3624836248电气工程实践14　电　　机

11ML8,主编,14电机14.1动力输出14.2三相交流异步电动机14.3单相交流电动机14.4直流电动机14.5电动机保养与维护14.6换向器电动机的运行故障14.7变压器14.8变压器和电动机的绕组15.1原电池(干电池),15.2二次电池,14电机,图-电机,14.1动力输出,14.1.1电动机的特性14.1.2电动机的保护形式14.1.3电动机的工作制,14.1.1电动机的特性,(1)铭牌每个电动机都有自己的铭牌(图14-2),铭牌上给出了生产厂家、型号命名、电动机类型和电压、电流、功率及转速的额定值，还给出了驱动形式、绝缘材料等级以及电动机的保护形式。()损耗电动机空载运行时产生的转矩输出是空载损耗，例如设备本身的摩擦损耗和通风机损耗。()构造形式电动机是按不同的封装形式和不同的轴的形式来生产的。,14.1.1电动机的特性,图-交流电动机的铭牌,(1)铭牌每个电动机都有自己的铭牌(图14-2),铭牌上给出了生产厂家、型号命名、电动机类型和电压、电流、功率及转速的额定值，还给出了驱动形式、绝缘材料等级以及电动机的保护形式。,()损耗电动机空载运行时产生的转矩输出是空载损耗，例如设备本身的摩擦损耗和通风机损耗。,图-三相交流异步电动机的功率流框图,()损耗电动机空载运行时产生的转矩输出是空载损耗，例如设备本身的摩擦损耗和通风机损耗。,图-旋转方向和接线盒位置的确定,()构造形式电动机是按不同的封装形式和不同的轴的形式来生产的。,表-电动机的构造形式根据DINVDEIEC34Code和Code(摘录),14.1.2电动机的保护形式,表-2电气设施的保护形式,14.1.3电动机的工作制,)连续工作制(S1)是指在负载恒定时电动机长时间运行至热稳定状态，而且稳定后的工作温度不超过允许值。)短时工作制(S2)的电动机运行时间比断电停转时间要短。)断续工作制(S3、S4、S5)。4)连续周期工作制(S6、S7)。5)包括负载和转速变化的连续周期工作制(S8)。6)负载和转速作非周期变化的连续周期工作制(S9)。7)离散恒定负载工作制(S10)包括不少于4种离散负载值(或等效负载)的工作制，每一种负载的运行时间应足以使电动机达到热稳定。,14.1.3电动机的工作制,表14-电动机的工作制(根据DINVDE0530),14.1.3电动机的工作制,B140303.TIF,14.1.3电动机的工作制,B140304.TIF,14.1.3电动机的工作制,B140305.TIF,14.1.3电动机的工作制,B140306.TIF,14.1.3电动机的工作制,B140307.TIF,)连续工作制(S1)是指在负载恒定时电动机长时间运行至热稳定状态，而且稳定后的工作温度不超过允许值。,)短时工作制(S2)的电动机运行时间比断电停转时间要短。,)断续工作制(S3、S4、S5)。,4)连续周期工作制(S6、S7)。,5)包括负载和转速变化的连续周期工作制(S8)。,6)负载和转速作非周期变化的连续周期工作制(S9)。,7)离散恒定负载工作制(S10)包括不少于4种离散负载值(或等效负载)的工作制，每一种负载的运行时间应足以使电动机达到热稳定。,14.2三相交流异步电动机,14.2.1鼠笼式转子电动机14.2.2异步电动机的特性14.2.3有集电环转子的三相交流异步电动机14.2.4变极式异步电动机14.2.5三相交流电动机连接交流电压14.2.6三相交流电动机的转速控制,14.2.1鼠笼式转子电动机,1.IEC-标准电动机有哪些优点？2.电动机的哪些工作制可以在额定负载下长时间运行？3.试描述保护形式IP23、IP44和IP58的保护范围。4.在自动洗衣机中淋水环境下工作的电动机必须采取哪些保护形式？5.试解释下列概念：a)额定转矩，b)起动转矩，c)最大转矩。,14.2.1鼠笼式转子电动机,图-鼠笼转子异步电动机的解剖图,14.2.1鼠笼式转子电动机,图-鼠笼和凹槽形式,14.2.1鼠笼式转子电动机,图-线圈的星形和三角形电路及接线端子板,14.2.1鼠笼式转子电动机,表-频率f=50Hz时常用电极数的同步转数,14.2.1鼠笼式转子电动机,图-鼠笼式电动机转矩特性曲线,14.2.1鼠笼式转子电动机,图-鼠笼式电动机负载特性曲线,1.IEC-标准电动机有哪些优点？,2.电动机的哪些工作制可以在额定负载下长时间运行？,3.试描述保护形式IP23、IP44和IP58的保护范围。,4.在自动洗衣机中淋水环境下工作的电动机必须采取哪些保护形式？,5.试解释下列概念：a)额定转矩，b)起动转矩，c)最大转矩。,14.2.2异步电动机的特性,()电压波动电网电压允许波动的范围是从6%10%。()起动过程鼠笼式三相交流电动机的起动电流可以达到额定电流的约68倍。()均衡积累的无功电流会加重电网负荷并提高电压降，因此电网经营者会要求有效功率因数达到约0.9以实现电网均衡。()过流-保护装置。,()电压波动电网电压允许波动的范围是从6%10%。,()起动过程鼠笼式三相交流电动机的起动电流可以达到额定电流的约68倍。,)在星形-三角形起动过程中(图-)，例如驱动电压为400V的电动机按星形电路接到400V电网上，电动机绕组上实际施加的电压只有230V，起动电流也降到了三分之一。)起动变压器(图-)和起动电阻同样可以通过降低电压来减小起动电流。)KUSA-电路(鼠笼式转子平稳起动)适合于小电动机(约1.5kW以下)。)软起动器(电子软起动器)用相位角控制，例如通过可控硅反向并联电路，代替起动电阻进行电动机电压控制。)有效功率因数cos是与电动机的负载相关的。,)在星形-三角形起动过程中(图-)，例如驱动电压为400V的电动机按星形电路接到400V电网上，电动机绕组上实际施加的电压只有230V，起动电流也降到了三分之一。,)起动变压器(图-)和起动电阻同样可以通过降低电压来减小起动电流。,图-三相交流异步电动机的起动过程,)KUSA-电路(鼠笼式转子平稳起动)适合于小电动机(约1.5kW以下)。,)软起动器(电子软起动器)用相位角控制，例如通过可控硅反向并联电路，代替起动电阻进行电动机电压控制。,)有效功率因数cos是与电动机的负载相关的。,()均衡积累的无功电流会加重电网负荷并提高电压降，因此电网经营者会要求有效功率因数达到约0.9以实现电网均衡。,图1-带Y/接触器电路和放电电阻的三相交流电动机的均衡,()均衡积累的无功电流会加重电网负荷并提高电压降，因此电网经营者会要求有效功率因数达到约0.9以实现电网均衡。,图-从星形切换到三角形时不出现电网中断的电动机均衡,()过流-保护装置。,表-有表面冷却的三相交流电动机400V，1500r/min的短路保护熔断器,14.2.3有集电环转子的三相交流异步电动机,图-带手动起动器的集电环转子电动机,14.2.3有集电环转子的三相交流异步电动机,图-带接触起动器的集电环转子电动机,14.2.3有集电环转子的三相交流异步电动机,图-带两个分离绕组(4/6电极)的可换电极的电动机,14.2.4变极式异步电动机,)低转速：绕组是串联连接的(高的极数)。)高转速：绕组是并联连接的(低的极数)。)三角形-双星形电路(/)。)双星形-三角形电路(/)。)星形-双星形电路(/)。,14.2.4变极式异步电动机,图-带Dahlander绕组(4/2-电极)的可换电极的电动机,14.2.4变极式异步电动机,图-Dahlander电路的工作原理(只画了一个支路),)低转速：绕组是串联连接的(高的极数)。,)高转速：绕组是并联连接的(低的极数)。,)三角形-双星形电路(/)。,)双星形-三角形电路(/)。,)星形-双星形电路(/)。,图-星形三角形起动(/)的Dahlander绕组,14.2.5三相交流电动机连接交流电压,()作用方式运行中的三相交流电动机，如果断开一相外线，电动机还会继续旋转。()带Steinmetz电路的三相交流电动机三相交流电动机也可以在交流电压下自驱动，但必须有旋转磁场。1.为什么鼠笼转子电动机需要应用起动过程？2.为什么电动机的功率不能选择的太高？3.为什么三相交流电动机需要均衡？4.下列电动机是如何进行转速设定的：a)集电环转子电动机，b)带Dahlander电路的电动机。,()作用方式运行中的三相交流电动机，如果断开一相外线，电动机还会继续旋转。,图-三相交流电动机连接到单相电网(Steinmetz电路),()带Steinmetz电路的三相交流电动机三相交流电动机也可以在交流电压下自驱动，但必须有旋转磁场。,)电网电压230V时：70F每kW电动机功率。)电网电压400V时：22F每kW电动机功率。,)电网电压230V时：70F每kW电动机功率。,)电网电压400V时：22F每kW电动机功率。,1.为什么鼠笼转子电动机需要应用起动过程？,2.为什么电动机的功率不能选择的太高？,3.为什么三相交流电动机需要均衡？,4.下列电动机是如何进行转速设定的：a)集电环转子电动机，b)带Dahlander电路的电动机。,14.2.6三相交流电动机的转速控制,()改变极数(换极电路)电动机的定子可以用两个不同极数的分离绕组或用如同Dahlander绕组的换极绕组来实现。(2)改变转差率(转差率控制)对于集电环转子电动机，转速的改变可以通过转子回路中不同电阻的接入来实现。(3)改变频率(频率控制)改变频率可以改变旋转磁场的速度。,14.2.6三相交流电动机的转速控制,14019A.TIF,()改变极数(换极电路)电动机的定子可以用两个不同极数的分离绕组或用如同Dahlander绕组的换极绕组来实现。,图14-滑环转子电动机转差率的控制,(2)改变转差率(转差率控制)对于集电环转子电动机，转速的改变可以通过转子回路中不同电阻的接入来实现。,(3)改变频率(频率控制)改变频率可以改变旋转磁场的速度。,1)整流器(图14-21)，可作为不受控或受控的电桥电路与交流或三相交流电网相连接并产生脉冲式直流电压。2)中间电路(图14-21).可从变频器输出电网中对电源电网进行解耦并作为储能器。,(3)改变频率(频率控制)改变频率可以改变旋转磁场的速度。,图14-2带中间电路的变频器(U-变频器),1)整流器(图14-21)，可作为不受控或受控的电桥电路与交流或三相交流电网相连接并产生脉冲式直流电压。,2)中间电路(图14-21).可从变频器输出电网中对电源电网进行解耦并作为储能器。,图-脉宽调制工作原理,2)中间电路(图14-21).可从变频器输出电网中对电源电网进行解耦并作为储能器。,图-频率控制的异步电动机转矩,14.3单相交流电动机,14.3.1带短路转子的交流电动机14.3.2分极电动机14.3.3交直流两用电动机,14.3.1带短路转子的交流电动机,)驱动电容器：每kW电动机功率约1.3kvar。)起动电容器：每kW电动机功率约2到3kvar。,14.3.1带短路转子的交流电动机,图-有电阻辅助相的单相电动机,14.3.1带短路转子的交流电动机,图-有驱动电容器的单相电动机,14.3.1带短路转子的交流电动机,图-有起动电容器的单相电动机,)驱动电容器：每kW电动机功率约1.3kvar。,)起动电容器：每kW电动机功率约2到3kvar。,14.3.2分极电动机,图-有起动电容器和驱动电容器的单相电动机,14.3.2分极电动机,图-分极电动机,14.3.3交直流两用电动机,1.集电环转子电动机中如何进行转速控制？2.带中间电路的变频器是如何构成的？3.在电动机起动时用变频器代替星形-三角形开关有哪些优点？4.为什么要使用Steinmezt电路？5.电容器电动机中为什么要使用驱动电容器和起动电容器？6.交直流两用电动机是如何改变旋转方向的？,14.3.3交直流两用电动机,图-交直流两用电动机,14.3.3交直流两用电动机,图-带直流驱动额外励磁绕组的交直流两用电动机,14.3.3交直流两用电动机,图14-31交直流两用电动机中的转向换向,1.集电环转子电动机中如何进行转速控制？,2.带中间电路的变频器是如何构成的？,3.在电动机起动时用变频器代替星形-三角形开关有哪些优点？,4.为什么要使用Steinmezt电路？,5.电容器电动机中为什么要使用驱动电容器和起动电容器？,6.交直流两用电动机是如何改变旋转方向的？,14.4直流电动机,14.4.1直流电动机的结构与工作原理14.4.2他励电动机14.4.3并励电动机14.4.4串励电动机14.4.5复励电动机14.4.6直流电动机的转速调节和转向变换,14.4直流电动机,图-直流电动机,14.4直流电动机,图-直流电动机的结构,14.4.1直流电动机的结构与工作原理,图-起动器,14.4.2他励电动机,图-带辅助极和启动器的他励电动机,14.4.3并励电动机,14.4.4串励电动机,图-并励电动机,14.4.4串励电动机,图-串励电动机,14.4.4串励电动机,图-复励电动机,14.4.5复励电动机,14.4.6直流电动机的转速调节和转向变换,14039.TIF,14.4.6直流电动机的转速调节和转向变换,图-直流电动机的负载特性曲线,14.4.6直流电动机的转速调节和转向变换,14040.TIF,14.4.6直流电动机的转速调节和转向变换,图-带转速控制的并励电动机,14.5电动机保养与维护,表格,表-维护周期,14.5电动机保养与维护,表-异步电动机运行故障的原因和排除,14.5电动机保养与维护,表-异步电动机运行故障的原因和排除,14.6换向器电动机的运行故障,()更换电刷须注意使用与原来一致的电刷(见提要)，尽可能是相同的产品。()直流电动机绕组故障诊断的参考值1.直流电动机中辅助极的作用是什么？2.他励直流电动机和串励电动机有哪些转速特性？3.试列举直流电动机转速控制可能的方法。4.直流电动机如何改变旋转方向？5.试列举电动机重要的维护工作。6.试列举电动机过热时可能的故障原因。7.在并励电动机中如何区分励磁绕组、电枢绕组和辅助极绕组的电阻？,()更换电刷须注意使用与原来一致的电刷(见提要)，尽可能是相同的产品。,()直流电动机绕组故障诊断的参考值,)他励电动机和并励电动机有高阻值RE的励磁绕组，它是由励磁电压和励磁电流计算得到的，RE=UEIE。)电枢电阻很小，其阻值根据电动机型号的不同仅约为几欧姆。)串励绕组、辅助极绕组以及均衡绕组的电阻都比电枢绕组的电阻小。,)他励电动机和并励电动机有高阻值RE的励磁绕组，它是由励磁电压和励磁电流计算得到的，RE=UEIE。,)电枢电阻很小，其阻值根据电动机型号的不同仅约为几欧姆。,)串励绕组、辅助极绕组以及均衡绕组的电阻都比电枢绕组的电阻小。,表-直流电动机运行故障的原因和排除,1.直流电动机中辅助极的作用是什么？,2.他励直流电动机和串励电动机有哪些转速特性？,3.试列举直流电动机转速控制可能的方法。,4.直流电动机如何改变旋转方向？,5.试列举电动机重要的维护工作。,6.试列举电动机过热时可能的故障原因。,7.在并励电动机中如何区分励磁绕组、电枢绕组和辅助极绕组的电阻？,14.7变压器,14.7.1变压器的结构与工作原理14.7.2变压器的构造形式14.7.3变压器的工作条件14.7.4三相交流变压器,14.7.1变压器的结构与工作原理,14.7.2变压器的构造形式,图14-UI形单相中心式变压器,14.7.2变压器的构造形式,图-EI形三相交流中心式变压器,14.7.2变压器的构造形式,图-M形单相外壳式变压器,14.7.2变压器的构造形式,图-变压器的铁心截面形状,14.7.2变压器的构造形式,图-M-截面硅钢带式铁心,14.7.3变压器的工作条件,1.变压器的输出电压U2与哪些物理量相关？2.如何区分中心式变压器和外壳式变压器？3.多少功率以下的变压器为小变压器？4.硅钢带式铁心变压器有哪些优点？5.变压器空载电压的含义是什么？6.变压器中出现的损耗功率有哪些形式？7.通过什么来区分电压特性较硬和电压特性较软的变压器？8.变压器接线端子标志1.1、1.2、2.1、2.2的含义是什么？9.电铃变压器所允许的最高空载电压是多少？10.安全变压器的含义是什么？11.玩具变压器所允许的最高输出电压是多少？,14.7.3变压器的工作条件,12.变压器铭牌上的uk=5%是什么意思？,14.7.3变压器的工作条件,图-变压器结构a)电压特性较硬的变压器b)电压特性较软的变压器c)漏磁变压器d)环形铁心变压器(自耦变压器),14.7.3变压器的工作条件,表-小变压器的图形符号(根据DINVDE0551EN60742摘录),14.7.3变压器的工作条件,图-单相变压器短路电压的测量,1.变压器的输出电压U2与哪些物理量相关？,2.如何区分中心式变压器和外壳式变压器？,3.多少功率以下的变压器为小变压器？,4.硅钢带式铁心变压器有哪些优点？,5.变压器空载电压的含义是什么？,6.变压器中出现的损耗功率有哪些形式？,7.通过什么来区分电压特性较硬和电压特性较软的变压器？,8.变压器接线端子标志1.1、1.2、2.1、2.2的含义是什么？,9.电铃变压器所允许的最高空载电压是多少？,10.安全变压器的含义是什么？,11.玩具变压器所允许的最高输出电压是多少？,12.变压器铭牌上的uk=5%是什么意思？,14.7.4三相交流变压器,图14-8带整流器的三相交流变压器,14.7.4三相交流变压器,图14-9三相交流变压器的剖面图100kVA，=10kV，=0.4kV,14.7.4三相交流变压器,表-常用三相交流变压器的开关组和应用,14.7.4三相交流变压器,表-常用三相交流变压器的开关组和应用,14.8变压器和电动机的绕组,14.8.1变压器的外部尺寸14.8.2变压器的绕制与绝缘14.8.3小变压器的检测14.8.4直流电动机的绕组14.8.5交流电动机的绕组14.8.6绕组的制作14.8.7绕组的绝缘14.8.8绕组的测试,14.8.1变压器的外部尺寸,解：=（）/解：()(),14.8.1变压器的外部尺寸,表-M-截面和EI-截面铁心板在磁通B为1.2T时的变压器数据,解：=（）/,解：()(),图-单相变压器的电路,表-计算变压器匝数的常数K,解：()(),表-自耦变压器设计功率,14.8.2变压器的绕制与绝缘,图-小变压器的线轴体,14.8.2变压器的绕制与绝缘,图-单相变压器的圆柱线圈,14.8.2变压器的绕制与绝缘,图-M-截面变压器的相互层面,14.8.3小变压器的检测,()电阻()电压,()电阻,)电压下的带电体和壳体之间：2M。)有加强的绝缘时，例如安全隔离变压器：7M。)输入端和输出端之间：5M。,()电阻,图-耐压强度的检测,)电压下的带电体和壳体之间：2M。,)有加强的绝缘时，例如安全隔离变压器：7M。,)输入端和输出端之间：5M。,()电压,)位置固定的隔离变压器：1000V。)保护-隔离变压器：500V。)可移动的隔离变压器和带插座延长线的变压器：250V。)安全变压器：50V。)玩具和电铃变压器：25V。,)位置固定的隔离变压器：1000V。,)保护-隔离变压器：500V。,)可移动的隔离变压器和带插座延长线的变压器：250V。,)安全变压器：50V。,)玩具和电铃变压器：25V。,表-小变压器的检测(根据DINVDE0550EN60742),14.8.4直流电动机的绕组,()回路绕组如果转子绕组有如下连接，即在换向器上与上一个绕组的末端和下一个绕组的始端相连接，如此便形成绕组，于是所有的绕组都是串联的，所形成的回路也是短接的。(2)中性区域宽度即电刷的位置与电极中心之间的间距,用a来表示(图14-9)，也就是从绕组槽的中心到相应的绕组始端换向片中心之间的间距。()波纹绕组对于kW以上和较高转子电压的电动机，多采用四极或多极波纹绕组。,14.8.4直流电动机的绕组,图-4极直流电动机励磁绕组(串联电路),14.8.4直流电动机的绕组,图-未缩短的线圈截面(全节距绕组),14.8.4直流电动机的绕组,图-缩短的线圈截面(短节距绕组),14.8.4直流电动机的绕组,图14-a)不交叉的回路绕组b)交叉的回路绕组,()回路绕组如果转子绕组有如下连接，即在换向器上与上一个绕组的末端和下一个绕组的始端相连接，如此便形成绕组，于是所有的绕组都是串联的，所形成的回路也是短接的。,(2)中性区域宽度即电刷的位置与电极中心之间的间距,用a来表示(图14-9)，也就是从绕组槽的中心到相应的绕组始端换向片中心之间的间距。,()波纹绕组对于kW以上和较高转子电压的电动机，多采用四极或多极波纹绕组。,解：绕组节距y1=线槽数/极数=23/4即线圈始端位于线槽，线圈末端位于隔个线槽的线槽。总节距y片组数极对数()电路节距y总节距绕组节yy1。,解：绕组节距y1=线槽数/极数=23/4即线圈始端位于线槽，线圈末端位于隔个线槽的线槽。总节距y片组数极对数()电路节距y总节距绕组节yy1。,图4-59回路绕组(不交叉),解：绕组节距y1=线槽数/极数=23/4即线圈始端位于线槽，线圈末端位于隔个线槽的线槽。总节距y片组数极对数()电路节距y总节距绕组节yy1。,图4-0四极波纹绕组(单侧，无交叉),14.8.5交流电动机的绕组,解：交流电动机的绕组数m=3。线槽节距yN对应180电角度的极距。线槽节距p；即：线圈始端位于线槽，线圈末端位于隔个线槽的线槽。每极的线槽数；qmq线槽极。,14.8.5交流电动机的绕组,图-交流电动机的绕组a)单层绕组b)双层绕组c)相等线槽节距的绕组d)不相等线槽节距的绕组,14.8.5交流电动机的绕组,图-2具有相等线槽节距线圈的6极单层绕组接线图,解：交流电动机的绕组数m=3。线槽节距yN对应180电角度的极距。线槽节距p；即：线圈始端位于线槽，线圈末端位于隔个线槽的线槽。每极的线槽数；qmq线槽极。,14.8.6绕组的制作,()嵌入式绕组对于小功率和kM以下的中等功率电动机，其绕组线圈是用绕线机将导线绕制成圆形或椭圆形线圈后再将绕组线圈嵌入到定子线槽的缝隙中。()成型绕组高压电动机会用到成型绕组，它们是嵌入在线槽中的，并且在安装前已经用热后可塑性油漆浸泡过，并用绝缘材料在云母台上将其熨平，为此还需要电热压模。,14.8.6绕组的制作,图-双侧嵌入式绕组,()嵌入式绕组对于小功率和kM以下的中等功率电动机，其绕组线圈是用绕线机将导线绕制成圆形或椭圆形线圈后再将绕组线圈嵌入到定子线槽的缝隙中。,()成型绕组高压电动机会用到成型绕组，它们是嵌入在线槽中的，并且在安装前已经用热后可塑性油漆浸泡过，并用绝缘材料在云母台上将其熨平，为此还需要电热压模。,14.8.7绕组的绝缘,括号中的温度值适用于干式变压器和油式变压器中的油。,14.8.7绕组的绝缘,图-4带成型绕组的双层绕组,14.8.7绕组的绝缘,图-5线槽绝缘实例a)单层绕组b)双层绕组c)高压双层绕组,14.8.7绕组的绝缘,表-电动机绝缘材料的分类(根据),括号中的温度值适用于干式变压器和油式变压器中的油。,14.8.8绕组的测试,1)对于功率小于1kW，额定电压小于100V的旋转电动机，其测试电压值为2Un+500V。2)对于功率为10000kW，额定电压小于1000V的旋转电动机，其测试电压值为2Un+1000V，且最小测试电压为1000V。3)对于功率大于10000kW，额定电压小于24000V的旋转电动机，其测试电压值为2Un+1000V。.有多个输入电压的输入绕组对变压器的设计功率有哪些影响？.如何区分隔离变压器和自藕变压器？.试解释交流变压器标志d5的含义。4.试举列交流变压器并联驱