电动机简介ppt课件

电动机简介,2.发展简史,3.直流电动机,1.概述,4.交流电动机,5.小结,电动机广泛地应用在社会生活中。农村的电灌站、工厂的各种机床，都有电动机。电车、电力机车都是以电动机为动力的交通工具。由于电网供给的是交变电流，电风扇、洗衣机等家用电器中的电动机，多数是交流电动机。交流电动机也是靠着通电导体在磁场中所受的力来运转的。电动玩具、录音机等小型电器则多数使用直流电动机。随着技术的发展和社会的进步，电动机和人类的关系将越来越密切。,电动机优点：构造简单、控制方便、体积小、效率高、功率可大可小、无污染,使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构；（2）提高生产效率和产品质量；（3）能实现自动控制；（4）实现远距离操纵,电风扇及其电机,洗衣机及其电机,电动玩具、录音机的电动机,机床及电动机,电机,铁路的机车功率较大（几千kW），地铁的功率较小（几百kW），而DC1500/750V无法承受如此大的功率，而为了满足功率，继续升电压又比较困难。地铁车辆为了减自重，一般采用直流-交流传动，如果也使用交流供电，那么还要再加变压器之类的设备，又要增加自重地铁直流供电相对自身的优势：省钱,提问：高铁、地铁供电形式,需要注意的是，并不是一个动车上只有一个电机。一个动车上有两个转向架，一个转向架上常常安装有一台或两台电机。以CRH3动车组为例，全车4个动车，每个动车有两个转向架，每个转向架上有两台电机，全车共有16台电机，总功率达到8800千瓦。,坐在高铁上，这是不同的火车，从前的火车动力在车头上；现在，那个带来高速的动力就在你的脚下。,CRH380AL是16节长编组列车，全列装有56台牵引电机，牵引功率达到2万千瓦以上。在如此强大的动力之下，列车加速到300公里/小时只需4分钟，加速距离为12公里。加速到350公里/小时只需6分钟，加速距离为22公里,2.发展简史,3.直流电动机,1.概述,4.交流电动机,5.小结,1820年，丹麦，奥斯特，电流磁效应，诞生了电磁学；1821年，英国，法拉第，第一个实验电动机模型（后来的电动机/发动机/变压器）。1831年，法拉第实现“磁生电”梦想，发现了电磁感应定律；创造了专业词汇（抗磁性、顺磁性、电介质、磁力线、场）；试图确立电磁力与牛顿的万有引力之间的联系；（麦克斯韦评价：科学家中最有成效最高尚的典型）,麦克斯韦方程组（TheMaxwellsEquations）,直流电动机的发展（四阶段）,1.以永磁体作为磁场的阶段,因天然磁极小，磁性弱，电机功率很小，动力也小。,2.以电磁铁作为磁极的阶段,1825年，英国，斯特金，制成了第一块电磁铁（用16个线圈导线绕制成的）；1829年，美国，亨利，制成可以举起1吨货物的电磁铁；1834年，雅克比，采用电磁铁代替永久磁铁，并首次采用换向装置，大大改变了直流电机的性能。,3.改变励磁方式的阶段,励磁技术是直流发电机的一个关键性技术。电动机必须由直流发电机供电，解决发电机的技术问题，可使电机应用进入新阶段，也就是说电动机的发展随着发电机的发展而进步。1851年，金斯捷，运用电磁铁代替永久磁体励磁，最初供应电磁铁的电流都是来自他激式的伽伐尼电池，因为不管怎样发电机要发出电流必须先有励磁，而且必须先有电流才能产生磁场励磁。1854年，丹麦，赫尔特.维尔纳兄弟申请了自激式发电机的专利。此后又科学家们又发明了串激式自激发电机和自并励发电机，大大改变了直流发电机的性能，从而开创了直流电机发展的新阶段。,主要体现在电枢转子的改进上。1865年发明了齿状电枢；1870年发明了环状电枢；1872年发明了一种鼓型转子，降低了电机生产技术的成本，电机得到实际应用的时代终于来到了。,4.实用化完善阶段,随着技术发展，直流发电机发出的最大电压达到57.6千伏，输出最大功率4650千瓦，输送的距离可以达到180公里。但很快就达到了技术极限：（1）线圈的绝缘性能不够；（2）换向器无法工作；（3）发电机在制作、运行上存在困难，尤其是换向火花；（4）高压直接输给用户危险，用户一般需要低电压。（5）直流电的输送很困难。,直流电机存在的主要问题,1856年，德国，西门子公司生产出第一台转枢式交流电动机，用的是单相交流电，与直流电机相比优势并不明显。1885年，意大利，加利莱奥.费拉里斯、1886年，美国，尼古拉.特斯拉各自独立的发明了旋转磁场。他们将几个线圈以辐射状排成一圈，接入交流电，使各个线圈中的交流电频率相同，但是其电压、电流有相移，这样在线圈之间的空间形成了一个旋转磁场，而这个磁场会带动通电线圈转动，这样他们研制成功二相交流电动机。1889年，俄国，工程师杜列夫-杜波洛沃尔斯基发明了鼠笼式三相电动机，这是第一台能够实用的三相交流电动机，至此电动机发展到了可以进入工业应用的阶段。,交流电动机的发展,三相交流发电机与鼠笼式三相交流电动机的发明给各个工厂、企业和公司提供了操控方便、快捷、安全、经济、源源不断、动力蓬勃的新动力，从而导致了第二次动力革命。这次革命促进了资本主义社会生产力的极大的发展，使资本主义大生产开始向自动化、电气化方向发展，出现了比以蒸汽机技术为代表的第一次动力革命更为深刻的一次工业技术革命，而且这次革命现在还在并且将来还将对于人类做出更大的贡献。,感想,从电动机的发展简史中我们可以看到：科学要转化为技术，转化为生产力，并不是那么轻而易举、一蹴而就的，需要付出时间、人力、物力和财力。有人感慨的说：“现在世界上不缺科学人才，不缺科学思想和科学理论，最缺的就是将科学思想和科学理论转化为技术与生产力的人。”我们缺乏创新型的技术人才。,2.发展简史,3.直流电动机,1.概述,4.交流电动机,5.小结,直流电机的优点：,（1）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。（2）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（3）易于控制。,应用：,（1）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具,一、工作原理,电刷,换向片,注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。,由左手定则，通电线圈在磁场的作用下，使线圈逆时针旋转。,由右手定则，线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势，感应电动势的方向与电流的方向相反。,直流发电机,用右手定则判感应电动势Ea的方向,电枢绕组电阻Ra,感应电动势,输出电压,二、直流电机的构成,直流电机由定子、转子和机座等部分构成。,机座,磁极,励磁绕组,转子,励磁式直流电动机结构,1.转子（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。,2.定子,定子的分类：,励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。,根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：,他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。,并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。,串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。,复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。,2.发展简史,3.直流电动机,1.概述,4.交流电动机,5.小结,三相异步电动机的构造,转子,定子（固定部分）转子（旋转部分）,分为两个基本部分：,构成：由机座、铁心和定子绕组组成,定子,机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形,作用：产生旋转磁场,机座,定子绕组,铭牌数据,出线端子,定转子中间是空气隙。此外，还有端盖、轴承、机座、风扇、风罩等部件。,鼠笼型异步电动机主要部件拆分图,（2）定子绕组作用：产生旋转磁场材料：高强度漆包线（小型）绝缘处理的铜条（大中型）接法：星形或三角形（六个出线端）,鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便,转子,构成：由铁心和绕组两部分构成,铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。,作用：电动机磁路一部分。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,鼠笼式异步电动机的转子绕组不是由绝缘导线绕制而成，而是铝条或铜条与短路环焊接而成或铸造而成。鼠笼式异步电动机的转子绕组因其形状象鼠笼而得名，它的结构是嵌入线槽中铜条为导体，铜条的两端用短路环焊接起来。中小型鼠笼式异步电动机采用较便宜的铝替代铜，将转子导体、短路环和风扇等铸成一体，成为铸铝鼠笼式转子。,鼠笼式转子,转轴,轴承,转子,材料：0.5mm相互绝缘硅钢片,绕线式转子的绕组和定子绕组相似，三相绕组连接成星形，三根端线连接到装在转轴上的三个铜滑环上，通过一组电刷与外电路相连接。绕线式电动机因为其启动,运行的力矩较大,一般用在重载负荷中。,铁心,绕组,转轴,绕线式式转子,（2）转子绕组作用：产生感应电流和电动势，在旋转磁场作用下产生电磁转矩分类：a、笼型转子结构：单笼型、双笼型、深槽式，其中单笼型又分铸铝和铜条转子。,b、绕线转子结构：与定子绕组具有相同极数的三相对称绕组接法：星形，首端接到转轴上的滑环，再通过定子端盖上的电刷与外电路相连。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,三相异步电动机的工作原理,演示动画,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场切割转子绕组,转子绕组中产生e（感应电动势）和i（感应电流）,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,三相鼠笼异步电动机的基本工作原理,（右手定则）,（左手定则）,B:磁感应强度,v:切割速度,l:导线长,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,闭合导线产生电流,通电导线在磁场中受力,1.线圈跟着磁铁转两者转动方向一致,异步,2.线圈比磁场转得慢,结论,旋转磁场,1.旋转磁场的产生,在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中的磁铁,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,可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。,2.旋转磁场的转向,当通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。,旋转方向,取决于三相电流的相序。,改变电机旋转方向的方法：换接其中两相,3.旋转磁场的极数,此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。,旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关,即：P=1,将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。,即：P=2,4.旋转磁场的转速,旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。,旋转磁场具有两对极时，当电流从t=0到t=60经历了60时，磁场在空间仅旋转了30。比P=1时转速慢了一半，即：,旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P：,极对数,每个电流周期磁场转过的空间角度,同步转速,5.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速:,无转距,转子与旋转磁场间没有相对运动,无转子电动势（转子导体不切割磁力线）,无转子电流,提示：如果,异步电机运行中:,转差率：,转差率,同步转速：旋转磁场的转速,单相异步电动机的工作原理,结构：定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）转子一般用鼠笼式。,N,S,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,在电流正半周,转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。其原理分析如下：,定子绕组产生的脉动磁场（），可用正、反两个旋转磁场合成