第一章电动机

1、电气电气第一章 电动机第二章 发电机第三章 变频器第四章 变压器第五章 高压电气第六章 低压电气第七章 电源第八章 电缆线路第一章第一章 电动机电动机第一节 概述电动机是把电能转换机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。第二节 电动机的分类按功能可分为驱动用电动机和控制用电动机按起动与运行方式分类可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。按电能种类分为直流电动机和交流电动机.从电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为同步电动机与异步电动机。按防护型式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防

2、水式、潜水式；按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等按绝缘等级可分为E级、B级、F级、H级等按转子的结构分类可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。我厂设备中所使用的电动机主要为异步电动机因此，以下所述的电动机均以异步电动机（感应电机）为例，介绍其的各种相关内容。感应电动机的特点优点：结构简单、运行可靠、效率较高、制造容易、成本较低而且坚固耐用等。感应电动机是应用最为广泛的电动机。缺点：不能经济的在较广泛的范围内平滑调速；必须从电网吸取滞后电流，使电网功率因数降低。在一些要求调速范围较宽的生产机械中，多数采用直流电动机

3、；而在单机容量较大，需要恒速运行的场合，就往往采用功率因数可以调节的同步电动机。第三节第三节 感应电动机的主要部件结构感应电动机的主要部件结构感应电机主要由固定部分(定子)和旋转部分(转子)两部分组成。感应电机分为笼型和绕线型转子两大类。定子和转子之间有一很小的气隙存在，在定子两端还有端盖。笼型感应电动机的结构图一、感应电机的定子感应电机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分构成。1、定子铁心作用是作为电机中磁路的一部分和放置定子绕组。一般采用导磁性良好和损耗小的厚0.5mm的电工硅钢片叠成。当铁心外径在1m以内时，硅钢片是整圆的；当外径大于1m时，则用扇形片来拼成圆形。2、定子绕组它是电机的

4、电路部分。其主要作用是产生感应电动势，通过电流以实现机电能量转换。定子绕组在槽内部分与铁心之间必须可靠地绝缘，这部分绝缘称为槽绝缘(又称对地绝缘)。对称分布的三相绕组3、机座其主要作用是固定和支撑定子铁心。要求有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。为了增加散热面积，在机座外表面有散热片。二、感应电动机的转子感应电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成。1、转子铁心是电机中磁路的一部分。一般也由厚0.5mm的硅钢片叠成。2、转子绕组其作用是产生感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。其结构形式有笼型和绕线型两种。（1）、笼型转子转子绕组的结构是：每个转子槽中插入一根导条，在伸

5、出铁心两端的槽口处，用两个端环分别把所有导条的两端都连接起来。 。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个“笼子”，所以称为笼型转子。笼型转子的导条与端环的材料可用铜或铝。笼型铸铝转子（2）、绕线型转子其绕组和定子绕组相似，是用绝缘导线嵌于转子铁心槽内，按星形接法联结成三相对称绕组，然后把三个出线端分别接到转子轴上的三个滑环，再通过电刷把电流引出来。特点是可以通过滑环和电刷在转子绕组回路中接入附加电阻，用以改善电动机的起动性能，或调节电动机的转速。 绕线型转子感应电动机接线示意图三、感应电动机的气隙感应电机的特点在于它的气隙很小，在中、小型感应电机中，气隙一般为0.21.5mm。气隙大小对感应电机

6、的性能有很大的影响。第四节第四节 感应电机的基本原理与运行状态感应电机的基本原理与运行状态感应电机是一种转速和所接的交流电源的频率没有严格不变的关系的交流电机。它可以是三相的，也可以是单相的。我厂使用的电动机均为鼠笼式三相异步电动机1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生)120sin(2)120sin(2sin2CBAtIitIitIipppAiAiBiCXBYCZ把三相定子绕组接成星形接到对称三相把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。过。一、基本工作原理tiiAiBiCO1 2 0 2 4 0 3 6 0 (a) t = 0

7、 (b) t = 120 (c) t = 240AAAXXXBBBYYYCCCZZZ结论(1)(1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。产生在空间旋转的合成磁场。(2)(2)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为为A-B-CA-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-BA-C-B时磁场逆时针方向旋转。时磁场逆时针方向旋转。(3)(3)磁场转速磁场转速( (同步转速同步转速) )与电流频率有关，改与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极变电流频率可以

8、改变磁场转速。对两极( (一对一对磁极磁极) )磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速同步转速n no o与磁场磁极对数与磁场磁极对数p p的关系为：的关系为：r/min 601opfn 感应电动机的转动原理感应电动机的转动原理 静止的转子与旋转磁场之间有静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。转子其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁场力电流在旋转磁场中受到磁场力F F的作用

9、，的作用，F F的方向用左手定则的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致转磁场的方向一致。noFFn 电动机在正常运转时，其转速电动机在正常运转时，其转速n n总是稍低于同总是稍低于同步转速步转速n no o，因而称为因而称为。又因为产。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为以也称为。 异步电动机同步转速和转子转速的差值与同异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为步转速之比称为，用，用s s表示表示%100oonnns转差率是异步电动

10、机的一个重要参数。异步电转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为动机在额定负载下运行时的转差率约为1%9%1%9%。感应电动机转子转动应具备下列三个条件：(1)定子对称三相绕组，通过三相对称电流，有产生转速为同步转速的气隙旋转磁场的条件；(2)转子导体闭路，有产生感应电流的条件；(3)转子转速，转子导体有产生感应电动势的条件。二、感应电动机的三种运行状态感应电机的特点在于转子的转速n与定子旋转磁场的同步转速n1不同。转子转速n与同步转速n1的差额（ n1 n）对同步转速n1的比值称为转差率s： S感应电动机的三种运行状态A.感应电机作为电动机的运行状态当转子的

11、转向与旋转磁场的转向相同而转速n n1时，则，感应电机作为电动机运行。电机从电网吸收电功率，产生驱动的电磁转矩，拖动机械负载输出机械功率，是电动机运行状态。B.感应电机作为发电机的运行状态电机通过电磁制动转矩，从原动机吸收机械功率，转换为定子绕组向电网输出的电功率，是发电机运行状态。C.感应电机作为电磁制动的运行状态定子从电网吸收的电功率和转子从外力获得的机械功率，都转变成电机内部的损耗而转换成热能，称电磁制动运行状态。第五节第五节 感应电机的主要参数感应电机的主要参数1、额定功率PN：是指电动机在制造厂所规定的额定情况下运行时，由转轴轴端输出的机械功率，单位一般为kW。对于三相感应电动机，额

12、定功率式中， 和 分别为额定运行时的效率和功率因数。2、额定电压UN：是指电动机额定运行时，加于定子绕组上的线电压，单位为V。 3、额定频率f：国内用的感应电动机的额定频率为50HZ，与我国电网频率一致。4、额定电流IN：是指电动机在额定电压下、轴端有额定功率输出时，定子绕组的线电流，单位为A。5、额定转速n:是指电动机在额定电压、额定频率下，轴端有额定功率输出时，转子的转速，单位为r/min。 此外，铭牌上还标明定子相数和绕组接法，以及绝缘等级等。对绕线转子感应电动机还常标明转子绕组接法、转子电压（指定子加额定电压，转子开路时的滑环间的电压）和额定运行时的转子电流等技术数据。三相感应电动机的

13、定子绕组可接成星形或三角形，视额定电压和电源电压的配合情况而定。通常把三相绕组的六个端头都引到接线板上，以便于采用两种不同接法，三相感应电动机的接线板第六节第六节 感应电机的起动、调速和制动感应电机的起动、调速和制动一、感应电动机的起动感应电动机投入电网，电动机从静止状态（n=0，s=1）转动起来，升速并达到稳定转速运行的过程，称为起动过程。起动的主要要求（1）要有足够大的起动转矩，即需要的起动转矩倍数足够大；（2）起动电流在允许范围内，通常按电网的容量和工作条件，给定允许起动电流倍数；（3）起动时间合适和尽可能平滑起动；（4）起动能耗少，设备可靠、经济，操作方便。1.笼型感应电动机的起动方法

14、（1）直接起动直接起动就是把电动机的定子绕组直接接通额定电压的电网。直接起动的优点是操作和起动设备都很简单。缺点是起动电流很大，起动转矩小，功率因数低。（2）降压起动当电网容量不够大而不能采用直接起动时，用降低电压的办法来减小起动电流，称为降压起动。常用的降压起动方法A.在定子电路串入起动电抗。 起动时将电抗串入定子绕组，待转速基本稳定时再将它切除。起动时合上开关S1，起动完毕再合上开关S2。电抗降压起动原理图B.用自耦变压器降压起动 起动时利用自藕变压器把电网电压降低后再加到电动机的定子绕组上，待转速基本稳定时再把电动机直接接到电网上。自耦变压器降压起动原理图C.星形-三角形换接起动 它只适

15、用于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，起动时定子绕组接成星形，起动完毕后再接成三角形。星形-三角形换接起动原理图2.绕线转子感应电动机的起动绕线式转子感应电动机的特点是，可以在转子回路中串入起动电阻，这样既可降低起动电流，又可提高起动转矩。二、感应电动机的调速方法二、感应电动机的调速方法由感应电动机的转速关系式可见，要改变n有两个方案（1）改变定子旋转磁场的同步转速N1改变定子绕组极对数P的变极调速；改变电动机所接电源的频率f，的变频调速。（2）改变电动机的转差率S在定子串联外加电阻或电抗器以改变定子电阻R1或漏抗X1的办法，实质上是改变加于定子端电压U1的变压调速；对于绕线转子电动机，在

16、转子回路串入电抗或电容以改变转子漏抗X2，实用上通常是转子回路串入电阻，改变R2的转子回路串电阻调速。 1.变极调速变极调速适用于笼型转子感应电动机。笼型转子的极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变，使定转子磁场的极对数总是相等而产生平均电磁转矩。变极调速只能做到一级级地改变转速，而不是平滑调速。 2.变频调速变频调速时，按照负载的性质，可以调整电压与频率的关系，从而获得优良的调速性能。优点是调速平滑，调速范围广是现代调速技术的发展方向。它必需有一套专用的变频电源。 3.变压调速在定子串联电阻或电抗器的方法。这种调速方法，在有无级调压电源时，是平滑调速；在串电抗器调速时是有级调速。 4.转子

17、回路串变阻器调速只适用于绕线形感应电动机。有两种方案： （1）串级调速； （2）晶闸管调速。三、感应电动机的制动方法三、感应电动机的制动方法制动的实质是在电动机轴上施加一个与旋转方向相反的力矩。制动的方式很多，最简单是机械制动，它利用机械制动器，靠摩擦力制动本节讨论电磁制动，是指电动机产生的电磁转矩，和转子的旋转方向相反。1.反接制动反接制动就是感应电机作电磁制动状态时的制动，由于这时转子的转向与定子旋转磁场的转向相反，故称为反接制动。实现反接制动可用下述两种方法。（1）正转反接将正在电动机状态下运行的感应电动机的定子三根供电线任意对调两根，则定子电流的相序改变，其所生旋转磁场立即反转，从原来与转子转向一致变为与转子转向相反，于是电机进入相当于s2时的电磁制动运行状态，对转子产生较强的制动作用。（2）正接反转当绕线型感应电动机拖动的起重机下放重物时，其运行状态便是正接反转的反接制动。