电机与变压器 课件 第7、8章 同步电机、特种电机

电机与变压器第七章同步电机第一节同步电机的工作原理、用途及分类一、同步电机的工作原理１.同步电动机２.同步发电机第一节同步电机的工作原理、用途及分类二、同步电机的用途三、同步电机的分类第二节同步电机的基本结构一、定子第二节同步电机的基本结构二、转子第二节同步电机的基本结构第二节同步电机的基本结构三、国产同步电机系列简介第二节同步电机的基本结构（１）额定容量ＰＮ指轴上输出的机械功率，单位为ｋＷ。（２）额定电压ＵＮ指加到定子绕组上的线电压，单位为Ｖ或ｋＶ。（３）额定电流ＩＮ指电动机额定状态运行时，流过定子绕组的线电流，单位为Ａ。（４）额定转速ｎＮ单位为ｒ／ｍｉｎ。（５）额定频率ｆＮ我国标准工频为５０Ｈｚ。（６）额定效率ηＮ是指额定负载时的效率。（７）额定功率因数ｃｏｓφＮ。（８）额定励磁电压ＵｆＮ是指额定负载时励磁绕组所需施加的电压。（９）额定励磁电流ＩｆＮ。（１０）额定温升是指电动机允许的最高温度与环境温度之差。第三节同步电动机的旋转原理和起动方法一、同步电动机的旋转原理第三节同步电动机的旋转原理和起动方法二、同步电动机的起动方法第三节同步电动机的旋转原理和起动方法１.异步起动法第三节同步电动机的旋转原理和起动方法２.辅助电动机起动法３变频起动法第四节同步电动机功率因数的调整第四节同步电动机功率因数的调整第五节微型同步电动机第五节微型同步电动机一、概述二、永磁式微型同步电动机１.基本结构（１）异步起动永磁式微型同步电动机异步起动永磁式微型同步电动机的结构和异步电动机相似，其定子铁心上嵌放三相或单相绕组，转子有磁极和笼形绕组。（２）磁滞起动永磁式微型同步电动机磁滞起动永磁式微型同步电动机是利用磁滞环起动的，图７-１４所示为径向式磁滞起动永磁式微型同步电动机，它是以径向永磁体取代直流励磁的转子磁极。（３）爪极自起动永磁式微型同步电动机爪极自起动永磁式微型同步电动机没有笼形绕组，也没有磁滞环，不能产生异步转矩或磁滞转矩，起动和牵入同步都靠同步转矩。２.工作原理第五节微型同步电动机第五节微型同步电动机三、反应式微型同步电动机１.基本结构２.工作原理第五节微型同步电动机四、磁滞式微型同步电动机１.基本结构第五节微型同步电动机２.工作原理本章小结１）同步电动机是一种大型的电动机，它用来拖动送风机、水泵、球磨机、空气压缩机等大型的机械设备，其功率达数百千瓦甚至数兆千瓦（如蓄能电站的同步电机）。２）同步电动机的定子与异步电动机相似，在定子铁心中嵌入三相绕组，通入对称三相交流电后产生旋转磁场。３）同步电动机不能自起动，要借助其他方法起动。４）同步电动机最大的特点是转速恒定，即有绝对硬的机械特性。５）同步电动机另一个特点是功率因数可以调节，改变同步电动机转子的励磁电流，可改变定子取用交流电源的功率因数。６）一般的同步电动机转子磁极利用通电线圈产生磁场的原理而获得；功率较小的同步电动机则可以采用永久磁钢来获得。７）微型同步电动机用于转速要求保持严格恒定的场合，如纺织机械、医疗器械、摄像机、复印机、自动记录装置、家用电器等。第八章特殊电机第一节步进电动机（１）调速范围宽尽量提高最高转速以提高劳动生产率。（２）动态性能好能迅速起动、正反转和停车。（３）加工精度高即要求一个脉冲对应的位移量小、并要精确、均匀。（４）输出转矩大可直接带动负载。第一节步进电动机一、步进电动机的分类１.反应式步进电动机（１）基本结构反应式步进电动机主要由定子和转子构成。第一节步进电动机（２）工作原理１）三相单三拍控制。２）三相六拍控制。第一节步进电动机第一节步进电动机第一节步进电动机２.永磁式步进电动机（１）基本结构永磁式步进电动机的典型结构如图８-６所示，它的定子为凸极式，定子上有两相或多相绕组，转子是一对极或多对极的星形永久磁钢。（２）工作原理以图８-６所示为例，当定子绕组按Ｕ→Ｖ→（－Ｕ）→（－Ｖ）单四拍方式或ＵＶ→Ｖ→（－Ｕ）→（－Ｕ）（－Ｖ）→（－Ｖ）Ｕ双四拍方式通电时，转子便连续旋转，步距角为４５°第一节步进电动机３.永磁感应子式步进电动机（１）基本结构永磁感应子式步进电动机的典型结构如图８-７所示。第一节步进电动机（２）工作原理如图８-７所示，定子控制绕组与永磁式步进电动机相同，为两相集中绕组，每相为两对极，Ｕ相绕组布置在１、３、５、７大极上，Ｖ相绕组布置在２、４、６、８大极上，按Ｕ→Ｖ→（－Ｕ）→（－Ｖ）→Ｕ…次序轮流通以正负电脉冲（也可在同一相的极上绕二套绕向相反的绕组，通以正脉冲）。二、步进电动机的特点及应用第一节步进电动机第二节伺服电动机一、概述１）有较大的调速范围。２）快速响应，即要求机电时间常数小，灵敏度高，使转速随着控制电压迅速变化。３）具有线性的机械特性和调节特性。４）无自转现象。二、交流伺服电动机１.基本结构第二节伺服电动机２.工作原理及特点（１）起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图８-１３中曲线１所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线２相比，有明显的区别。第二节伺服电动机（２）运行范围较宽如图８-１３所示，转差率ｓ在０～１范围内伺服电动机都能稳定运转。（３）无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电动机立即停止运转。第二节伺服电动机３.交流伺服电动机的控制方式（１）幅值控制方式即保持励磁电压的相位和幅值不变，通过调节控制电压的大小来改变电动机的转速；通过改变控制电压的相位来改变电动机的转向，如图８-１６ａ所示。第二节伺服电动机（２）相位控制方式即保持励磁电压和控制电压的幅值不变，通过调节控制电压与励磁电压之间的相位差来改变电动机的转速和转向，这种方式一般很少采用。（３）幅值—相位控制方式即保持励磁电压的相位和幅值不变，同时改变控制电压的幅值和相位以达到控制的目的，如图８-１６ｂ所示。４.交流伺服电动机的应用三、直流伺服电动机１.基本结构（１）传统式直流伺服电动机结构和一般直流电动机基本相同，也是由定子、转子（电枢）、电刷和换向器等部分组成的。第二节伺服电动机（２）低惯量型直流伺服电动机１）盘式电枢直流伺服电动机。２）空心杯电枢永磁式直流伺服电动机。第二节伺服电动机第二节伺服电动机３）无槽电枢直流伺服电动机。第二节伺服电动机２.工作原理３.控制方式４.机械特性第二节伺服电动机５.主要应用第二节伺服电动机第三节测速发电机一、交流测速发电机第三节测速发电机１.空心杯转子异步测速发电机的基本结构第三节测速发电机２.空心杯转子异步测速发电机的工作原理３.交流异步测速发电机的特点及应用第三节测速发电机二、直流测速发电机１.基本结构２.工作原理第三节测速发电机３.直流测速发电机的特点及应用第四节直线电动机一、直线电动机的工作原理第四节直线电动机二、直线电动机的结构１.初级２.次级３.气隙第四节直线电动机三、直线电动机的应用１.工业直线传动（１）传送带图８-３６所示为直线电动机运用于传送带的传动装置，图中直线电动机的初级是固定不动的，次级就是传送带本身，所用材料是金属带或金属网与橡胶的复合皮带。第四节直线电动机（２）传送车在工业生产中，可用直线电动机驱动小车传送工件。（３）其他主要包括桥式起重机或吊车的移动装置以及行李和货物存取系统的移动装置。２.电磁泵３.工业自动装置的执行器件第四节直线电动机４.铁路运输方面第五节交磁电机扩大机一、交磁电机扩大机的结构特点第五节交磁电机扩大机二、交磁电机扩大机的工作原理第五节交磁电机扩大机三、交磁电机扩大机的拆装（１）拆卸前要做好复位标记１）交磁电机扩大机与电动机同轴结构的机座拆卸时，应在电动机外壳及交磁电机扩大机外壳的接缝处，打好复位标记。２）在电刷架端的端盖与机壳的接缝处，应打好标记。３）做好每只电刷与刷握相对位置的标记。（２）装配前的检查１）用绝缘电阻表检查各绕组与绕组之间的绝缘电阻，及各绕组对地的绝缘电阻应符合规定要求。２）测量各绕组的直流电阻值，应符合要求。３）检查各绕组的接线与出线头是否正确。４）检查换向器。不得有短路、断路及脱焊等缺陷。换向器表面要光滑、清洁，不得有油污。５）检查换向器的同轴度。允差值应小于００３ｍｍ。第五节交磁电机扩大机（３）装配注意事项１）按拆卸时标好的复位标记复位和装配。２）安装电刷时，应按拆卸时的标记对号复位。３）复查及调整电刷的中性线位置。４）运转前应空载研磨电刷接触面磨光部分（镜面）达到电刷整个工作面的８０％左右，磨好后需空转１～２ｈ。５）电机装配后应检查引出线的极性，应正确可靠。技能训练10直流伺服电动机与直流测速发电机的使用一、训练目的１）学习直流伺服电机与直流测速发电机的接线与使用。２）观察伺服电机的工作特点。３）求取直流测速发电机的输出特性，即输出电压与转速的关系特性。４）用数字电压表观察直流测速发电机输出电压的波动。二、训练器材１）直流测速发电机组，ＣＹ型永磁式或ＺＣＦ型励磁式，１台。２）直流伺服电机，４５ＳＺ或５５ＳＺ，１台。３）数字电压表，１台。４）直流稳压电源，１１０Ｖ，３～５Ａ，１台。５）光电式转速表与测速发电机转速配套，１台。６）双刀开关，ＨＫ１—１５，２个。技能训练10直流伺服电动机与直流测速发电机的使用７）单刀开关，５Ａ，１个。８）滑线电阻，ＲＰ，２Ａ，１００Ω，１个；Ｒ１，０.５Ａ，１００Ω，１个；Ｒ２，０.２Ａ，１００Ω，１个；ＲＬ，０.１Ａ，１５００Ω，１个。三、训练内容及步骤技能训练10直流伺服电动机与直流测速发电机的使用１）按图８-４２所示电路接线。２）合上Ｓ１，则直流稳压电源的输出电压给伺服电动机ＳＭ和测速发电机ＴＧ的励磁绕组励磁，调节Ｒ１及Ｒ２使两台电机的励磁电压均为额定电压。３）合上Ｓ３，起动伺服电动机ＳＭ，分别将滑线变阻器ＲＰ置于四个不同的位置，用改变伺服电动机电枢电压的方法来改变其转速。４）在滑线变阻器置于位置１时：①测量直流测速发电机ＴＧ空载（Ｓ２开路，ＲＬ→∞）时输出电压Ｕｏ与转速ｎ０的数值，并记录于表８-１中。技能训练10直流伺服电动机与直流测速发电机的使用②测量直流测速发电机ＴＧ在负载（即Ｓ２合上，ＲＬ＝１５００Ω，７５０Ω，３００Ω）时的输出电压Ｕｏ与转速ｎ０的数值。５）在滑线变阻器置于２、３、４三个不同的位置，重复上述步骤进行实训，并记录数据于表８-１中。６）断开开关Ｓ３，观察伺服电动机停转时的现象。技能训练10直流伺服电动机与直流测速发电机的使用四、注意事项１）伺服电动机及测速发电机均属微电机，体积很小，故在安装、接线时应特别注意，避免损坏。２）注意正确使用光电转速表及数字电压表，以保证测量结果的正确