电机学基础.doc

0. 引言w 电机学是工业电气自动化、电气技术和供用电技术等专业的一门专业基础课。w 其内容包括直流电机、直流电动机的电力拖动、变压器、三相异步电动机、三相异步电动机的电力拖动、同步电机、驱动和微控电机、电动机的选择八个部分。w 要求掌握电机基本结构和工作原理，以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法，培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力。w 本次讲座主要简单地讲一讲与大家比较密切的交流电动机的工作原理和运行维护方面知识。其他不涉及。0.1 本次讲座的主要内容w 1、电机的分类w 2、电动机的结构w 3、电动机的原理w 4、电动机的控制w 5、电动机的保护w 6、电动机的启动w 7、电动机的调速w 8、电动机的维护1. 电机的分类w 电机：实现能量转换或信号转换的电磁装置w 电机：实现电能和机械能相互转换的电气设备。有发电机和电动机两种运行形式。2.0 电动机结构w 鼠笼式电动机外形图电动机结构模型电动机各个部分名称2.1 电动机剖面图2.2 鼠笼式电动机转子剖面图2.3 绕线式电动机转子剖面图2.4 电动机各个部分功能w 1定子部分 定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。 定子外壳w （1）外壳 三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件 w 机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。 w 端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。w 轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。 w 接线盒：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。 w 吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。 定子铁心w （2）定子铁心 异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图3.2所示。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。定子绕组w （3）定子绕组 定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为u1, v1, w1 ，末端分别标为u2, v2, w2 。这六个出线端在接线盒里的排列，可以接成星形或三角形。 转子铁心w 2转子部分 转子部分有转子铁心、转子绕组。w （1）转子铁心w 是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。 转子绕组w 2）转子绕组异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。 w 绕线形绕组 与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能 w 笼形绕组 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图所示。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图所示。100kw以下的异步电动机一般采用铸铝转子。 其他部分w 3其他部分 其他部分包括端盖、风扇等。 w （1）端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。 w （2）风扇则用来通风冷却电动机。 w 三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使启动性能变差。 3.0 电动机工作原理模型w 是应用通电导体在磁场中产生电磁力而旋转的原理。w 在正半周时，交流电从1流入，经过cd和ab再从2流出。w 由于ab此时在上面。w 根据左手定则，电磁力使顺时针方向旋转。w 在负半周时，交流电从2流入，经过ab和cd再从1流出。w 由于转动，ab此时在下面。w 根据左手定则，电磁力使顺时针方向旋转。w 模型是转子通电，磁场固定，制造麻烦，实际上电机采用定子通电，磁场旋转，制造比较方便。3.1 感应电动机的基本工作原理 w 感应电动机的工作原理是这样的：当三相定子绕组通过三相对称的交流电流时，产生一个旋转磁场这个旋转磁场在定子内膛转动，其磁力线切割转子上的导线，在转子导线中感应起电流由于定子磁场与转子电流相互作用力产生电磁力矩，于是，定子旋转磁场就拖着具有载流导线的转子转动起来工作原理用框图来表述3.2 三相电动机磁场旋转一周过程w a相电流在0时w 由于三相电机的旋转磁场由三相电流的相序决定，所以改变其中的两相电流相序，就能改变磁场旋转方向，从而实现电机反转。4.0 电动机的控制w 电气控制系统都是由用电设备、控制电器和保护电器组成的。w 用来控制用电设备工作状态的电器称为控制电器。w 用来保护电源和用电设备的电器称为保护电器。4.1 电动机简单控制w 对于1kw以下的小电动机，一般采用刀闸或开关控制。w 好处：简单，可靠。投资少。w 坏处：要到现场操作，不能实现远方操作和自动控制，保护比较简单。4.2 电动机的复杂控制w 利用接触器（或开关）与其他电器组合构成。w 设计原则：w 1、必须考虑电动机启动、停止的远方控制。w 2、必须考虑电动机的正反转控制。w 3、必须考虑电动机的启动方式。w 4、必须考虑电动机的位置控制（行程开关）。w 5、必须考虑电动机的顺序控制。w 6、必须考虑电动机的连锁控制。w 7、必须考虑电动机的制动控制。w 8、必须考虑电动机的保护控制。交流接触器w 交流接触器：是利用电磁吸力工作的自动控制电器。w 它主要是由电磁铁和触点组两部分组成。电磁铁的铁心分上、下两部分，下铁心是固定不动的静铁心，上铁心是可以上下移动的动铁心。按钮w 按钮：通常用于发出操作信号，接通或断开电流较小的控制电路，以控制电流较大的电动机或其他电气设备的运行。w 按钮的结构如图所示，它由按钮帽、动触点、静触点和复位弹簧等构成。电动机的接触器控制（停止不通电时）电动机的接触器控制（运行通电时）完整的电路图w 一个完整的电路图至少应该具有以下几个部分：w 1、短路保护w 2、过载保护w 3、失压保护w 4、自锁功能w 5、信号显示5.0 电动机的保护w 1、短路保护的电器：w （1）、熔断器。w （2）、开关。w 2、过载、过电流保护的电器：w （1）、热继电器。w （2）、电动机综合保护器。w （3）、电动机智能mcc控制保护装置。w （4）、开关。w （5）、继电保护。w （6）、变频器。5.1 常见的控制保护组合方式w 1、熔断器（或开关）+接触器+热继电器的组合方式。 这种方式最常见，大部分小电机采用此方式。如：电厂的普通电机、柠厂的电机采用。w 2、熔断器（或开关）+接触器+电动机综合保护器的组合方式。 这种方式在60mw电厂部分电机采用。w 3、熔断器（或开关）+接触器+智能mcc控制保护装置的组合方式。 这种方式在135mw电厂大部分小电机采用。w 4、熔断器（或开关）+变频器的组合方式。 这种方式在135脱硫大部分电动机采用。w 5、自动开关+继电保护的组合方式。 这种方式在电厂的重要电机上采用。w 采用什么方式取决于电机的重要性和投资两方面。热继电器过载保护w 热继电器是利用电流的热效应，使双金属片受热弯曲，推动联动机构使触头动作，切断控制回路，从而使主回路断电，起过载保护作用。电动机综合保护器w 正泰、德力西电动机综合保护器的原理框图w 具有电压检测、电流检测的配置。w 具有过电压、欠电压、缺相、过载等保护。智能mcc保护装置w 保护功能 mcc的保护功能w 保护功能w 1、接地保护（0l、1l） w 装置通过ia+ib+ic=i0原理，由装置内部计算出接地电流i0，当i0大于用户设定值时，装置动作，切除故障，停止电动机工作。切除时间可由用户整定。 w 2、过热保护及过热禁止再启动保护 ： 整定的参数为电动机额定电流（2l）、电动机启动时间(3l)、发热常数(4l)、散热常数(5l)。w （1）、电机额定电流（2l）,由电动机铭牌给出。 w （2）、电动机启动时间(3l), 启动时间tqdj（电机启动由静止到额定转速的时间，单位：秒） 对于直接启动的电机，可由下式计算 tqdj =（iqde/ iqdmm） tyd 式中， iqde ：电动机额定启动电流（a） iqdmm：本次电动机启动过程中的最大启动电流（a） tyd：电动机允许堵转时间（s）w （3）、 发热时间常数tfr(4l) ， 由生产商提供的电动机过负荷能力估算 tfr=(x2-1.052)t (在x倍过负荷时允许运行t秒) w 根据经验推荐发热常数(4l)一般整定为200。 w （4）、散热时间常数(5l)tsr 按电机过热冷却至常态所需时间整定，一般为发热常数的4倍。 自动开关w 断路器：又称空气开关或自动开关。在功能上，它相当于闸刀开关、热继电器、过电流继电器和欠电压继电器的组合，能对电路进行过载、短路、欠电压保护，用于不频繁分、合电路。典型的低压断路器结构原理。w 它主要由触头系统、灭弧装置、保护系统和操作机构组成。w 脱扣器：图中7、为过电流，12为热继电器， 8为失压，14为分闸线圈。w 如果为dw15开关，还具有合闸线圈。继电保护框图w 电厂重要电动机都采用继电保护6.0 电动机的启动w 1、电动机的启动电流： 鼠笼式电动机启动电流为额定电流的47倍。 绕线式电动机启动电流为额定电流的1.52.5倍。w 由于电机启动电流比较大，为了减少启动时间，电机应该轻载启动，所以启动时必须关闭泵的出口门、风机的挡板门。w 2、电动机启动次数有何规定?w 正常情况下，鼠笼式转子的电动机，允许在冷状态下(铁芯温度50以下)，启动2-3次，每次间隔时间不得小于5分钟；允许在热状态下(铁芯温度50以上)启动一次只有在处理事故时，以及启动时间不超过2-3秒的电机可以多启动一次w 所以，鼠笼式感应型电动机在冷状态下可连续启动2-3次，而热状态下允许启动一次 6.1 电动机的启动方式w 1、直接启动w 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。简单，但起动电流大。w 电厂的大小电动机基本上都采用直接启动方式。这是因为一是电厂变压器的容量足够大、二是电厂厂用电电压高。w 2、降压启动（适用于鼠笼式电动机45kw以上）w 星形-三角形(y d) 起动（输灰空压机用）。w 自耦降压起动（灰库引风机用）。w 软启动器启动（煤泥烘干电动机用）。w 3、转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）7.0 电动机的调速w 1、变频调速 (无级调速)w 2、变极调速 (有级调速) （鼠笼式电机采用）w 3、变转差率调速 (无级调速)（绕线式电动机特有的一种调速方法） （1）、串电阻调速（燃料行车）。 （2）、串级调速（内反馈电机）。w 7.1 电动机的制动w 机械制动（抱闸） 制动方法 能耗制动（汽机行车、车床）w 电气制动 反接制动w 发电反馈制动8.0 电动机的维护w 8.1 电动机运行的注意事项 ：w 1电动机轴承温度有什么规定？周围温度为+35度时，w 滑动轴承（轴瓦）（增压风机、给水泵）不得超过80度。w 滚动轴承不得超过100度。绝缘电阻值w 2电动机绝缘电阻值是怎样规定的?(1)6kv电动机应使用1000v-2500v摇表测绝缘电阻，其值不应低于6m(2)380v电动机使用500v摇表测量绝缘电阻，其值不应低于05m(3)容量为500kw以上的电动机吸收比r60“/r15”不得小于13，且与前次相同条件上比较，不低于前次测得值的1/2，低于此值应汇报有关领导(4)电动机停用超过7天以上时，启动前应测绝缘，备用电机每月测绝缘一次。运行前检查：对于新安装或长期停用(3个月以上)的电动机，使用前应用绝缘摇表检查其绝缘电阻。(5)电动机发生淋水进汽等异常情况时启动前必须测定绝缘 。电压与电流w 3、电动机电源电压w 电动机可在额定电压变动-5+10%的范围内运行，其额定出力不变电动机在额定出力运行时，相间电压的不平衡不得超过5%w 4、电动机电流w 电动机的电流在正常情况下不得超过允许值三相电流之差不得大于10%异步电动机运行中，应注意电动机的电流值，不要超过其额定值。w 电流值的测量，用钳式电流表非 常方便。大中型电机一般在控制盘上都装有电流表。音响与气味w 5、电动机的音响和气味：w 电机在正常运行时音响应正常均匀，无杂音；电动机附近无焦臭味或烟味，如发现有异音，焦臭味或冒烟应采取措施进行处理 w 6、电动机的轴承的工作情况：w 主要是润滑情况，润滑油是否正常、温度是否高、是否有杂物w 听轴承的声音：运行正常的轴承发出轻微的“嗡嗡”声。如果在电动机运行中听到轴承发出“哽哽”的声音，说明轴承的内外钢圈或滚珠破裂。如果在电动机运行中听到轴承发出“骨碌、骨碌”的声音，说明轴承缺油。都要停止运行。 电机温升w 7、注意电动机的温升。w 关于温升，大型电机用埋入绕组中的测量元件来测量温度，中小型电机用温度计。有经验的维护人员用手摸机壳来判断温升。w 巡查时用手摸电动机的外壳，感觉是否有风吹出来，否则，就是电动机的风叶坏了，不能散热。这时候电动机就不能长期运行，应该停止运行。否则，电动机因为发热而烧毁电动机。电机振动w 8、电动机的振动测量：w 以750r/min的速度运转，各部分振动不超过12丝，w 以1000r/min的速度运转，各部分振动不超过10丝，w 以1500r/min的速度运转，各部分振动不超过8丝，w 以3000r/min的速度运转，各部分振动不超过6丝。 w 9、其它情况：w 如冷却水系统（给水泵）是否正常，绕线式电机滑环上的电刷运行是否正常等8.2 电动机故障处理 w 1电动机运行中发生哪些情况应立即停止运行?(1)人身事故；(2)电动机冒烟起火，或一相断线运行；(3)电动机内部有强烈的摩擦声(4)直流电动机整流子发生严重环火(5)电动机强烈振动及轴承温度迅速升高或超过允许值(6)电动机受水淹对于重要的厂用电动机的处理w 2在什么情况下可先启动备用电动机，然后再停止故障电动机?遇有下列情况，对于重要的厂用电动机可事先启动备用电动机组，然后停止故障电机：(1)电动机内发出不正常的声音或绝缘有烧焦的气味；(2)电动机内或启动调节装置内出现火花或烟气；(3)静子电流超过运行的数值；(4)出现强烈的振动；(5)