电机基本原理及预防性试验

1、LOGO广西恒达电机科技有限公司电机基本原理一一电机现场周期预防性试验二二七七3一一. .电机基本原理电机基本原理一.电机的基本原理与分类 电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。就能量转换的功能来看，电机可分为两大类。就能量转换的功能来看，电机可分为两大类。 第一类是发电机，它把机械能转换为电能；通过原动机第一类是发电机，它把机械能转换为电能；通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机把机械能转换为电能。机把机械能转换为电能。 第二类是电动机，它是把电能转换为机械

2、能，用来驱动第二类是电动机，它是把电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械和其他装置。它们的工作原理都是以电各种用途的生产机械和其他装置。它们的工作原理都是以电磁感应原理为基础。磁感应原理为基础。 由于一次能源形态的不同，可制成不同的发电机。由于一次能源形态的不同，可制成不同的发电机。利用水力资源，与水轮机配合，可制成水轮发电机；利用水力资源，与水轮机配合，可制成水轮发电机；利用煤、石油等资源的热能，和锅炉、汽轮机配合，利用煤、石油等资源的热能，和锅炉、汽轮机配合，可制成汽轮发电机。此外，还有利用风能、原子能、可制成汽轮发电机。此外，还有利用风能、原子能、地热能、垃圾等能源的各类发电机。地

3、热能、垃圾等能源的各类发电机。 根据应用场合的要求和电源的不同，电动机有交流根据应用场合的要求和电源的不同，电动机有交流感应电动机、交流同步电动机、直流电动机，以及满感应电动机、交流同步电动机、直流电动机，以及满足不同需求的控制电机和特种电机等。足不同需求的控制电机和特种电机等。一.电机的基本原理与分类 二二. .异步电机异步电机 异步电机亦称感应电机，异步电机亦称感应电机，定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换，感应电机一般用作电动机。 异步电动机是由电能转换为机械能的一种交流电机，其负载时的转速与所接电源频率之比不是恒定值。而感应电动机是一种应用最为普遍的异步电动机，

4、仅一套绕组(一般为定子绕组)连接电源，而转子绕组不需与其他电源相连接，转子绕组电流是感应产生的。在不致引起误解或混淆的情况下，也可称感应电动机为异步电动机。这里论及的电动机其实质为感应电动机。 二二 . .异步电机异步电机 异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，以及重量较轻，成本较低等优点。同时有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械和家用电器的传动要求。异步电动机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。随着电力电子器件及交流变频调速技术的发展，由异步电动机和变频器组成的交流调速系统的调速性能及经济性已可与直流调

5、速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用愈来愈广泛。 异步电动机在各种电动机中应用最广，需要量最大，在各种电气传动系统中，有90左右采用异步电动机驱动，在电网总负载中，异步电动机占60左右。从用电量而言，使用量最大的是中小型三相异步电动机。 三三. . 同步电机同步电机 同步电机也是一种常用的交流电机，同步电机的特点是稳态运行时，转子的转速n与电网频率 f 之间具有固定不变的关系n=ns=60 f / p（转分），转速ns称为同步转速。若电网频率不变，则稳态时，同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。 从原理上看，同步电机既可用作发电机，亦可用作为电动机或补偿机。现代发电站中的交流发电机几乎全

6、部都是同步发电机，在工矿企业和电力系统中，同步电动机和补偿机用得也不少 。四四. . 直流电机直流电机 直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的起动性能和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源和某些工业中的直流电源。与交流电机相比，直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。五五. .电动机的主要性能指标电动机的主要性能指标 1.效率效率 电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常以百分数表示。 效率是电动机最重要的技

7、术经济指标之一，直接影响电动机有效材料用量和运行费用。较高的运行效率可以为用户带来显著的节能效果，但电动机的有效材料用量增加，成本及售价将要提高。同时，较高的效率能否充分发挥作用还与电动机的年运行时间和运行时负载率有关，电动机年运行时间越长，运行负载率越高，提高效率后的节能效果越显著。2. 功率因数功率因数 coscos 电动机输入有效功率与视在功率之比。3.3. 堵转电流堵转电流 I I1 1（起动电流（起动电流IstIst） 电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的最大稳态方均根电流。4. 电机的转矩电机的转矩 电机额定输出转矩的工程计算公式为式中：T：电机的额定输出转矩（单

8、位N.m） Pmech：电机的轴功率（单位kW） n：电机的额定转速（单位r/min）5. 堵转转矩堵转转矩T1（起动转矩（起动转矩Tst） 电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生的转矩的最小测得值。 增大转子电阻，起动转矩Tst将随之增大，直到达到最大转矩值为止。对于绕线型电机，可以在转子中接入外加电阻来实现这一点。五五.电动机的主要性能指标电动机的主要性能指标nPTmech55. 96. 最小转矩最小转矩Tu（Tmin） 电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。7. 最大转矩最大转矩Tb（Tmax） 电动机在额定电压、额定频率下所

9、能产生的最大稳态异步转矩。最大转矩与电源电压的平方成正比，与定、转子漏抗之和近似成反比；最大转矩的大小与转子电阻值无关，最大转矩与额定转矩之比称为过载能力，如果负载的制动转矩大于最大转矩，电动机就会停转。为保证电动机不因短时过载而停转，通常最大转矩倍数取1.62.5。8. 噪声噪声 电动机在空载稳态运行时A计权声功率级（dB(A)），以及在额定负载运行时超过空载运行的噪声声功率级增量。9. 振动振动 电动机在空载稳态运行时振动速率有效值（mm/s）五五. .电动机的主要性能指标电动机的主要性能指标13131. 1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生旋转磁场：按一定规律分布的磁场，极性和大小不变，围

10、绕一个轴心旋转磁场：按一定规律分布的磁场，极性和大小不变，围绕一个轴心在空间以一定转速不断旋转的磁场。在空间以一定转速不断旋转的磁场。 A-X、B-Y、C-Z三个线圈的始三个线圈的始端（或末端）在空间上彼此互隔端（或末端）在空间上彼此互隔120120分布在定子铁心内圆的圆分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。把周上，构成了对称三相绕组。把三个绕组接成星形，并接通对称三个绕组接成星形，并接通对称的三相电源上，于是，在定子三的三相电源上，于是，在定子三相绕组中通过三相电流。相绕组中通过三相电流。旋转磁场是如何产生的？旋转磁场是如何产生的？三相绕组作星形连接三相绕组作星形连接1414B相从

11、相从A相后移相后移120C相从相从B相后移相后移120A相从相从C相后移相后移120 当三相对称绕组接上三相对当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场称电源，就产生旋转磁场。tIicosmA)120cos(mBtIi)240cos(mCtIiNSNNNSSS以记号以记号 表示流入，以表示流入，以记号流出记号流出15151. 1. 旋转磁场的产生旋转磁场的产生获得旋转磁场的条件：获得旋转磁场的条件：1 1） 有一组三相对称的绕组，也即三个线圈组成的三相绕组在空间位有一组三相对称的绕组，也即三个线圈组成的三相绕组在空间位置必须互成置必须互成120120。2 2） 在对称的三相绕组中通过对称的

12、三相电流。在对称的三相绕组中通过对称的三相电流。 旋转磁场的转向与三相电流的相序一致旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。若要改变磁场的转向，。若要改变磁场的转向，只要改变通入定子绕组的三相电流的相序，即变更任意两根电源的只要改变通入定子绕组的三相电流的相序，即变更任意两根电源的进线，便可达到改变磁场转向的目的。进线，便可达到改变磁场转向的目的。 如何改变旋转磁场的转向？为什么？如何改变旋转磁场的转向？为什么？1616tIicosmA)120cos(mBtIi)240cos(mCtIiN1N2S2S1N1S1S2N2N1S1N1S1N2N2S2S21717160sfnp式中，式中，ns为同步转速

13、，单位为同步转速，单位r/min； p 极对数；极对数； f1 交流电源的频率。交流电源的频率。 可以看出，当交流电流变化一周时，一对磁极的旋转磁场在空可以看出，当交流电流变化一周时，一对磁极的旋转磁场在空间转过间转过360，两对磁极的旋转磁场只转过，两对磁极的旋转磁场只转过180。显然两对磁极较。显然两对磁极较一对磁极旋转磁场的速度慢了一半，以此类推，电流变化一周时一对磁极旋转磁场的速度慢了一半，以此类推，电流变化一周时（360电角度），其旋转磁场就在空间转过电角度），其旋转磁场就在空间转过1/p 转，若定子电源的转，若定子电源的频率为频率为 f1，则旋转磁场每分钟转速，则旋转磁场每分钟转速

14、ns为为18182. 2. 三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理 三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，嵌有均匀分布的嵌有均匀分布的导条导条，导条两端分别用，导条两端分别用端环端环将它们连接成一个整体。将它们连接成一个整体。 三相异步电动机的定子铁心上嵌有三三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了以定子、转子之间的气隙内产生了以同步同步转速转速旋转的旋转磁场。旋转的旋转磁场。 转子导条被这种旋转磁场转子导条被这种旋转磁场切割切割，在导，在导条内条内产生感生电流产生感

15、生电流，磁场又对导条，磁场又对导条产生产生电磁力电磁力。于是转子就跟着旋转磁场旋转。于是转子就跟着旋转磁场旋转。右手定则右手定则决定电流决定电流方向方向左手定则左手定则决定导条决定导条受力方向受力方向1919v 三相异步电动机定子接三相电源后，定子中会有三相电流，定三相异步电动机定子接三相电源后，定子中会有三相电流，定子电流产生圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，若转子静止，转子电流产生圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，若转子静止，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动而感应电动势，由于转子导子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动而感应电动势，由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流条彼此在端

16、部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流的方向同电动势方向，这样，导条就在磁场的相位差时，电流的方向同电动势方向，这样，导条就在磁场中受力，用左手定则确定受力方向。转子受力，产生电磁转矩，中受力，用左手定则确定受力方向。转子受力，产生电磁转矩，如果电磁转矩能克服负载转矩，转子便就能旋转起来，并加速如果电磁转矩能克服负载转矩，转子便就能旋转起来，并加速旋转。旋转。转子旋转后，转速为转子旋转后，转速为n，只要，只要nns(ns为旋转磁为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电动，产生与转子不转

17、时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩仍旧为逆时针方向，转子流及受力，电磁转矩仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行。可见，异步电动机转子继续旋转，稳定运行。可见，异步电动机转子的转速的转速n不可能达到同步转速不可能达到同步转速ns，异步二字就由，异步二字就由此而来。此而来。2. 2. 三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理20203. 3. 三相异步电动机的三相异步电动机的结构结构212122223. 3. 三相异步电动机的三相异步电动机的结构结构23233. 3. 三相异步电动机的三相异步电动机的结构结构3.1 3.1 定子定子 定子是异步动机的静止部分，由定子铁心、定子绕组

18、和定子是异步动机的静止部分，由定子铁心、定子绕组和机座等部件组成。机座等部件组成。机座机座有绕组定子铁心有绕组定子铁心（1 1）定子铁心：）定子铁心： 定子铁心作为电机的磁路，一般由定子铁心作为电机的磁路，一般由0.350.5mm厚的硅钢厚的硅钢片冲制、叠压而成。钢片的表面涂有绝缘漆，内园表面冲有片冲制、叠压而成。钢片的表面涂有绝缘漆，内园表面冲有均匀分布的槽，槽内嵌韩定子绕组，槽形可分为开口、半开均匀分布的槽，槽内嵌韩定子绕组，槽形可分为开口、半开口等几种形式。口等几种形式。异步电机定子冲片 (a) 半闭口槽 (b) 开口槽 (c)半开口槽感应电动机的定子槽形 （1 1）定子铁心：）定子铁心

19、： 半闭口槽形的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺半闭口槽形的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组绝缘和嵌线比较困难，一般用于中小型电动机中。点是绕组绝缘和嵌线比较困难，一般用于中小型电动机中。 半开口槽形可以嵌放成型绕组，一般用于大型低压电动半开口槽形可以嵌放成型绕组，一般用于大型低压电动机中。机中。 开口槽形可以嵌放成型绕组，绕组可以事先经过绝缘处开口槽形可以嵌放成型绕组，绕组可以事先经过绝缘处理后再放入槽内，因此绕组的绝缘处理比半闭口槽形方便，理后再放入槽内，因此绕组的绝缘处理比半闭口槽形方便，用于高压电动机中。用于高压电动机中。(a) 半闭口槽 (b) 开口槽 (c)半开口槽

20、感应电动机的定子槽形 （1 1）定子铁心：）定子铁心：（2 2）定子绕组：）定子绕组： 定子绕组的作用是通入三相交流电流，产生旋转磁场。定子绕组的作用是通入三相交流电流，产生旋转磁场。通常绕组是用高强度漆包线绕制成各种型式的线圈，嵌入定通常绕组是用高强度漆包线绕制成各种型式的线圈，嵌入定子槽内。大容量的电动机采用成型线圈，经过绝缘处理后，子槽内。大容量的电动机采用成型线圈，经过绝缘处理后，再嵌放在定子槽内。再嵌放在定子槽内。（2 2）定子绕组：）定子绕组： 电机每相绕组的匝数和导线截面积，是按照每相额定电电机每相绕组的匝数和导线截面积，是按照每相额定电压和电流设计的。使用时，如果三相电源电压（

21、线电压）等压和电流设计的。使用时，如果三相电源电压（线电压）等于电动机每相额定电压，绕组可采用三角形接法；如果电源于电动机每相额定电压，绕组可采用三角形接法；如果电源电压是每相绕组电压的电压是每相绕组电压的 ，则需采用星形接法。，则需采用星形接法。3（2 2）定子绕组：）定子绕组：a)a)形接法形接法 b b）Y Y形接法形接法三相电动机接线板端子排列三相电动机接线板端子排列（2 2）定子绕组：）定子绕组： 三相绕组可接成星形（三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（）。为了）或接成三角形（）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（

22、2 2）定子绕组：）定子绕组： 三相绕组可接成星形（三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（）。为了）或接成三角形（）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（2 2）定子绕组：）定子绕组： 三相绕组可接成星形（三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（）。为了）或接成三角形（）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（3 3）机座：）机座： 机座的作用是固定定子铁心和定子绕组，并以两个端盖机座的作用是固定定子铁心和定子绕组，并以两个端盖支承转子，同时期保护整个电动机和散发电动

23、机运行中所产支承转子，同时期保护整个电动机和散发电动机运行中所产生的热量的作用。生的热量的作用。 机座一般采用铸铁件、钢件等制成。机座一般采用铸铁件、钢件等制成。3.2 3.2 转子转子 转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴和滑环等部件组成。和滑环等部件组成。笼型转子笼型转子（1 1）. .转子铁心转子铁心 转子铁心作为电动机磁路的一部分，是由转子铁心作为电动机磁路的一部分，是由0.350.5mm厚厚的硅钢片冲制、叠压而成。固定在转轴上。转子表面冲有均的硅钢片冲制、叠压而成。固定在转轴上。转子表面冲有均匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组

24、。为了改善电动机的起动性匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组。为了改善电动机的起动性能，鼠笼式电动机转子的铁心，一般采用斜槽结构（即转子能，鼠笼式电动机转子的铁心，一般采用斜槽结构（即转子的槽并不与轴线平行，而是倾斜一个角度）。此外，还有双的槽并不与轴线平行，而是倾斜一个角度）。此外，还有双鼠笼和深槽结构。鼠笼和深槽结构。绕线转子铁心绕线转子铁心转子铁心槽形转子铁心槽形铸铝转子铸铝转子（1 1）. .转子铁心转子铁心（2 2）. .转子绕组转子绕组 用以切割定子磁场，产生感应电势和电流，并在旋转磁用以切割定子磁场，产生感应电势和电流，并在旋转磁场作用下使转子转动。按结构型式不同，可分为鼠笼式转子场作用

25、下使转子转动。按结构型式不同，可分为鼠笼式转子和绕线式转子两种。和绕线式转子两种。 鼠笼式转子绕组是由安放在槽内的裸铜导体，这些导体鼠笼式转子绕组是由安放在槽内的裸铜导体，这些导体两端焊接在端环上，因其形状和鼠笼一样，所以叫鼠笼式转两端焊接在端环上，因其形状和鼠笼一样，所以叫鼠笼式转子，采用离心铸铝或低压铸铝一次浇铸成型。子，采用离心铸铝或低压铸铝一次浇铸成型。铜排笼型转子铜排笼型转子铸铝笼型转子铸铝笼型转子（2 2）. .转子绕组转子绕组 绕线式转子绕组和定子绕组基本相同。其极对数和定子绕线式转子绕组和定子绕组基本相同。其极对数和定子绕组一样，三相绕组的末端连在一起作星形连接，三个始连绕组一

26、样，三相绕组的末端连在一起作星形连接，三个始连接在三个滑环上，与外电路相连接。接在三个滑环上，与外电路相连接。 绕线转子绕线转子UVWKLM（3 3）. .转轴转轴 用以传递转矩，支撑转子的重量，一般由钢及合金钢经用以传递转矩，支撑转子的重量，一般由钢及合金钢经过机械加工而成。过机械加工而成。 转轴转轴（4 4）. .滑环与电刷滑环与电刷 作为绕线式异步电动机转子绕组与电路连接的部件，三作为绕线式异步电动机转子绕组与电路连接的部件，三个滑环与转轴之间，都要彼此绝缘。通过电刷和滑环与起动个滑环与转轴之间，都要彼此绝缘。通过电刷和滑环与起动变阻器相连接。滑环在材料有青铜、黄铜、低碳钢等。电刷变阻器

27、相连接。滑环在材料有青铜、黄铜、低碳钢等。电刷常用的有石墨、电化石墨、金属石墨等。常用的有石墨、电化石墨、金属石墨等。 集电环与刷架集电环与刷架（5 5）. .气隙气隙 气隙大小对电机性能影响很大。气隙大小对电机性能影响很大。 气隙越大，磁阻越大，产生同样大小的旋转磁场需要的气隙越大，磁阻越大，产生同样大小的旋转磁场需要的励磁电流越大。使功率因数变坏。励磁电流越大。使功率因数变坏。 但气隙大可以减小气隙磁场中的谐波含量，减小附加损但气隙大可以减小气隙磁场中的谐波含量，减小附加损耗，改善启动性能。耗，改善启动性能。 气隙过小，安装困难，运行不安全。气隙过小，安装困难，运行不安全。（6 6）. .

28、其它其它 异步电动机的结构件还包括端盖（分别装在机座的两侧，异步电动机的结构件还包括端盖（分别装在机座的两侧，起支撑转子的作用，轴承（连接转动部分与静止部分，采用起支撑转子的作用，轴承（连接转动部分与静止部分，采用滚动轴承或滑动轴承，减少摩擦）轴承盖。滚动轴承或滑动轴承，减少摩擦）轴承盖。 铸铁端盖铸铁端盖滚动轴承滚动轴承4545 假定线圈abcd在恒定磁场中匀速旋转，则线圈中会感应出一个交变的电动势。1、直流电动势的产生4646 换向器的构成 将集电环1、2改成为对径放置的两个弧形导电片，两导电片在未与线圈相联时，彼此间是相互绝缘的，这就是简单的换向器，导电片称为换向片。4747 如果线圈旋

29、转，在交变电动势改变方向的过程中，将电刷A、B与集电环1、2的接触加以变换，则可以在电刷A、B两端获得直流电动势。1、直流电动势的产生4848 当原动机驱动电机转子逆时针旋转 后，如右图。0180 可见，和电刷A接触的导体总是位于N极下，和电刷B接触的导体总是位于S极下， 导体ab在S极下，a点低电位，b点高电位；导体cd在N极下，c点低电位，d点高电位；电刷A极性仍为正，电刷B极性仍为负。1、直流电动势的产生4949NS2.直流发电机基本工作原理NSEE输出输出直流电直流电换向换向原动机原动机感应电动感应电动势、电流势、电流电磁转矩电磁转矩（阻转矩）（阻转矩）驱动驱动 电磁电磁 关系关系直流

30、发电机就将机械能转变成电能5050换向器和电刷作用v 将线圈中的交流电势整流成刷间的直流电势；v 把转动的电路与外面不转的电路连接。2、直流发电机的基本工作原理 从刷间电势波形看，电势脉动很大，为了减小电势的脉动程度，实际电机采用很多元件组成电枢线圈，均匀分布在电枢表面，并按一定规律连接，刷间串联元件数增多，脉动减小，就得到所需的直流电。平滑波形5151 有4个线圈的直流电机，在电刷A、B间的电动势等于其间串联各线圈的电动势的代数和。从波形看，电刷间电动势的脉动大为减小，若每极下有8个线圈时，脉动值最大也不会达其平均值的1%。2、直流发电机的基本工作原理有有4 4个线圈的直流电机及其电动势波形

31、个线圈的直流电机及其电动势波形5252平均电磁转矩的产生v 当线圈中电流流动，根据左手定则载流导体受电磁力而产生的转矩方向与驱动方向相反，如果电流的大小不变，磁通密度在垂直于导体运动方向的空间按正弦规律分布，线圈匀速旋转，其波形如下所示；2、直流发电机的基本工作原理 由于电磁转矩方向与驱动方向相反，因此是阻力距。5353平均电磁转矩的产生v 左图中，在具有集电环结构的电机中，由电刷A、B通入直流电流，根据左手定则，要想产生一个单方向的平均电磁转矩是不可能的。因为，当导体位于不同机型的磁极下时，导体中流过的电流必须改变方向，才能使电磁转矩的方向保持不变。3、直流电动机的基本工作原理5454平均电

32、磁转矩的产生v 采用与发电机相同结构，通过电刷A、B流过直流电流，电流从电刷A流进，自B流出，根据左手定则，载流导体受电磁力而产生的转矩方向都是逆时针方向，如果电流的大小不变，磁通密度在垂直于导体运动方向的空间按正弦规律分布，线圈匀速旋转，其波形如下所示；3、直流电动机的基本工作原理5555平均电磁转矩的产生v 由波形图可以看出，转矩是变化的，除了平均转矩外，还包括交变转矩。为了减小交变转矩的脉动，可以增多线圈的数目。3、直流电动机的基本工作原理 直流电动机就将电能转变成机械能。 换向器恰好又担负了把电刷外的直流电流改变为线圈内的交流电流的任务。换向器和电刷作用5656直流电源直流电源电刷电刷

33、换向器换向器电枢绕组电枢绕组电枢绕组电枢绕组NSIIabcdU+电刷电刷换向片换向片转动方向转动方向磁极磁极3、直流电动机的基本工作原理57574. 直流电机的基本结构58584. 直流电机的基本结构1 1风扇；风扇；2 2机座；机座；3 3电枢；电枢；4 4主磁极；主磁极；5 5刷架；刷架；6 6换向器；换向器；7 7端盖；端盖；8-8-换向极；换向极；9 9出线盒；出线盒；1010接线板接线板5959主磁极换向磁极电刷装置机座端盖定子转子电枢铁心电枢绕组换向器转轴轴承直流电机4. 直流电机的基本结构(1)(1)、定子、定子v定子通常指磁路中静止部分及其机械支撑，包括机座、磁轭、主极、换向极

34、等。 1）机座与磁轭 机座有两种型式：整体（磁轭）和叠片（磁轭）机座。 整体（磁轭）机座，担负双重任务，即作为电机的机械支撑（机座），又是磁极间磁通的通路（磁轭）。所用的材料要求具有良好的导磁性能，因此一般不用铸铁，而用铸钢或钢筒做成。并且，为了使磁路中的磁通密度不致太高，要求有一定的导磁面积，这常使其在机械强度和刚度上大有富余。 在调速要求高的电机中，这种整块钢做成的磁轭，比较不利。因为调速而要求主极磁通相应的有快速变化时，定子磁轭中的涡流效应常常阻尼了这种变化，使时间常数变大，同样的原因会对换向不利，在这种情况下，就必须采用叠片（磁轭）机座以减少涡流效应。其磁轭用几毫米厚的薄钢板叠成，钢板

35、间涂漆，相互绝缘，整个叠片磁轭固定在机座上，此时机械支撑与磁轭的作用分开，这样的机座可以用铸铁；中大型电机常用钢板焊成。4. 直流电机的基本结构(1)(1)、定子、定子 2）主磁极 主磁极的作用，是使电枢表面的气隙磁通密度在空间按一定形状分布，并且能在磁极上固定励磁绕组。 主磁极通常用0.5-3mm厚的低碳钢板冲成一定的形状的冲片，然后叠压成凸形磁极，主极叠片一般用铆钉铆成整体，再用螺钉固定在机座内腔（磁轭）上。4. 直流电机的基本结构中大型直流电机主极冲片中大型直流电机主极冲片主磁极装配主磁极装配主极装配图主极装配图 2）主磁极-励磁绕组 主极励磁绕组又称为主极绕组，它是集中式矩形线圈，绕制

36、好后套装在凸极上，是产生主磁场的基本部件。当绕组通过电流时，每个磁极将交替呈现N极和S极，应使相邻的主磁极的极性相反，因此定子相邻主极线圈必须反接串联。容量大的电机采用并联接线，但必须保持其极性不变。 永磁式的主磁极采用永久磁铁制成，故没有主极绕组。4. 直流电机的基本结构 励磁绕组极性与接线励磁绕组极性与接线a a）串联接线）串联接线 b)b)并联接线并联接线 2）主磁极-补偿绕组 补偿绕组，嵌装在主磁极的极靴上，补偿绕组与电枢绕组串联，其电流方向与所对应的主磁极下电枢绕组的电流方向相反，从而补偿交轴电枢反应。4. 直流电机的基本结构补偿绕组示意图补偿绕组示意图 2）主磁极-补偿绕组 大中型

37、的直流电机一般电枢电流较大，电枢反应将使气隙磁场严重畸变，从而形成换向片间的电位差火花而导致环火。如果在主磁极的极靴槽中安装补偿绕组，并和电枢绕组串联，补偿绕组产生的磁动势与电枢绕组磁动势方向相反，从而消除交轴电枢磁动势的影响，使气隙磁场在负载时不产生畸变，可消除电位差火花，防止环火。另一方面补偿绕组与换向极绕组同轴，两者在交轴所建立的磁动势方向相同，从而可使换向极绕组安匝数减小，以减小换向极的漏磁通，提高换向极磁路的线性度。改善电机运行和承受冲击负荷的换向性能。补偿绕组示意图补偿绕组示意图 2）主磁极-补偿绕组 由于补偿绕组用铜量较多，结构复杂，因此只在大中容量的直流电机中才采用。 补偿绕组

38、的接线方式有三种： 1）全部补偿线圈串联后，与换向极绕组串联于电枢一端。 2）全部补偿线圈串联后，与换向极绕组分别串接在电枢两端。 3）每极补偿绕组分别与同极性的换向极逐个穿插串联。4. 直流电机的基本结构带换向绕组和补偿绕组的电枢绕组带换向绕组和补偿绕组的电枢绕组补偿绕组的安置展开图补偿绕组的安置展开图 2）主磁极-补偿绕组 补偿绕组的基本结构型式有三种： 1）菱形补偿绕组，一般由漆包园线绕制，用于梨形补偿槽的小型电机。 2）同心式补偿绕组由外包绝缘的扁铜线绕制，用于开口补偿槽的中型电机，为了减少补偿齿槽对电枢表面铁耗的影响，采用磁性槽楔。 3）条式补偿绕组由裸铜排制成，分直线和端线两部分，

39、嵌线时，将外包绝缘的直线部分穿入半闭口或闭口的补偿槽内，然后联接端线部分，组成线圈。为了防止补偿绕组在电磁力的作用下发生移动，在端部用绝缘垫块和玻璃丝带绑扎。4. 直流电机的基本结构(1)(1)、定子、定子 3）换向极 换向极安装在相邻两主极之间，故称为间极或附加极，其作用是帮助换向，减小火花而设置。一般有几个主极就有几个换向极。 换向极形状简单，常用厚钢板刨削而成，同样，在磁通变化快而换向要求高的场合，换向极也要求用钢片绝缘后叠装而成。 换向极上装有换向极线圈，一般有粗的扁铜线绕成，只有几匝，换向极绕组总是与电枢绕组串联。4. 直流电机的基本结构换向极结构换向极结构 3）换向极 换向极绕组的

40、极性不能接错，否则会产生环火而把换向器损坏。换向极与主极极性必须遵循一定的关系，即运用于电动机时，换向极极性应与顺转向前面的主极极性相反，用作发电机则与顺转向前面的主极极性相同。4. 直流电机的基本结构换向极与主磁极的极性关系换向极与主磁极的极性关系用作电动机用作电动机用作发电机用作发电机 3）换向极 换向极的作用是：当电机有负载时，电枢电流流过换向极绕组产生磁动势，其方向与交轴电枢磁动势相反，其大小则应除抵消换向极下交轴电枢反映磁动势外，还要在换向区内建立一个适当的外磁场，即换向磁场，使换向元件产生附加电动势，以抵消电抗电动势，就可使换向元件的总电动势接近零值，从而改善电机的换向。4. 直流

41、电机的基本结构装置换向极改善换向装置换向极改善换向(2)(2)、转子、转子 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承。 1）电枢铁心 它提供主极下的通路，当电枢在磁场中旋转时，铁心中的磁通方向不断变化，因而也会产生涡流和磁滞损耗，通常用0.5mm厚的硅钢片或冷轧硅钢片叠成，片间涂绝缘漆以减少损耗，硅钢片上还冲出转子槽，以便嵌放电枢绕组。4. 直流电机的基本结构电枢冲片电枢冲片 容量稍大的电机，电枢铁心在轴向分成几段，各段留出10mm左右的间隙，作为径向通风沟。(2)(2)、转子、转子 转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、转轴和轴承。 4. 直流电机的基本结构1 1风扇

42、；风扇；2 2绕组；绕组；3 3电枢铁心；电枢铁心；4 4绑带；绑带；5 5换向器；换向器；6 6轴轴(2)(2)、转子、转子 2）电枢绕组 用带绝缘的铜导线绕成一个一个的线圈元件，嵌放在电枢铁心的槽中，各元件按一定的规律连接的相应的换向片上，全部这些元件就组成了电枢绕组。 元件可以是多匝的，也可能只有一匝，绕组导线的截面积决定于元件内通过电流的大小，小电机一般用带绝缘的园导线；电流较大的用矩形截面的导线。4. 直流电机的基本结构绕组元件在槽中的位置绕组元件在槽中的位置(2)(2)、转子、转子 3）换向器 换向器由许多换向片组成，这些换向片彼此以云母片相互绝缘，全部又以云母环对地绝缘，换向片由

43、梯形铜排制成，尾端开沟或接有连接片（称升高片），以供电枢绕组元件端线焊于其中。 换向器的结构型式有多种，中小型电机常用燕尾式，以使用V形截面的压圈夹紧，在燕尾与V形压圈间垫以V形云母环，使其互相绝缘。4. 直流电机的基本结构1 1套筒；套筒；2 2压圈；压圈；3 3V V形云母环；形云母环；4 4换向片；换向片；5 5云母片；云母片；6 6压圈压圈(2)(2)、转子、转子 3）换向器 换向器的直径总是小于电枢直径，为了使电枢绕组的接头与换向片相连接，升高片是换向片与电枢绕组的中间联接零件。在小型电机中，换向器直径与电枢直径相差较小，也可将换向片的一端加高来省去升高片。4. 直流电机的基本结构升

44、高片与换向片的联接升高片与换向片的联接3)3)换向器换向器常用的中小型换向器结构常用的中小型换向器结构1-1-螺母；螺母；2-V2-V形压圈；形压圈；3-V3-V形绝缘环；形绝缘环；4-4-换向片；换向片；5-5-绝缘套筒；绝缘套筒；6-6-套筒；套筒；7-7-螺钉；螺钉；8-8-紧固螺钉紧固螺钉(3)(3)、其他部分、其他部分 1）电刷装置 直流电机电枢绕组和电流均通过电刷装置与外电路相接，电刷本身是由石墨等做成的导电块，放在刷握内，刷握再装于刷架上，根据电流大小的不同，每个刷架上装有一个电刷或一组并联的电刷，同极性刷架上的电流汇集成一起后，引向接线板，再通向机外。电刷组的数目一般等于主极的

45、数目，各电刷组在换向器表面的分布应是等距的，电刷有一定的正确位置。4. 直流电机的基本结构1 1电刷；电刷；2 2刷握；刷握；3 3弹簧压板；弹簧压板；4 4刷架座；刷架座；5 5刷杆刷杆(3)(3)、其他部分、其他部分 2）轴承支撑 中小电机一般用滚动轴承，大型电机用滑动轴承。中小电机的轴承座固定于机座两端的端盖上，安装运行比较方便。在大型电机中，用座式轴承直接支撑在电机底板上。安装时，要求来调整轴的中心位置。4. 直流电机的基本结构直流电机轴承直流电机轴承(3)(3)、其他部分、其他部分 3）结构型式 直流电机的结构型式与其他交流电机一样，根据不同的冷却方式，分为开启式、防护式、封闭式几种

46、。 气隙 为了使电机能够运转，定子和转子之间要留有一定大小的间隙，此间隙称为气隙，它是主磁路的重要组成部分，气隙磁场是电机进行能量转换的媒介，气隙的大小和气隙磁场的分布及其变化对电机运行影响很大。在小容量电机中，气隙约13mm；在大电机中，可达1012mm 。4. 直流电机的基本结构(3)(3)、其他部分、其他部分 4）铭牌和额定值 额定值 是制造厂对直流电机在指定工作条件下运行时所规定的一些量值。在额定状态下运行时，可以保证电机长期可靠地工作。并具有优良的性能。额定值也是制造厂和用户进行产品设计或试验的依据。额定值通常标在各电气的铭牌上，故又叫铭牌值。4. 直流电机的基本结构直流电机机组直流

47、电机机组直流电机铭牌直流电动机型 号 Z272 产品编号 7001结构类型 _ 励磁方式 他励功 率 22kW 励磁电压 220V电 压 220V 工作方式 连续电 流 116.3A 绝缘等级 B级转 速 1500r/min 重 量 _kg标准编号 JB1104-68 出厂日期 _年_月(3)(3)、其他部分、其他部分 4)4)铭牌和额定值铭牌和额定值4. 直流电机的基本结构直流电机的额定数据主要有以下几种。1、电机型号：说明电机总的特点（它适宜应用的场所、功率范围、尺寸等的大致概念）2、额定容量（功率）PN （单位：kW） 直流电动机 PN =UNINN （输出机械能） 直流发电机 PN =

48、UNIN （输出电能）3、额定电压UN （单位：V） 在额定情况下，电刷两端输出（发电机）或输入（电动机）的电压。4、额定电流IN （单位：A） 在额定工况下，电刷流入或流出的电流。5、额定转速nN （单位：r/min） 在额定功率、额定电压、额定电流时电机的转速。6、励磁电压UfN （单位：V）/ 励磁电流IfN （单位：A）4）.铭牌和额定值7、励磁方式： 电机励磁绕组供电方式；指并励、串励、他励、复励。8、定额：表示电机在额定情况下连续运转时，温升不会超过允许值。9、绝缘等级：绝缘等级越高，允许温升就高。10、铭牌上没有的额定值：额定转矩TN 、额定效率N 其中TN =9.55 PN /

49、 nN N ：在带额定负载运行时，输出的机械功率与输入功率之比。 4）.铭牌和额定值5)5)、线端标志、线端标志 在实际运行时，电机各物理量在额定值时的运行，称为额定运行。电机处于额定运行状态，具有良好的性能，工作可靠。当电机电流小于额定电流时的运行，称为欠载运行，电机长期欠载，效率不高，造成浪费；当电机电流大于额定电流时的运行，称为过载运行，长期过载，使电机过热，降低使用寿命甚至损坏电机。所以额定值是选择电机的依据，应根据实际使用情况，合理选择电机容量，使电机工作在额定运行状态。6）电机使用时注意事项5、 励磁方式 直流电机的励磁方式是指励磁绕组获得励磁电流的方式。除永磁式直流电机外，直流电

50、机的磁场都是通过励磁绕组通入电流激励而建立的。按励磁方式不同可分为四种：他励、并励、串励和复励。 （1）他励 励磁绕组接在独立的电源上，与电枢绕组无关。 （2）并励 励磁绕组与电枢绕组并联。 （3）串励 励磁绕组与电枢绕组串联。 （4）复励5、 励磁方式直流电动机的励磁方式直流发电机的励磁方式（1）他励：直流电机的励磁电流由其它直流电源单独供给。如图所示。aIIGUUfIFaII 他励直流发电机的电枢电流和负载电流相同，即：（2）并励：发电机的励磁绕组与电枢绕组并联。且满足。 。faIIIfIFIGUaI5、 励磁方式（3）串励：励磁绕组与电枢绕组串联。满足 。IIIfaGIaIfIFU5、

51、励磁方式（4）复励：并励和串励两种励磁方式的结合。电机有两个励磁绕组，一个与电枢绕组串联，一个与电枢绕组并联。2fIFGIaI1fIFUIGUaI1fI2fIF5、 励磁方式G直流发电机励磁方式分类自自励励GIa+Ua他他励励串串励励复复励励并并励励Ia+UIfIGGIfIa+UI+UIfIIaIf+Ufv一种静止的电机将一种电压的电能转换为另一种电压的电能。v用途分类： 电力变压器，电力系统传输电能 电炉变压器，专给炼钢炉供电 整流变压器，大型电解电镀、直流电力机车供电 仪用变压器、控制变压器 无线电变压器，仅传输信号。3.1 3.1 变压器的分类、基本结构、额定值变压器的分类、基本结构、额

52、定值一、变压器的分类一、变压器的分类电力变压器电力变压器v变压器的总容量大致相当于发电机容量的三倍。输电过程中，通常将电压升高，通过高压输电线传送到远方的城市，经过降压变压器降为10kv电压，再经过配电降压变压器分配给用户。v输送同样的功率，电压低则电流大，一方面由于大电流在输电线路上引起损耗，另一方面大电流在线路阻抗上产 生大的压降，受电端电压很低，电能传送不出去。只有高电压能将电能输送到远方只有高电压能将电能输送到远方。 配电变压器配电变压器变压器类别变压器类别-变压方式变压方式v升压变压器升高电压的变压器v降压变压器降低电压的变压器v特殊变压器 ，如试验用高压变压器、电炉用变压器、电焊用

53、变压器、晶闸管线路中的变压器、用于测量仪表的电压互感器和电流互感器等等 变压器类别变压器类别-线圈数目线圈数目v双绕组变压器，在铁芯中有两个绕组，一个为初级绕组，一个为次级绕组 v自耦变压器，初级、次级绕组合为一个 v三绕组变压器，三个绕组连接三种不同电压的线路v多绕组变压器，如分裂变压器变压器类别变压器类别-冷却方式冷却方式v油浸式变压器铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中，可以加强绝缘和改善冷却散热条件v干式变压器 ，能满足特殊要求，如安全变压器类别变压器类别-相数相数v单相变压器v三相变压器二、电力变压器的基本结构二、电力变压器的基本结构v基本结构：油浸式变压器的主要结构部件：铁心

54、、绕组、油箱、绝缘套管等。（一）铁心（一）铁心 由心柱和铁轭两部分组成，心柱用来套装绕组，铁轭将心柱连接 起来，使之形成闭合磁路为减少铁心损耗，铁心用厚0.300.50mm的硅钢片叠成，片上涂以绝缘漆，以避免片间短路。在大型电力变压器中为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅钢片；为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。1、心式、心式 心柱被绕组所包围心柱被绕组所包围心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力心式结构的绕组和绝缘装配比较容易，所以电力变压器常常采用这种结构。变压器常常采用这种结构。特点特点铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。铁心包围绕组的顶面、底面和侧面。

55、壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大壳式变压器的机械强度较好，常用于低压、大电流的变压器或小容量电讯变压器。电流的变压器或小容量电讯变压器。特点特点2、壳式、壳式（二）绕组（二）绕组v定义：变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。v一次绕组输入电能的绕组v二次绕组输出电能的绕组v同异点：一次和二次绕组具有不同的匝数、电压和电流，其中电压较高的绕组称为高压绕组，电压较低的称为低压绕组。从高低压绕组的相对位置来看，变从高低压绕组的相对位置来看，变压器绕组可以分为同心式和交叠式压器绕组可以分为同心式和交叠式两类。两类。v同心式：高低压绕组同心的套在铁心柱上。为便于绝缘，一般低压绕组在

56、里面高压绕组在外面。v 交叠式：高低压绕组互相交叠放置，为便于绝缘，上下两组为低压。（三）油箱（三）油箱v油浸式变压器的器身浸在变压器油的油箱中。油是冷却介质，又是绝缘介质。油箱侧壁有冷却用的管子（散热器或冷却器）。v机械支撑、冷却散热当变压器出现故障时，产生当变压器出现故障时，产生的热量使变压器油汽化，气的热量使变压器油汽化，气体继电器动作，发出报警信体继电器动作，发出报警信号或切断电源。号或切断电源。如果事故严重，变压器油大如果事故严重，变压器油大量汽化，油气冲破安全气道量汽化，油气冲破安全气道管口的密封玻璃，冲出变压管口的密封玻璃，冲出变压器油箱，避免油箱爆裂。器油箱，避免油箱爆裂。（四

57、）绝缘套管（四）绝缘套管v将线圈的高、低压引线引到箱外，是引线对地的绝缘，担负着固定的作用。（瓷质）v套管外形常做成伞形，电压愈高、级数愈多。此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器此外，还有储油柜、吸湿器、安全气道、净油器和气体继电器。三、变压器的额定值三、变压器的额定值1、额定容量SN：额定视在功率 双绕组变压器，一、二次侧额定容量S1N=S2N ； 三绕组变压器三侧容量不一定相等。对三相变压器指三相的总容量。 单位：VA、KVA、MVA。容量在630kVA以下的为小型电力变压器；8006300kVA的为中型电力变压器；800063000kVA为大型电力变压器；90000kV

58、A及以上的为特大型电力变压器。2、额定电压UN：一次侧额定电压U1N，二次侧额定电压U2N。 额定电压均指线电压。 U2N：一次侧外加额定电压U1N时的二次侧空载电压。 单位：V、KV3、额定电流IN：一次侧额定电流I1N，二次侧额定电流I2N。 额定电流均指线电流。 单位：A4 4、额定频率、额定频率f fN N ：我国规定为：我国规定为50HZ50HZ。v单相变压器v三相变压器NNNNNNUSIUSI2211NNNNNNUSIUSI221133额定值的关系额定值的关系了解：了解：变压器铭牌数据变压器铭牌数据v每台变压器都有一铭牌，上面标注着型号、额定值及其它数据，便于用户了解变压器的运行性

59、能。电力变压器电力变压器产品型号产品型号 SL7315/10 产品编号产品编号 额定容量额定容量 315kVA 使用条件使用条件 户外式户外式额定电压额定电压 10000/400V 冷却条件冷却条件 ONAN额定电流额定电流 18.2/454.7A 短路电压短路电压 4%额定频率额定频率 50 Hz 器身吊重器身吊重 765kg相相 数数 三相三相 油油 重重 380kg联接组别联接组别 Yyno 总总 重重 1525kg制制 造造 厂厂 生产日期生产日期 图图 电力变压器铭牌示意图电力变压器铭牌示意图型号说明型号说明v例如型号为：SL7-630/10，其中“S”代表三相，“L”代表铝导线，“

60、7”代表设计序号，“630”代表额定容量为630kVA，“10”代表高压绕组额定电压为10kV。v我国生产的各种变压器系列产品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中SC8型为环氧树脂浇注干式变压器。113二二. .电机现场周期预防性试验电机现场周期预防性试验1141.概述概述 为满足在用电机在现场进行周期预防性试验的需要，在周期预为满足在用电机在现场进行周期预防性试验的需要，在周期预防性试验工作中依据相关标准，利用仪器、仪表及相关设备，对电防性试验工作中依据相关标准，利用仪器、仪表及相关设备，对电机进行在线和离线检测，预防性试验是电机设备运行和维护工作中机进行在线和离线检测，预防性试验是电机设