电动机基础知识ppt课件

电动机的结构和工作原理 1 电动机的分类 交流电动机 2 三相异步电动机 三相异步电动机的铭牌及数据三相异步电动机的构造三相异步电动机的工作原理特殊三相异步电动机介绍三相电动机直观判断极性的方法 3 三相异步电动机铭牌数据 1 型号 用以表明电动机的系列 几何尺寸和极数 例如 Y132M 4 4 2 接法 定子三相绕组的联接方法 Y联结 联结 5 3 电压 例如 380 220V Y 是指线电压为380V时采用Y联结 线电压为220V时采用 联结 说明 一般规定 电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5 因为在电动机满载或接近满载情况下运行时 电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值 从而使电动机过热 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值 三相异步电动机的额定电压有380V 3000V 及6000V等多种 6 4 电流 例如 Y 6 73 11 64A表示星形联结下电机的线电流为6 73A 三角形联结下线电流为11 64A 5 功率 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率大小 7 异步电动机产品名称代号 8 三相异步电动机的结构 下面是它主要部件的拆分图 右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图 9 定子部分 10 一 定子部分 1 定子铁心 导磁部分 定子铁心是电机磁路的一部分 并起固定定子绕组的作用 为了增强导磁能力和减小铁耗 定子铁心常选用0 5mm或0 35mm厚的硅钢片冲制叠压而成 片间涂上绝缘漆 定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽 用以嵌放定子绕组 11 12 2 定子绕组 放在定子铁心内圆槽内 导电部分 定子绕组是异步电动机的电路部分 其材料主要采用紫铜 小型异步电动机常采用三相单层绕组 大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式 三相绕组的六个出线端子均接在机座侧面的接线板上 可根据需要将三相绕组接成Y形或 形 一 定子部分 13 14 3 机座机座是电动机的外壳 支撑电机各部件 并通过机座的底脚将电机安装固定 全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁 故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热面 中小型电机采用铸铁机座 大型电机一般采用钢板焊接机座 一 定子部分 15 16 转子部分 17 1 转子铁心转子铁心也是电机磁路的组成部分 并用来固定转子绕组 铁心材料也用0 5mm或0 35mm厚的硅钢片冲制叠压而成 故通常用冲制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作 转子铁芯固定在转轴上 其外圆上开有槽 用来嵌放转子绕组 二 转子部分 18 19 2 转子绕组 根据转子绕组的结构型式可分为1 鼠笼式转子 转子铁心的每个槽内插入一根裸导条 形成一个多相对称短路绕组 2 绕线式转子 转子绕组为三相对称绕组 嵌放在转子铁心槽内 二 转子部分 20 按转子结构分 绕线型异步电动机 鼠笼型异步电动机 21 鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图 三相绕线型转子结构图 22 三相异步电动机工作原理 23 图为三相异步电动机转动原理示意图 三相交流电通入定子绕组后 便形成了一个旋转磁场 其转速 旋转磁场的磁力线被转子导体切割 根据电磁感应原理 转子导体产生感应电动势 转子绕组是闭合的 则转子导体有电流流过 假设旋转磁场按顺时针方向旋转 且某时刻为上为北极N下为南极S 如图所示 根据右手定则 在上半部转子导体的电动势和电流方向由里向外 用 表示 在下半部则由外向里 用 表示 异步电动机 三相电动机的转动原理 24 旋转磁场的旋转速度 两极三相异步电动机 即2p 2 定子绕组产生的旋转磁场 由分析可见 当三相交流电变化一周后 即每相经过360度电角度 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 60f1 3000转 分 三相异步电动机定子绕组为p对极时 旋转磁场转速为 n1 60 f1式中n1 旋转磁场转速 又称同步转速 转 分f1 三相交流电源的频率 赫p 磁极对数 25 特种三相异步电动机 起重用锥形电动机多速电动机振动电动机防爆电动机等 26 起重用锥形电动机 锥形转子电动机定子内腔和转子外形都成锥形 其锥形制动环镶嵌于风扇制动轮上 静制动环镶在后端盖上 定子通电后 产生旋转磁场 同时产生轴向磁拉力 使转子轴向移动并压缩弹簧 使风扇制动轮上的锥形环与静制动环离开 转子开始转动 定子断电后 轴向磁拉力消失 转子在弹簧的作用下 连同风扇制动轮一起复位 使动静制动环接触 产生摩擦力矩 迫使电动机立即停转 一般此种电动机没有单相的 27 多速电动机 电机的变速采用改变绕组的连接方式 也就是说用改变电机旋转磁场的磁极对数来改变它的转速 28 29 变极调速原理 定子上每相有两组线圈 每组线圈用一个集中绕组线圈来代表如果把定子绕组U相的两组线圈1u1 1u2和2u1 2u2反向并联 则气隙中将形成两极磁场 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 30 变极调速原理 若把两组线圈正向串联 使其中一组线圈的电流反向 则气隙中将形成四极磁场 由此可见 欲使极对数改变一倍 只有改变定子绕组的接线 使其中一半绕组中的电流反向即可实现 1u1 1u2 2u1 2u2 S N 1u1 1u2 2u1 2u2 S N S N N S 31 振动电动机 振动电机可产生圆形 椭圆形 直线形 复合形运动方式 振动电机是靠自身的高频振动 来产生振动力的 32 防爆电动机 防爆电机是一种可以在易燃易爆厂所使用的一种电机 运行时不产生电火花防爆电机主要用于煤矿 石油天然气 石油化工和化学工业 此外 在纺织 冶金 城市煤气 交通 粮油加工 造纸 医药等部门也被广泛应用 防爆电机作为主要的动力设备 通常用于驱动泵 风机 压缩机和其他传动机械 33 三相电动机直观判断极性的方法 34 单相异步电动机 1 单相异步电动机的结构2 单相异步电动机的工作原理3 单相异步电动机的调速4 单相异步电动机常见接线方法 35 单相异步电动机的结构 单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似 转子绕组也为一笼形转子 定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组 为了能产生旋转磁场 在启动绕组中还串联了一个电容器 其结构如图所示 36 工作原理为了能产生旋转磁场 利用启动绕组中串联电容实现分相 其接线原理如图a所示 只要合理选择参数便能使工作绕组中的电流与启动绕组中的电流 相位相差90 如图b所示 分相后两相电波形如图所示 电容分相单相电动机接线图及相量图 两相电流波形图 37 单相异步电动机的调速单相异步电动机的调速方法主要有变频调速 晶闸管调速 串电抗器调速和抽头法调速等 变频调速设备复杂 成本高 很少采用 下面简单介绍目前较多采用的串电抗器调速 抽头法调速和晶闸管调速 1 串电抗器调速在电动机的电源线路中串联起分压作用的电抗器 通过调速开关选择电抗器绕组的匝数来调节电抗值 从而改变电动机两端的电压 达到调速的目的 如图所示 串电抗器调速 其优点是结构简单 容易调整调速比 但消耗的材料多 调速器体积大 串电抗器调速接线图 38 2 抽头法调速如果将电抗器和电机结合在一起 在电动机定子铁心上嵌入一个中间绕组 或称调速绕组 通过调速开关改变电动机气隙磁场的大小及椭圆度 可达到调速的目的 根据中间绕组与工作绕组和启动绕组的接线不同 常用的有T形接法和L形接法 如图所示 抽头法调速与串电抗器调速相比较 抽头法调速时用料省 耗电少 但是绕组嵌线和接线比较复杂 3 晶闸管调速利用改变晶闸管的导通角 来实现加在单相异步电动机上的交流电压的大小 从而达到调节电动机转速的目的 这种方法能实现无级调速 缺点是会产生一些电磁干扰 目前常用于吊式风扇的调速上 a T形接法 b L形接法抽头法调速接线图 39 图中所示为电容运转式单相电动机 常见的有单相排风扇 鼓风机 家用水泵等 它们的主副绕组不一样 单相异步电动机常见接线方法1 副绕组 主绕组 电容 220v电源 40 单相异步电动机常见接线方法2 副绕组 主绕组 电容 220v电源 图中所示为普通单相洗衣机电机内部原理图 其中要注意的时主副绕组是数据是一样的 两绕组的结合点为公共点 两绕组的另外两端跨接电容 单相电源一根直接送给公共点 另外一根送给跨接电容绕组的其中一个 转换开关 41 图中所示为单相双值电动机 它一般应用与功率稍微较大的单相电动机使用 例如木工锯床 和大功率水泵 单相异步电动机常见接线方法3 副绕组 主绕组 运转电容 220v电源 启动电容 离心开关 42 直流电动机 直流电动机的构造直流电动机的工作原理他励直流电动机自励直流电动机 43 直流电动机的构造 1 风扇 2 机座 3 电枢 4 主磁极 5 刷架 6 换向器 7 接线板 8 出线盒 9 换向极 10 端盖 直流电动机的结构图 直流电机由定子 固定不动 与转子 旋转 两大部分组成 定子与转子之间有空隙 称为气隙 定子部分包括机座 主磁极 换向极 端盖 电刷等装置 转子部分包括电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 风扇等部件 44 看视频 45 他励直流电动机 他励直流电动机的励磁绕组由独立的励磁电源供电 它与电枢绕组互不相连 因此励磁电流的大小由励磁电源Uf的大小决定 46 自励直流电动机 并励直流电动机串励直流电动机复励直流电动机 47 并励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组并联 利用调节电阻的大小来调节励磁电流 它的特点是励磁绕组匝数多 导线截面较小 励磁电流只占电枢电流的一小部分 48 串励直流电动机 励磁绕组与电枢绕组串联 因此流过励磁绕组的电流与流过电枢绕组的电流相等 其特点是励磁绕组匝数少 导线截面较大 而在励磁绕组上的电压降则很低 49 复励直流电动机 它有两组励磁绕组 一组与电枢并联 另一组与电枢绕组串联 当两组绕组产生的磁通方向一致时 称为积复励电机 50 伺服和步进电动机 伺服电动机结构和工作原理步进电动机结构和工作原理 51 伺服电动机 从电机结构上看 感应电机定子和转子 伺服电机定子和转子 线圈 永磁铁 这两种电机动作原理是怎样的 52 伺服电动机 1 基本结构交流伺服电动机主要由定子和转子构成 定子铁心通常用硅钢片叠压而成 定子铁心表面的槽内嵌有两相绕组 其中一相绕组是励磁绕组 另一相绕组是控制绕组 两相绕组在空间位置上互差90 电角度 工作时励磁绕组f与交流励磁电源相连 控制绕组k加控制信号电压 53 伺服电动机特点 感应电机动作原理 交流电通过定子时在内部产生旋转磁场 转子切割磁力线产生感应电流 感应电流产生与定子磁场相互作用的磁场 这样转子就跟随定子的旋转磁场旋转起来 但转子转速始终落后于定子旋转磁场 伺服电机动作原理 交流电通过定子时在内部产生旋转磁场 因为伺服电机转子自身带磁铁 这样转子会立刻跟随定子旋转磁场旋转 并且始终与定子旋转磁场同步 电机自身结构决定了伺服电机比感应电机反应快 加减速迅速 54 伺服电动机三大显著特点 1 起动转矩大由于转子电阻大 其转矩特性与普通异步电动机的转矩特性相比 有明显的区别 它可使临界转差率S0 1 这样不仅使转矩特性 机械特性 更接近于线性 而且具有较大的起动转矩 因此 当定子一有控制电压 转子立即转动 即具有起动快 灵敏度高的特点 55 2 运行范围较广3 无自转现象正常运转的伺服电动机 只要失去控制电压 电机立即停止运转 当伺服电动机失去控制电压后 它处于单相运行状态 由于转子电阻大 定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性以及合成转矩特性使转子不能转动 交流伺服电动机的输出功率一般是0 1 100W 当电源频率为50Hz 电压有36V 110V 220 380V 当电源频率为400Hz 电压有20V 26V 36V 115V等多种 伺服电动机三大显著特点 56 伺服电动机另一个特点 编码器 伺服电机相比感应电机的一个重要特征 编码器 通过编码器反馈给驱动器的信号 驱动器可以准确判断伺服电机的转速和准确位置 由于有了以上一些特性 伺服电机就可以做高速高精的定位控制 或者速度控制 或者扭矩控制 57 步进电动机 一般电动机都是连续旋转 而步进电动却是一步一步转动的 故叫步进电动机 每输入一个冲信号 该电动机就转过一定的角度 因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移的执行元件 58 步进电动机的转子为多极分布 定子上嵌有多相星形连接的控制绕组 由专门电源输入电脉冲信号 每输入一个脉冲信号 步进电动机的转子就前进一步 由于输入的是脉冲信号 输出的角位移是断续的 所以又称为脉冲电动机 59 六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电 转子齿与定子A A 对齐 图a 然后在A相继续通电的情况下接通B相 这时定子B B 极对转子齿2 4产生磁拉力 使转子顺时针方向转动 但是A A 极继续拉住齿1 3 因此 转子转到两个磁拉力平衡为止 这时转子的位置如图3b所示 即转子从图 a 位置顺时针转过了15 接着A相断电 B相继续通电 这时转子齿2 4和定子B B 极对齐 图c 转子从图 b 的位置又转过了15 其位置如图d所示 这样 如果按A A B B B C C C A A 的顺序轮流通电 则转子便顺时针方向一步一步地转动 步距角15 电流换接六次 磁场旋转一周 转子前进了一个齿距角 如果按A A C C C B B B A A 的顺序通电 则电机转子逆时针方向转动 这种通电方式称为六拍方式 60 完 61