城轨控制电源设备维护（第2版）课件：电机

电机难点重点三相异步电动机的基础知识、结构及原理。直流电动机的基础知识、结构及原理。教学重点电机分为静止电机（变压器）和旋转电机（电动机）。在我们的生产生活中电动机随处可见。在城轨信号设备中常用的电动机有三相异步电动机、单相异步电动机和直流电动机。电动机第一节三相异步电动机二结构三原理一概述1.异步电动机的应用在城轨信号设备中，异步电动机得到较多的应用。S700K型电动转辙机和ZDJ9型电动转辙机采用的都是三相异步电动机。

第一节三相异步电动机2.交流电动机的铭牌数据（1）型号：型号中的字母选用产品名称中有代表意义的汉字，按其汉语拼音的第一个字母来表示，如R代表“绕”线式转子，S代表“双”笼式转子等。但习惯留用的文字符号仍采用，如J代表异步电机，O代表封闭式等。但微型交流电动机的型号则采用不同的方法表示。微型交流电动机的型号由系列代号、设计序号、机座代号、特征代号和特殊环境代号等组成。编排右图：二结构三原理一概述（2）额定功率 ：指电动机在额定运行时输出的机械功率，单位为W或kW。（3）额定电压 ：指额定运行情况下，电网加在定子绕组上的线电压，单位为V。（4）额定电流 ：指电机在额定电压下使用输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。（5）额定频率 ：指电动机所接的交流电源的频率，我国规定标准工业频率为50Hz。（6）额定转速 ：指电动机在额定频率和额定功率下的转速，单位为r/min。（7）相数：是单相还是三相。（8）接法：指电动机在额定电压下，定子三相绕组应采用的连接方式，一般有星形和三角形两种接法，使用时不得接错。（9）绝缘等级：指电动机所用绝缘材料的绝缘等级。由它可确定电动机运行时绕组绝缘能长期使用的极限温度，从而规定了电动机的容许温升。有的铭牌标注温升，就不标绝缘等级。绝缘等级和允许温升可查阅有关资料获得。（10）定额：指连续工作还是断续工作。绕线式电动机的铭牌上还标明转子绕组的开路电压（额定电势）和转子电流，作为配用启动电阻的依据。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述第一节三相异步电动机三相异步电动机由定子和转子两大部分组成。定和转子间有气隙。其结构如图所示。二结构三原理一概述第一节三相异步电动机（一）定子定子由定子铁芯、定子绕组和机座等部分组成。（1）定子铁芯。（2）定子绕组。（3）机座。二结构三原理一概述第一节三相异步电动机二结构三原理一概述（二）转子转子是异步电动机的旋转部分，电动机的工作转矩就是从转子轴上输出的。它由转子铁芯、转子绕组和转轴3部分组成。（1）转子铁芯。（2）转子绕组。（3）转轴。第一节三相异步电动机（一）旋转磁场的建立同时将三个定子绕组对称地放置在圆筒状铁芯的内表面，三个绕组在空间的位置差是120电角度。将三相绕组的首端A、B、C分别接到对称三相电源上，由于三个绕组完全相同，故产生对称三相电流。在三相异步电动机中，定子三相对称绕组中通入三相对称电流，产生一个合成磁场，所产生的合成磁场是随电流交变而在空间旋转的磁场，即为旋转磁场。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述（二）旋转磁场的转速——同步转速对2极电机，三相电流中电流变化一个周期，其2极旋转磁场在空间旋转一周。对4极（p＝2）电机，当交流电流变化一个周期时，其4极合成磁场（p＝2）将在空间转过半个圆周，与2极旋转磁场（p＝1）比较，转速减慢了一半。依此类推，有p对磁极的异步电机，其旋转磁场的转速n1为：n1又称为电机的同步转速，单位为转/分（r/min）。可见，旋转磁场的转速n1与电源频率f1成正比，与磁极对数p成反比。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述（三）旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向是由通入三相绕组的三相电流的相序决定的。定子绕组三相电流的相序是A→B→C：旋转磁场顺时针旋转。三相绕组的电流相序改变为A→C→B：旋转磁场逆时针旋转。改变旋转磁场的旋转方向有重要的实用意义。因为异步电动机电动状态下转子的转向是与旋转磁场的转向相一致的。所以工程上常采用对调两根电源线实现对异步电动机的反转控制。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述（四）三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机定子的三相绕组通入三相对称电流，产生了旋转磁场。旋转磁场在气隙中以同步转速n1旋转。根据电磁感应定律，转子导体受到旋转磁场的磁力线切割，就会在导体中产生感应电动势。如果转子转速一旦等于旋转磁场的转速，则二者之间就没有相对运动了，当然也就不可能产生电磁力和电磁转矩。因而转子的转速必然要小于旋转磁场的转速，即二者的转速之间有差异，所以这种类型的电动机称为“异步”电动机。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述（五）转差率对异步电动机转子导体中产生感应电动势、感应电流以及转矩，起决定作用的是磁场转速与转子转速二者之差，即磁场切割转子导体的速度。为了衡量异步电动机磁场转速与转子转速的差异程度，引出了转差率的概念。设旋转磁场相对于静止空间的转速用n1表示，该转速又叫同步转速；转子相对于静止空间的转速用n表示；则旋转磁场相对于转子的转速是Δn＝n1－n，这个转速差Δn与同步转速n1之比称为异步电动机的转差率，用s表示。即第一节三相异步电动机二结构三原理一概述二结构三原理一概述【例】有一台三相异步电动机，额定频率fN＝50Hz，额定转速nN为975r/min。试求出电动机的极对数p和额定转差率nN。解对应不同极对数有一系列固定的同步转速。由于电机的额定转速接近而小于同步转速的数值，显然与975r/min最接近的同步转速n1＝1000r/min。则极对数p为

额定转差率sN为

第一节三相异步电动机（六）三相异步电动机的启动、反转和制动1、三相异步电动机的启动电动机拖动的机械有不同的起始条件，有的机械启动时负载转矩很小，随着转速的增加而增加，启动时只有摩擦转矩；有的机械启动时的负载转矩和额定转速时一样大；有的机械在启动时接近空载，等转速稳定后再加负载；还有的机械启动频繁。这些都对电动机的启动性能提出了不同的要求。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述三相异步电动机的启动方式主要有以下几种：1.直接启动（全压启动）：直接启动即将三相异步电动机直接接入额定电压的三相电源上进行启动。起动转矩大，起动电流大。2.降压启动：降压启动即通过一定的专用设备降低电源电压后，再加在电动机上，以减小电动机的启动电流。星型-三角形（Y-Δ）降压启动‌‌自耦变压器降压启动‌软启动器启动‌转子串电阻或频敏电阻启动‌第一节三相异步电动机二结构三原理一概述2、三相异步电动机的反转只要改变三相交流电的相序，就可改变三相异步电动机的旋转方向。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述3、三相异步电动机的制动制动方法有电磁制动和机械制动两种，机械制动不如电磁制动平滑和易于调节，常作为辅助制动装置。三相异步电动机的电磁制动多采用能耗制动的方法。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述能耗制动是切断异步电动机的三相交流电源后，立即在定子绕组中通入直流电流。流过定子绕组的直流电流产生一恒定的磁场，而转子由于惯性继续按原方转动，将产生感应电势和电流。该电流与恒定磁场相互作用，产生与转子旋转方向相反的制动转矩，从而使电动机很快停转。第一节三相异步电动机二结构三原理一概述电机第二节直流电动机二工作原理三特点一结构直流电动机的结构如图所示，主要由定子、电枢两大部分和端盖、轴承、转轴、风扇、接线板、电刷、换向器、接线盒等组成。第二节直流电动机二工作原理三特点一结构第二节直流电动机定子：产生励磁磁场。电枢：又称转子，在励磁磁场作用下，产生感应电动势和电磁转矩，实现电能与机械能之间的转换。换向器、碳刷：实现电机旋转方向改变。直流电动机的工作原理如图所示。当给电枢abcd通以直流电时，通电导体在磁场中就会受力，转子就会旋转起来。二工作原理三特点一结构第二节直流电动机直流电动机的励磁方式可分为四种，即并励、串励、复励、他励。1.并励电机并励电机的励磁绕组与电枢绕组并联，共用一个直流电源供电，如图所示。二工作原理三励磁一结构第二节直流电动机2.串励电机串励电机的励磁绕组与电枢绕组串联接于同一电源，如图所示。ZD6和ZD7转辙机采用的励磁方式就是串励。二工作原理三励磁一结构第二节直流电动机3.复励电机复励电机主磁极上嵌放两套独立的绕组，一套与电枢绕组并联，另一套与电枢绕组串联，如图所示。二工作原理三励磁一结构第二节直流电动机4.他励电机以上三种励磁方式的直流电机作发电机时，它们的励磁电流都是由自己发出的，所以通称为自励电机。他励电机的励磁电流由另外的直流电源供给，如图所示。二工作原理三励磁一结构第二节直流电动机电机第三节单相异步电动机二工作原理三分类一结构单相异步电动机由定子、转子两大部分，以及机壳、端盖、轴承、风扇等部件组成的。定子绕组是单相异步电动机的电路部分，由主绕组（运行）和副绕组（启动）组成。转子以及机壳、前后端盖、风叶等其他部件与三相异步电动机基本相同第三节单相异步电动机二分类三工作原理一结构第三节单相异步电动机为了使两绕组在接同一个单相电源时能产生相位不同的两相电流，往往在副绕组中串入电容或电阻进行分相，这样的电动机称为分相式单相异步电动机。按启动、运行方式的不同，分相式异步电动机又分为电阻启动、电容启动、电容运转和电容启动运转四种类型。还有一种结构简单的单相异步电动机，其定子与分相式电动机定子不同，根据它定子磁极的结构特点被称为罩极式电动机。二分类三工作原理一结构第三节单相异步电动机1.电阻启动式异步电动机电阻启动式异步电动机的副绕组电路中都接有启动开关。其作用是当转子转速上升到一定大小时，自动断开副绕组，避免副绕组长时间工作过热。常用的启动开关有以下两种：离心开关：根据离心原理制成的。PTC启动器：是一个正温度系数的热敏电阻。电阻启动式异步电动机启动转矩较小，启动电流较大，适用于空载或轻载启动的场合。二分类三工作原理一结构第三节单相异步电动机2.电容启动式异步电动机在定子绕组上设有主绕组和副绕组〔启动绕组〕并在启动绕组中串联大容量启动电容器，使通电后主、副绕组的电相角成90度，从而能产生较大的启动转矩，使转子启动运转。电容启动式异步电动机具有良好的启动性能，启动力矩较大，启动电流较小，适用于重载启动的场合。二分类三工作原理一结构第三节单相异步电动机3.电容运转式异步电动机电容运转式异步电动机与电容启动式异步电动机相似，只是绕组电路中不设置启动开关。电容运转式异步电动机的副绕组不仅为了启动，而且也参与运行，实际上是一个两相电动机。在启动时，启动电容器提供一个相位差，使电动机产生旋转磁场，进而启动电动机。在工作时，运行电容器对电动机的功率因数进行改善，提高电机的效率和性能。二分类三工作原理一结构第三节单相异步电动机4.电容启动运转式异步电动机启动电容运转电容1.工作原理为了解决单相异步电动机的启动问题，必须在启动时建立一个旋转磁场，产生启动转矩。单相交流绕组通入单相交流产生脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势，从而在气隙中建立正转磁场和反转磁场。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。电机启动之前，合成转矩为零。由于电机自身没有启动转矩，因此转子必须借助其他外力转动。电机启动后，去除外力，转子仍按原方向继续转动。二分类三原理一结构第三节单相异步电动机2.反转（1）分相式电动机的反转改变单相异步电动机的主绕组或副绕组的电流方向，就可以改变旋转磁场的转向。主、副绕组基本相同的电容运转式电动机，可以通过交替更换主、副绕组实现电动机的正、反转。（2）罩极式电动机的反转把定子铁芯从机座中抽出来，反向后再装入。这种方法只有在装配或修理时实施，