电动机工作原理培训课件

电动机工作原理培训课件第一章：电动机基础概述电动机的定义与作用电动机是一种能够将电能转换为机械能的电气设备，是现代工业和日常生活中不可或缺的动力源。电动机通过电磁感应原理，将输入的电能转化为旋转运动的机械能，从而驱动各类机械设备运行。主要应用领域：工业生产：驱动各类机床、泵、风机、压缩机等交通运输：电动车、电动列车、电梯等家用电器：冰箱、洗衣机、空调、电风扇等电动机的分类直流电动机（DCMotor）以直流电为能源的电动机，需要换向器和电刷实现转子持续旋转。永磁直流电动机他励直流电动机串励直流电动机并励直流电动机复励直流电动机交流电动机（ACMotor）使用交流电源的电动机，是当今应用最广泛的电动机类型。单相交流电动机三相交流电动机通用电动机按同步性分类根据转子转速与旋转磁场同步性进行分类。同步电动机：转子转速与旋转磁场同步电动机的基本构造定子（Stator）电动机的固定部分，通常包括机座、端盖和轴承等。在交流电动机中，定子上装有定子绕组；在直流电动机中，定子上安装有主磁极和换向极。转子（Rotor）电动机的旋转部分，安装在轴上，通过轴承支撑。在直流电动机中称为电枢，在交流电动机中分为鼠笼式转子和绕线式转子。主要部件磁极：产生磁场绕组：通电产生磁场或感应电流换向器：直流电机中改变电流方向的装置电刷：与换向器接触，传导电流直流电动机结构直流电动机的主要结构包括：磁极：固定在机座内壁，产生主磁场电枢铁芯：叠压在转轴上，表面有槽，内嵌电枢绕组电枢绕组：放置在电枢铁芯槽中的导线，通电后产生电磁力换向器：固定在转轴上，由相互绝缘的铜片组成电刷：与换向器接触，向电枢绕组供电第二章：直流电动机工作原理直流电动机的基本原理直流电动机的工作基于电磁力原理：通电导体在磁场中受力，产生转动。工作过程：直流电源通过电刷和换向器向电枢绕组供电电枢绕组中的电流产生磁场（电枢磁场）电枢磁场与定子磁场相互作用产生电磁转矩电磁转矩驱动转子旋转换向器随转子旋转，自动改变电流方向直流电动机的换向过程换向过程是直流电动机持续旋转的关键机制，确保电枢绕组中的电流方向始终能产生同向转矩。电流通路电流从电源正极经过电刷进入换向器，流经电枢绕组后，再通过换向器和另一电刷返回电源负极。换向器旋转随着转子旋转，换向器铜片与电刷的接触位置不断变化，导致电枢绕组中的电流方向周期性改变。转矩产生直流电动机的主要结构组成磁路系统磁轭：导磁并支撑主磁极主磁极：产生主磁场励磁绕组：通电产生磁场换向极：改善换向条件电枢系统电枢铁芯：叠片结构，减少涡流电枢绕组：产生电磁力的导线换向器：改变电流方向电刷：与换向器接触，传导电流机械系统机座：支撑整机轴承：支撑转子旋转端盖：固定轴承风扇：冷却电机接线盒：电气连接直流电动机的应用实例电动车驱动系统直流电动机在电动车中广泛应用，特别是永磁直流电动机因其启动转矩大、调速范围广、控制简单等优点，成为许多轻型电动车的首选动力。工业自动化设备第三章：交流电动机基础交流电动机的分类单相交流电动机使用单相交流电源，主要应用于小功率场合。分相电动机：使用启动绕组，启动后断开电容启动电动机：使用电容产生相移电容运转电动机：电容持续在线罩极电动机：结构简单，适用于风扇等三相交流电动机使用三相交流电源，应用最为广泛的电动机类型。三相异步电动机鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机三相同步电动机电磁式同步电动机三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构主要包括定子和转子两大部分：定子部分机座：支撑整机结构，通常为铸铁材料定子铁芯：由硅钢片叠压而成，内部有槽定子绕组：放置在定子铁芯槽中，通入三相电流后产生旋转磁场转子部分鼠笼式转子：由转子铁芯、导条和端环组成，结构简单牢固三相异步电动机定子与转子结构定子结构特点定子铁芯内部开有均匀分布的槽，定子绕组按一定规律嵌入槽中，形成三相对称绕组。每相绕组在空间上相差120°电角度，通入三相交流电后产生旋转磁场。鼠笼式转子特点三相旋转磁场的形成原理三相电流的特点三相交流电由三个幅值相等、相位依次相差120°的正弦交流电组成。定子绕组分布三相定子绕组在空间上互差120°电角度均匀分布，每相绕组通入相应的电流。旋转磁场形成三相电流在定子绕组中产生三个脉动磁场，这些磁场在空间上叠加，形成幅值恒定、空间位置均匀旋转的旋转磁场。三相旋转磁场动画演示磁场旋转过程t=0时刻：A相电流最大，磁场指向A相轴线方向t=T/6时刻：合成磁场旋转60°t=T/3时刻：合成磁场旋转120°t=T/2时刻：合成磁场旋转180°旋转磁场特点磁场强度恒定，大小为1.5倍单相磁场最大值磁场匀速旋转，旋转速度为同步转速磁场旋转方向取决于三相电源相序异步电动机的工作原理异步电动机工作原理基于电磁感应定律，主要工作过程如下：旋转磁场产生：定子绕组通入三相交流电后产生旋转磁场，以同步速度n₁旋转转子感应电流：旋转磁场切割转子导体，在转子中感应电流电磁转矩产生：转子电流与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩转子旋转：电磁转矩驱动转子旋转，但转速n₂始终小于同步速度n₁异步电动机的滑差概念滑差的定义滑差是转子转速与同步转速之差与同步转速之比，通常用百分比表示：其中：n₁为同步转速，n₂为转子实际转速滑差的物理意义滑差反映了转子相对于旋转磁场的相对运动状态，是异步电动机工作的必要条件。s=0：转子同步旋转，无相对切割，无感应电流和转矩0＜s＜1：正常运行状态，转子以低于同步速度的速度旋转s=1：转子静止，启动状态滑差与转矩的关系异步电动机的启动方式直接启动（DOL）将电动机直接连接到电源，启动电流大（额定电流的5-7倍），适用于小功率电动机（一般小于15kW）。星三角启动启动时绕组呈星形连接，降低每相电压为线电压的1/√3，启动电流约为直接启动的1/3，适用于中等功率电动机。软启动器直接启动（DOL）优缺点分析优点结构简单：仅需接触器和过载保护装置成本低：设备投资少，维护简单启动转矩大：可达额定转矩的1.5-2倍启动速度快：直接加全压，快速达到额定转速控制简单：接线简单，操作方便缺点启动电流大：可达额定电流的5-7倍，对电网冲击大机械冲击大：启动瞬间转矩突变，对传动系统冲击大功率限制：一般仅适用于小功率电动机星三角启动原理与应用星形接法启动阶段启动时，将定子绕组接成星形连接，每相电压降为线电压的1/√3（约57.7%），启动电流约为直接启动的1/3，但启动转矩也仅为直接启动的1/3。切换过程当电动机加速到接近额定转速（约80%）时，通过切换接触器，将定子绕组从星形接法切换为三角形接法。切换过程中存在短暂断电。三角形接法运行阶段切换为三角形接法后，电动机在额定电压下正常运行。此时电流会有一个冲击，但由于已接近额定转速，冲击电流远小于直接启动时的电流。绕线转子感应电动机简介结构特点转子上绕有与定子绕组极数相同的三相绕组转子绕组通过滑环和电刷引出外接可调电阻器或其他控制装置结构复杂，制造和维护成本较高工作原理基本原理与鼠笼式异步电动机相同，但转子回路可通过外部电阻进行调节，改变转子回路参数，从而调节启动和运行特性。应用优势启动转矩大，启动电流小调速范围广，性能灵活适用于需要频繁启动或重载启动的场合第四章：同步电动机工作原理同步电动机的基本结构同步电动机主要由定子和转子两大部分组成：定子结构与三相异步电动机定子结构基本相同机座、定子铁芯和三相定子绕组定子绕组通入三相交流电后产生旋转磁场转子结构根据转子结构的不同，可分为两种主要类型：电磁式转子：具有凸极结构，通过励磁绕组和滑环供电同步电动机的工作原理定子旋转磁场定子三相绕组通入三相交流电后产生旋转磁场，旋转速度为同步速度n₁=60f/p（f为电源频率，p为极对数）。转子磁场形成电磁式转子通过直流励磁电源产生磁场；永磁转子本身具有恒定磁场。转子形成稳定的N、S极。磁场锁定转子磁极被定子旋转磁场"锁住"，N极被S极吸引，S极被N极吸引，转子随旋转磁场同步旋转。功角与转矩同步电动机动画演示同步运行过程启动过程：通常需要辅助启动方式同步牵引：转速接近同步速度时，转子磁场与定子旋转磁场相互作用同步运行：转子被旋转磁场"锁住"，以同步速度旋转负载变化：负载增加时，功角增大，转矩增大两种转子的特点电磁转子：可调节励磁电流，控制功率因数；启动需辅助装置，如阻尼绕组电动发电机与电动机的双向运行抽水蓄能电站的双向运行抽水蓄能电站使用同步电动发电机组，具有两种工作模式：发电模式：高水位水流驱动机组，作为发电机发电抽水模式：电网电力驱动机组，作为电动机将水抽至高位蓄能设计制造难点大型机组的机械强度与稳定性要求高电气绝缘系统要求高冷却系统设计复杂启动与同步过程控制精确电网并网与解列控制复杂技术特点高效率：双向运行效率高快速响应：可快速切换工作模式调相能力：可作为调相机调节电网无功功率电动机名词术语汇总基本术语励磁：产生磁场的过程换向：直流电机中改变电流方向的过程滑差：异步电机转子转速与同步速度的相对差值转矩：使电机旋转的力矩同步速度：旋转磁场的旋转速度结构术语定子：电机的固定部分转子：电机的旋转部分电枢：直流电机中的转子换向器：直流电机中改变电流方向的装置鼠笼式转子：异步电机中的一种转子结构电气术语额定功率：电机正常工作时的输出功率额定电压：电机正常工作时的供电电压额定电流：电机正常工作时的电流功率因数：有功功率与视在功率之比结语：电动机技术的发展与应用前景电动机技术在新能源与智能制