电机的构造和工作原.ppt

电机培训,主 讲 人：于红霞 日 期：二00七年十一月,B,教学目的：,1、让大家掌握三相异步电机的结构和工作原理； 2、学会分析三相异步电机的机械特性。,三相异步电动机 教学内容,1 电机学概述 2 电机分类及结构 3 电机工作原理及旋转磁场的产生和特性 4 异步电机重要物理量 5 三相异步电动机的电磁转矩 6 三相异步电动机的机械特性,、 电机及电力拖动的发展历史 1802年奥斯特发现了电流在磁场中受力的物理现象，随后由安培对这种现象进行了科学的总结，发现了磁路定律及全电流定律。在此基础上人们在实验室里制成了直流电动机的模型。1831年法拉第发现了电磁感应定律,为生产制造各种发电机提供了依据。随后制成了直流发电机，替换了价格昂贵的电池，为直流电动机的广泛应用提供了电源。可见在电机与电力拖动发展史上首先得到应用的是直流电机。1871年凡麦尔发明了交流发电机, 1878年亚布洛契可夫用交流发电机和变压器发明的照明装置供电。1885年意大利物理学家费拉利斯发现了两相电流可以产生旋转磁场。一年以后费拉利斯和在美国的坦斯拉几乎同时制成了两相感应电动机的模型。,1888年多里沃多勃罗沃尔斯提出了三相制，并制成了三相感应电动机，奠定三相电路和三相电机的基础。此后三相交流电迅速地发展起来,到20世纪初，各种三相交流电动机均已设计制造成功。进入20世纪以后，人们在降低电机成本，减小电机尺寸,提高电机性能,选用新型电磁材料,改进电机生产工艺等方面进行了大量工作，使现代电机与上世纪初的电机有很大差别。 我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研究,以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完成的快速复杂的精巧工作。,在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单，调节性能好、损耗小、并能实现自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械均采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各生产过程,各时期科学技术的发展水平不同，它们所处的地位也有所不同。随着自动控制理论、电力电子技术、数控技术、计算机技术的不断发展,电力拖动装置的特性品质的提高,极大地提高劳动生产率和产品的质量,提高了电力拖动系统的自动化控制,所以电力拖动成为现代工农业电气自动化的基础.,在交流电出现以前，直流电力拖动是惟一的一种电力拖动方式。而交流电动机的研制成功，使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用。但是生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在启动、制动、正反转以及调速提出了新的、更高的要求。在20世纪中期以前，相当长一个时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。直流电动机具有调速性能优异这一突出优点，但是直流电机有电刷和换向器，所以故障率比较高,直流电动机的使用环境也受到一定的限制（如不能在有易燃、易爆气体及尘埃多的场合使用等），而且直流电动机的电压等级、转速、单机容量等也受到一定的限制。,20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，交流调速的方法不断进步和完善，其调速性能可与直流调速相媲美, 目前，在很多应用场合交流电动机的调速已取代直流电动机调速。而且交流电动机的调速将会取代直流电动机的调速，可以说这是一种必然的发展趋势。 电机是利用电磁感应原理工作，它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为：按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。,1.1 电机学习方法,学习方法： 1.抓住主要矛盾； 2.理论联系实际； 3.善于运用对比的方法。,能力目标： 1.培养识图能力以及比较分析和归纳总结的能力； 2.培养和训练发现问题、认识问题、解决问题实践操作的能力。,1 电机学概述,1.2 电机概念,何谓电机？,？,应用：厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活等。,定义：依据电磁感应定律实现电能的转换或者传递的一种电磁装置。,电能转化为 机械能,优点：结构简单，工作可靠，起动容易，维护方便，成本较低，故应用广泛。但是其调速性能差、功率因数低.,牵引电机,2.1电机分类,分 类,旋转电机,静止电机,同步电机,交流电机,直流电机,变压器,异步电机,三相电机,单相电机,绕线式,鼠笼式,2电机分类及结构,2.2电机结构,2.2.1 定子部分,铸铁或铸钢浇铸成型 保护和固定定子绕组。,机座,（1）外壳,用于保护线圈端部不受外物损伤，改善风的流通。,一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。,出线盒,通风罩,（a）定子铁心 （b）定子冲片 定子铁心及冲片示意图,（2）定子铁心,0.5mm厚涂有绝缘漆的薄硅钢片,薄硅钢片叠压而成,电动机磁路的一部分，如图所示，用来嵌放定子绕圈。,硅钢片?,半闭口槽形?,（3）定子绕组,电路部分，通三相对称电流时，就会产生旋转磁场,线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。再按一定规律嵌入定子铁心槽内。,2.2.2 转子部分,转子铁心,转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，热套在转轴上。,作用?,热套?,转子绕组是异步电动机电路的另一部分。,转子铜条（绕组）,作用?,绝缘？,引申？,转轴,压板,作用?,材料?,气隙一般为0.22mm。,怎么计算？,过小？,2.2.3 气隙,过大？,2.2.4其他部分,连接转动部分与不动部分， 目前都采用滚动轴承以减少摩擦。我们现场用滚珠和滚柱轴承。,用铸铁或铸钢浇铸成型。,端盖,轴承,不一样?,作用?,轴承盖,铸铁或铸钢浇铸成型的，,风扇,则用来通风冷却电动机。,作用?,对定子绕组的反作用,转子的转动示意图,右手定则?,发电机,左手定则?,电动机,三相交流电通入定子绕组,旋转磁场（n60f/p）,转子导条切割磁力线,电磁感应原理,转子导条产生感应电动势,转子导条产生感应电流,转子导条受电磁力和转矩,转子转动,在定子和转子的气隙内,转子导条是闭合的,FB.i.l,eB.l.v,3.1 转子转动工作原理,异步电动机模型(见动画）,导线长度,切割速度,（右手定则）,（左手定则）,异步,2. 线圈比磁场转得慢,3.2 旋转磁场的产生（见动画）,A,Y,C,B,Z,()电流出,()电流入,X,合成磁场方向： 向下,同理分析，可得 其它电流角度下 的磁场方向：,旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：换接其中两相,3.3 旋转磁场的旋转方向,3.4旋转磁场的转速大小,3.5 极对数（P）的概念,极对数,3.6 极对数（P）的改变,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。,3.7 极对数和转速的关系,三相异步电动机的同步转速,极对数,每个电流周期 磁场转过的空间角度,同步转速,3.8 电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速:,感应？,转差率 的概念：,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步 转速 的比值称为转差率，转差率用s来表示， 。即：,4. 异步电动机的重要物理量,随着转子转速的上升，转差率减小,异步电机运行中:,起动瞬间，n = 0,s=1 理想空载运行时：n=n1,s=0 作为电动机运行时，s的范围在0-1之间。 转差率一般很小，如s = 0.03。 制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与n反向，s1 发电运行时，n高于同步转速n1,s0.,根据转差率可以区分异步电动机运行状态,解:由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速,而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值(见表).显然,与975 最相近的同步转速 与此相应的磁极对数 =3,因此,额定负载时的转差率为,例2。 已知某异步电动机的磁极对数P=4,转差率S=4%,电源 频率 试求该电动机的转速.,例1。有一台三相异步电动机，其额定转速n=975 。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率,解:因,而,则,三相异步电动机的“电磁”关系,：漏磁通产 生的漏电动势（漏抗压降） 。,5.1 三相异步电动机的电路分析,5. 三相异步电动机的电磁转矩,：旋转的主磁通，产生的感应电动势。,取决于转子和旋转磁场的相对速度,转子功率因数,转子漏抗,电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。故电磁转矩与转子 电流的有功分量及定子旋转磁场的每极磁通成正比， 即：,常数，与结 构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,5.2电磁转矩公式,得到转矩公式,由公式可知,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,在一定的电源电压U和转子电阻R2下，电动机电磁转矩与转差率的关系T=f（S）曲线叫做异步电动机的转矩特性曲线 转速与转矩的关系为T=f（n）叫异步电动机的机械特性曲线。,6. 三相电动机的机械特性,6.1 定义： 电动机的机械特性是指电动机的转速和电磁转矩的关系。 电动机中存在两种转矩：电磁转矩和阻力矩。 阻力矩：由电机的负载及机械磨擦等因素产生,这两种转矩达到平衡状态时，转子转速将维持恒定。,转矩特性曲线,机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,6.2 电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,直至新的平衡。此过程中， 时， 电源提供的功率自动增加。,6.3 三个重要转矩,(N m),例1：如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为：,公式,解：第一台：,第二台：,如果 电机将会 因带不动负载而停转。,n0,T,n,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,过载系数：,三相异步机,当 U1 一定时，Tmax为定值,n0,T,n,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst=Tmax,起动能力,总漏抗越大，起动转矩越小；,6.4 机械特性和电路参数的关系,和电压的关系,结论,和转子电阻的关系,6.5 机械特性的软硬,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。 ,二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系,问：下面由八条相等线段组成图形总共有多少个正方形？ 要求：迅速做答，越快越好，可以补答； 讲师：将学员所答答案全部依次记下，反复询问是否还有新的答案。 学员一般反应：从20个到30个均有答案，,游戏,正确答案：设定最小正方型边为1的话， 则：边长为1的有16、边长为2的有9 ，边长为3的有4、边长为4的有1 总数则为30个 结论一：每个人看同样一件事物的深度是不同的，人需要认