQOJQO2024/7/52、接法、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1 V1 W1U1 V1 W1W2 U 2 V2W2 U2 V2 联结联结Y联结联结2024/7/53、电压、电压铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。4、电流电流铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流。5、功率与效率、功率与效率铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。所谓效率就是输出功率与输入功率的比值。2024/7/56、功率因数、功率因数因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个角。cos 就是功率因数。7、转速、转速 由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等级。最常用的是四磁极的（n0=1500r/min)。8、绝缘等级、绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。绝缘等级绝缘等级绝缘等级绝缘等级极限温度极限温度极限温度极限温度（0 0 0 0C C C C）A A A AE E E EB B B B1051051051051201201201201301301301302024/7/5三相电动机的调速三相电动机的调速调速就是在同一负载下能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。从三相异步电动机的转速公式从三相异步电动机的转速公式可以看到改变电动机的转速有三种可能：可以看到改变电动机的转速有三种可能：可以看到改变电动机的转速有三种可能：可以看到改变电动机的转速有三种可能：（1 1 1 1）改变电源频率）改变电源频率）改变电源频率）改变电源频率f f f f1 1 1 1（2 2 2 2）改变极对数）改变极对数）改变极对数）改变极对数p p p p（3 3 3 3）改变转差率）改变转差率）改变转差率）改变转差率s s s s2024/7/5一、变极调速一、变极调速由式可知，如果极对数减小一半，可知，如果极对数减小一半，可知，如果极对数减小一半，可知，如果极对数减小一半，则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多则旋转磁场的转速便提高一倍，转子转速差不多也提高一倍，因此，也提高一倍，因此，也提高一倍，因此，也提高一倍，因此，改变改变改变改变p p可以得到不同的转速。可以得到不同的转速。可以得到不同的转速。可以得到不同的转速。如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。如何改变极对数呢？这同定子绕组的接法有关。A A A A1 1 1 1X X X X1 1 1 1A A A A2 2 2 2X X X X2 2 2 2A A A AX X X XA A A A1 1 1 1X X X X1 1 1 1A A A A2 2 2 2X X X X2 2 2 2A A A AX X X Xp=2p=2p=2p=2的绕组接法的绕组接法的绕组接法的绕组接法p=1p=1p=1p=1的绕组接法的绕组接法的绕组接法的绕组接法2024/7/5二、变频调速二、变频调速变频调速就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。目前主要采用下图所示的变频装置整流器整流器整流器整流器 f f f f1 1 1 1=50Hz=50Hz=50Hz=50Hz逆变器逆变器逆变器逆变器-+M M M M3 3 3 3 f f f f可变可变可变可变整流器先将整流器先将50Hz50Hz的交流电变换为直流电，再由逆的交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相变器变换为频率可调、电压有效值也可调的三相交流电，供给鼠笼式异步电动机。由此可得到电交流电，供给鼠笼式异步电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有硬的机械特性。动机的无级调速，并具有硬的机械特性。2024/7/5三、变转差率调速三、变转差率调速只要在绕线式电动机的转子电路中接入一个调速电阻，改变电阻的大小，就可以得到平滑调速。如增大调速电阻时，转差率上升，而转速下降。这种调速方法的优点是设备简单、投资少；但能量损耗较大。2024/7/5三相电动机的起动三相电动机的起动一、起动方法一、起动方法鼠笼式电动机的起动方法有两种1、直接起动、直接起动2、降压起动、降压起动1、直接起动、直接起动 直接起动就是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电源上。这种起动方法虽然简单，但如上所述，由于起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的异步电动机才能采用直接起动的方法来起动。而对于功率较大的异步电动机通常都采用降压起动。2024/7/52、降压起动 所谓降压起动就是在电动机起动时，降低其所加的电压。其目的就是要减小起动电流。降压起动通常采用下面的几种方法。（1）星形三角形（Y-）换接起动 该方法只适合于电动机在工作时，其定子绕组接成三角形时的情况。如有一台三角形联接的电动机，接在电压为380V的电源上，其每相定子绕组上的电压就是380V；当采用星形联接并接在相同电源上，此时每相定子绕组上的电压是220V。2024/7/5动动触触点点Y动动触触点点2024/7/5 （2）自耦降压起动）自耦降压起动 自耦降压起动是利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，自耦降压起动适用于容量较大的或正常运行时联成星形不能采用三角起动器的鼠笼式异步电动机。（3）接起动电阻起动）接起动电阻起动 对于绕线式电动机的起动，只要在转子电路中接入大小适当的起动电阻，就可达到减小起动电流的目的；同时起动转矩也提高了。2024/7/5三相电动机的制动三相电动机的制动因为电动机的转动部分有惯性，所以把电源切断后，电动机还会继续转动一定时间后停止。为了缩短辅助工时，提高生产机械的生产率，并为了安全起见，往往要求电动机能够迅速停车和反转。这就需要对电动机制动。对电动机制动，也就是要求它的转矩与转子的转动方向相反。这时的转矩称为制动转矩。异步电动机的制动常用下列几种方法：异步电动机的制动常用下列几种方法：2024/7/5一、能耗制动一、能耗制动能耗制动能耗制动就是将运行中的电动机，从交流电源上切除并立即接通直流电源，在定子绕组接通直流电源时，直流电流会在定子内产生一个静止的直流磁场，转子因惯性在磁场内旋转，并在转子导体中产生感应电势有感应电流流过。并与恒定磁场相互作用消耗电动机转子惯性能量产生制动力矩，使电动机迅速减速，最后停止转动。M M M M3 3 3 3 R R R R+-n n n n0 0 0 0=0=0=0=0F F F Fn n n n2024/7/5二、反接制动二、反接制动M M M M3 3 3 3 n n n n0 0 0 0n n n n2024/7/5电机的防护等级电机和低压电器的防护包括两种防护，第一种防护是对固体异物进入内部以及对人体触及内部带电部分或运动部分的防护；第二种防护是对水进入内部的防护。外壳防护等级按如下方法标志：2024/7/5 其中，第一位数字表示第一种防护形式等级；第二位数字表示第二种防护形式等级，仅考虑一种防护时，另一位数字用“X”代替。前附加字母是电机产品的附加字母，W表示气候防护式电机、R表示管道通风式电机；后附加字母也是电机产品的附加字母、S表示在静止状态下进行第二种防护形式试验的电机、M表示在运转状态下进行第二种防护形式试验的电机。如不需特别说明，附加字母可以省略。第一种防护分为7级，各级防护性能见表1。第二种防护分为9级，各级防护性能见表2。2024/7/5表表1 电气设备第一种防护性能电气设备第一种防护性能2024/7/5表2 电气设备第二种防护性能2024/7/52024/7/5