电机与电气控制技术.ppt

1、电机与电气控制技术,电子工业出版社,第1章 变 压 器,1.1 变压器的用途及分类,1.1.1 变压器的用途,变压器是一种利用电磁感应原理，将某一数值的交变电压变换为同频率的另一数值的交变电压的电气设备。变压器在许多方面都得到了广泛的应用，如电力系统中的输、配电和电子技术领域、测试技术领域、焊接技术领域等。,1.1 变压器的用途及分类,三相电力系统输电示意图,1.1 变压器的用途及分类,1.1.2 变压器的分类,1按用途分类,2按绕组构成分类,3按铁芯结构分类,4按相数分类,5按冷却方式分类,1.2 变压器的基本结构与铭牌技术数据,1.2.1 变压器的基本结构,1铁芯,单相芯式变压器,单相壳式

2、变压器,1.2 变压器的基本结构与铭牌技术数据,2绕组,绕组是用导线绕制的线圈，是变压器的电路部分，应具较高的耐热、机械强度及良好的散热条件，以保证变压器的可靠运行。与电源相连的称一次绕组，与负载相连的称二次绕组。也可根据电压大小分为高压、低压绕组。,1.2 变压器的基本结构与铭牌技术数据,3油箱和其他附件,（1）油箱。 （2）储油柜。 （3）安全气道。 （4）气体继电器。 （5）绝缘套管。 （6）分接开关。,1.2 变压器的基本结构与铭牌技术数据,1.2.2 变压器的铭牌技术数据,1额定电压U1N/U2N,额定电压U1N是指交流电源加到一次绕组上的正常工作电压；U2N是指在一次绕组加U1N时

3、，二次绕组开路时（空载）的端电压。在三相变压器中，额定电压是指线电压，通常在铭牌上以分数的形式U1N/U2N表示。,2额定电流I1N/I2N,额定电流是变压器绕组允许长时间连续通过的最大工作电流，由变压器绕组的允许发热程度决定。在三相变压器中额定电流是指线电流。,1.2 变压器的基本结构与铭牌技术数据,3额定容量SN,单相：,三相：,1.3 变压器的工作原理,变压器空载运行原理图,1.3 变压器的工作原理,1.3.1 变压器的空载运行,1空载运行时的物理情况,e = Nd/dt。,由交变磁通所产生的感应电动势的正方向与产生它的磁通符合右手螺旋定则关系，在此关系下：,1.3 变压器的工作原理,各

4、电动势有效值分别为：,一、二次绕组感应电动势之比为变压器的变比，用k表示,1.3 变压器的工作原理,2空载电流I0,所示为励磁电流、主磁通及其感应电动势的相量图。由图可见，I0比在相位上超前一个角度，称为铁耗角，一般很小，可忽略。,1.3 变压器的工作原理,1.3.2 变压器的负载运行,变压器负载运行的原理示意图。,1.3 变压器的工作原理,负载时磁路总的合成磁动势等于空载时的励磁磁动势F0：,F1+ F2= F0,I1 N1+ I2 N2= I0 N0,额定运行时，I0IN,F0FN，F1中主要的是负载分量。忽略I0可得一、二次电流关系式为：,1.3 变压器的工作原理,1.3.3 变压器的运

5、行特性,1电压变化率和外特性,1.3 变压器的工作原理,2效率,效率是指变压器输出有功功率P2与输入有功功率P1之比。考虑到变压器是静止设备，无转动部分，不存在机械损耗，一般效率都较高（95%以上）。P1与P2相差不大，通常采用间接法测出各种损耗再计算效率。变压器的总损耗包括铁芯的铁损耗PFe和绕组的铜损耗PCu，通过试验能测出PFe和PCu。效率为：,1.4 三相变压器,1.4.1 三相变压器的连接组,1三相绕组的连接方法,1.4 三相变压器,2三相连接组别,单相变压器连接组别和同名端如图1.10所示，其中“I/I”表示高、低压侧均为单相。,1.4 三相变压器,（1）Y/Y接法的组别。,Y/

6、Y-12连接组,图1.12 Y/Y-6连接组,1.4 三相变压器,（2）Y/接法的组别。,Y/-11连接组,Y/-1连接组,1.4 三相变压器,1.4.2 三相变压器的并联,把几台变压器一、二次绕组相同标记的出线端连在一起，接到公共母线上，如图,1.5 其他用途的变压器,1.5.1 自耦变压器,一次绕组接在固定电压的电源上，K是滑动触点，可沿绕组各部分移动，改变滑动触点K的位置，即可改变输出电压U2的大小，U2调节的范围可以从零到稍大于U1的数值。,1.5 其他用途的变压器,1.5.2 仪用互感器,1电压互感器,1.5 其他用途的变压器,2电流互感器,测量高压线路的电流或测量大电流，同测量高电

7、压一样，也不宜将仪表直接接入电路，而用有一定变比的升压变压器，即电流互感器将高压线路隔开或将大电流变小，再用电流表进行测量。,1.5 其他用途的变压器,1.5.3 电焊变压器,电焊变压器的两个绕组一般分装在两个铁芯柱上，再利用磁分路法和串联可变电抗法，使绕组漏抗较大且可调节，以产生快速下降外特性,1.5 其他用途的变压器,在一、二次绕组的两铁芯柱之间加一铁芯分支磁路，通过螺杆来回移动进行调节。,1.6 小型变压器常见故障及维修,1.6.1 变压器故障分析及处理,1接通电源后无电压输出 2空载电流偏大 3运行中响声大 4温升过高或冒烟 5电压过高或过低 6铁芯或底板带电,1.6 小型变压器常见故

8、障及维修,1.6.2 小型变压器修复后的一般测试,1绝缘电阻的测试 2各绕组电压值的测量 3耐压试验 4满载电流试验,1.7 小型变压器的手工制作,1变压器线圈的绕制,线圈一般分层绕制，每绕完一层应加一层绝缘材料，普通低压绕组可用一般电容纸、黄蜡绸等绝缘材料，高压绕组应采用聚酯薄膜等耐高压的绝缘材料。,1.7 小型变压器的手工制作,引出线的连接和固定,1.7 小型变压器的手工制作,2变压器铁芯的装配,1.7 小型变压器的手工制作,3变压器的测试,（1）检查外观。检查线圈有无断线、脱焊，有无机械损伤。 （2）检测线圈。用万用表检测线圈的通断或用双臂电桥测量线圈的直流电阻。 （3）检测绝缘电阻。用

9、兆欧表测量绕组间以及绕组对铁芯的绝缘电阻，均应大于50MW。 （4）空载特性测试。一次侧加额定电压，测试原边空载电流和二次侧边空载电压。 （5）负载特性测试。二次侧加额定负载，测试输出电压和电压调整率。 （6）检测温升。加额定负载4h，用测电阻法计算温升，应不超过4050。,1.7 小型变压器的手工制作,4变压器的浸漆处理,为了提高变压器的防潮性能，防止电压击穿，变压器应进行浸漆处理。在浸漆前应进行预烘干，以驱除内部潮气。烘烤时可将变压器置于大功率的灯泡下或电烘箱中，温度控制在115125，预烘46h，取出冷却到6080后，放入绝缘清漆中浸漆1h，最好采用真空浸漆。变压器浸漆时，可在装配铁芯后

10、整体浸漆，也可先将线圈单独浸漆一次，然后装配铁芯，再进行整体浸漆。,电机与电气控制技术,电子工业出版社,第2章 交流异步电动机,目前大量使用的交流电动机主要有三相交流异步电动机和单相交流异步电动机。三相交流异步电动机由三相交流电源供电。与直流电动机相比，它具有运行稳定可靠、效率高且价格低、结构简单、制造与维护简便等优点，广泛用于拖动各种机械负载。交流电动机的主要缺点是：功率因数偏低、调速性能较差，难以满足要求大范围或准确、平滑调速的特殊负载的需要。随着电力电子技术的发展，调速性能的不断改善，交流异步电动机将会获得更广泛的应用。,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2.1.1 三相

11、交流异步电动机的基本原理,1旋转磁场,三相交流异步电动机的三相定子绕组在空间上互差120（电角度），连接成星形（Y）或三角形（），是对称三相负载，简化后如图,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,定子绕组接通电源后流入三相对称交流电流，如图,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,一对磁极的旋转磁场,假设某相绕组电流瞬间为正时，电流从该相绕组的首端流入，尾端流出；电流为负时，方向相反。为简单反映合成磁场及其旋转特征，选取电流相位角t=0、120、240、360这4个瞬时，对应这4个时刻的各绕组电流方向及磁场分别如图,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,如果电

12、动机的每相绕组由两个串联的线圈（组）组成，三相绕组连接成Y形,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,两对磁极（四极）的旋转磁场,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2三相交流异步电动机的基本工作原理,三相交流异步电动机的转子绕组自行闭合，当旋转磁场扫过转子表面时，会在转子导体中产生感应电流,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,3转差与转差率,由上述分析也可看出：对于异步电动机而言，旋转磁场与转子之间的相对运动速度直接影响了转子电流及电磁转矩的大小。一般把同步转速n1与转子转速n的差值称为转差，转差与同步转速的比值称为转差率，以s表示：,2.1 三相交流异

13、步电动机的基本原理、结构与类型,【例2.1】 某三相异步电动机的额定转速nN=1 440r/min，额定频率f1=50Hz，求该电机的极数、同步转速和额定转差率。,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,解：根据额定转速值并结合额定转差率的一般取值范围可以判断： 该电机的同步转速n1=1 500r/min，磁极对数p=2，该电机为四极电机。因此，额定转差率sN为,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2.1.2 三相交流异步电动机的基本结构与类型,1三相交流异步电动机的基本结构,1转子绕组；2端盖；3轴承；4定子绕组；5转子；6定子；7滑环、电刷结构；8接线盒；9机座,2

14、.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,（1）定子。定子主要由定子铁芯、定子绕组和机座三部分组成。,（2）转子。转子包括转子铁芯、转子绕组和转轴。,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2三相交流异步电动机的类型,三相交流异步电动机一般按转子结构分为笼型异步电机和绕线式异步电机。此外，还有其他一些分类方式。按机壳防护型式分有：防护式可防止水滴、灰尘、铁屑及其他物体从上方或斜上方落入电机内部，适用于较清洁的场合；封闭式能防止水滴、灰尘、铁屑及其他物体从任意方向落入电机内部，适用于灰砂较多的场合；开启式除必要的支撑外，转动部分与绕组无专门防护，散热好，仅用于干燥、清洁、无腐蚀性

15、气体的场合。按机座号分为：小型电机0.6125kW，19号机座；中型电机1001250kW，1115号机座；大型电机1 250kW以上，15号以上机座。按相数分为：单相、三相电机。,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2.1.3 三相交流异步电动机的额定值与型号,1三相交流异步电动机的铭牌与额定值,（1）额定功率PN。电动机额定运行时的输出机械功率。 （2）额定电压UN。电动机额定状态时定子绕组的线电压。 （3）额定电流IN。电动机额定状态时定子绕组的线电流。 （4）额定频率fN。额定状态下电动机应接电源的频率。 （5）额定转速nN。电动机在上述额定值下转子的转速，单位为转/分（

16、r/min或rpm）。,2.1 三相交流异步电动机的基本原理、结构与类型,2三相交流异步电动机的型号,2.2 三相异步电动机定子绕组简介,1定子绕组简介,三相异步电动机的定子绕组是由许多嵌放在定子铁芯槽内的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的。为满足异步电动机的运行要求，必须保证各相绕组的形状、尺寸及匝数都相同，且在空间的分布应彼此相差120电角度。定子绕组结构形式较多，若按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组。按每极每相所占槽数来分，可分为整数槽绕组和分数槽绕组；若按绕组的结构和形状来分，又可分为链式绕组、同芯绕组、交叉式绕组、叠绕组和波绕组等。,2.2 三相异步电动机定子绕组简介,2

17、定子绕组的常用名词,（1）线圈、线圈组、绕组。,2.2 三相异步电动机定子绕组简介,（2）极距。,（3）线圈节距y。,（4）机械角度和电角度。,（5）每极每相槽数q。,（6）极相组。,y,电角度=p机械角度,2.3 三相笼型异步电动机的绕组,1链式绕组,2.3 三相笼型异步电动机的绕组,2同芯式绕组,24槽4极单层同芯绕组展开图,2.3 三相笼型异步电动机的绕组,3交叉式绕组,2.4 三相交流异步电动机的运行特性,2.4.1 三相交流异步电动机的机械特性,电磁转矩对电动机的特性有重要影响。由理论推导可得转矩表达式为,1机械特性,2.4 三相交流异步电动机的运行特性,2机械特性上的特殊点及其状态

18、, 在频率f1不变时，TU12，电动机对电源电压的波动很敏感，电网电压的下降可导致电磁转矩的大幅度下降。 人为改变电源频率f1或磁极对数P时，电磁转矩T及电机转速n都会变化，从而可实现对异步电动机进行变频或变极调速。 临界转差率smr2，绕线式异步电动机转子绕组外接电阻时，Sm增大，启动转矩Tst上升但最大转矩Tm不变，临界状态向低转速区迁移，相当于特性的临界点下移。 人为机械特性上稳定段的倾斜程度反映了电动机抗负载扰动的能力。,2.4 三相交流异步电动机的运行特性,为衡量电动机带负载启动和极限过载的能力，通常把启动转矩Tst、最大转矩Tm与额定转矩TN的比值分别称为启动能力（Kst）、过载能

19、力（）：,2.4 三相交流异步电动机的运行特性,2.4.2 三相交流异步电动机的工作特性,当负载在一定范围内变化时，异步电动机一般能通过参数的自动调整适应这种变化。在额定电压和额定频率下，电机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数cos1、效率与电动机输出的机械功率P2之间的关系可以从不同的侧面反映电动机的工作特征，这就是异步电动机的工作特性,2.4 三相交流异步电动机的运行特性,1转速特性n=f（P2）,2定子电流特性I1=f（P2）,3电磁转矩特性T=f（P2）,4功率因数特性cos1=f（P2）,5效率特性=f（P2）,2.5 三相交流异步电动机的启动,2.5.1 笼型异步电动机的

20、启动,1全压启动,全压启动就是将电机直接接入电网，在定子绕组承受额定电压情况下启动，又称直接启动。一般容量的电源可允许7.5kW以下异步电机直接启动，如果供电变压器的容量较大，对7.5kW以上并且启动电流比满足以下经验公式的异步电机也可直接启动：,2.5 三相交流异步电动机的启动,2降压启动,（1）定子串电阻或电抗降压启动。,2.5 三相交流异步电动机的启动,（2）星形-三角形（Y-）降压启动。,2.5 三相交流异步电动机的启动,（3）自耦变压器降压启动。,2.5 三相交流异步电动机的启动,（4）延边三角形降压启动。,2.5 三相交流异步电动机的启动,3深槽型和双笼型异步电动机启动,（1）深槽

21、型异步电动机。,2.5 三相交流异步电动机的启动,（2）双笼型异步电动机。,2.5 三相交流异步电动机的启动,2.5.2 绕线式异步电动机的启动,1转子串电阻分级启动,2.5 三相交流异步电动机的启动,2转子串频敏变阻器启动,分级启动的缺点主要是：启动设备维护复杂，有冲击，启动过程不平滑。转子串频敏变阻器启动则可根据启动过程中的电机转速自动调整频敏变阻器参数，从而实现平滑启动。,2.6 三相交流异步电动机的调速,2.6.1 变极调速,1变极原理,2.6 三相交流异步电动机的调速,2变极调速形式与特征,（1）Y-YY变极调速。,Y-YY变极调速前后的机械特性如图,2.6 三相交流异步电动机的调速

22、,（2）-YY调速。,经理论推导可得，变极前后电机的容许输出功率由P变为PYY=1.15P。,2.6 三相交流异步电动机的调速,2.6.2 变频调速,常数,2.6 三相交流异步电动机的调速,（1）对恒转矩负载,由于实际的电动机绝缘强度有限度，因此定子电压达到电机的额定电压UN后，U1不能再按变频比例增大。在U1=UN的情况下，如果从f1自额定频率fN继续上调则主磁通将减小，最大转矩也减小，过载能力下降；当f1自额定频率fN下调时，由于x1+x2=kf1也随f1下降，r1逐渐变得不能忽略，主磁通虽可保持近似不变但最大转矩还会减小，过载能力也随之下降。,2.6 三相交流异步电动机的调速,（2）对恒

23、功率负载,2.6 三相交流异步电动机的调速,2.6.3 变转差率调速,1转子串电阻调速,2.6 三相交流异步电动机的调速,2转子电路引入附加电势调速,异步电动机除上述三大类调速方法外，还有其他调速方法。例如，人为地改变定子电压或采用电磁离合器调速，甚至于将某些电磁调速装置与电机构成整体而成为电磁调速电机。,2.7 三相交流异步电动机的制动,2.7.1 反接制动,1倒拉反转制动,2.7 三相交流异步电动机的制动,2电源反接制动,2.7 三相交流异步电动机的制动,2.7.2 回馈制动,2.7 三相交流异步电动机的制动,2.7.3 能耗制动,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,1三相电动机定子绕

24、组绝缘电阻偏低的故障维修,（1）故障诊断。, 电动机长期停用或存储，受周围潮湿空气、雨水、盐雾、油污、粉尘、腐蚀性气体的浸入，使绕组表面吸附一层导电物质造成绝缘电阻下降。 绝缘老化，电动机的长期使用，特别是环境温度较高或经常过载，超温使用的电动机。 电动机原来的绝缘材料或绝缘层存在薄弱环节，如绝缘材料质量差，部分地方绝缘层厚度未达标或在嵌线时失误造成电磁线等局部绝缘层损伤。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（2）电动机的干燥处理。电动机因受潮需干燥处理，常用干燥方法为, 烘房（烘箱）干燥法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修, 热风干燥法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修

25、, 白炽灯干燥法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修, 电流干燥法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（3）在进行电机干燥时应注意事项。, 干燥前应将电机吹扫干净，采用电流干燥法时应注意电机的接地保护以防触电。 电机干燥前一般应将电机全部拆开或折开端盖以利潮气逸出。 干燥升温不能过快，一般应控制在10/h以内，最低加热温度不低于100。 干燥温度升达100时应进行绝缘电阻测量，然后观察电阻值稳定不变或很小变化时即可停止干燥。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（4）浸漆处理。,对于受潮烘干的电机，若绝缘不能满足要求或绝缘老化的电机及经过绕组重绕的电机都应进行浸漆处理。浸漆前

26、应将电机清理干净并经预烘，一般预烘温度在110左右，时间48h，每小时测一次绝缘电阻，待电阻稳定才可浸漆。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,2电动机绕组对地短路故障诊断,（1）确定短路地点。, 校验灯法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修, 电流烧穿法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（2）电动机绕组对地短路故障的排除。, 对于短路发生在定子槽口处的，可将绝缘片插入线圈与铁芯之间并包扎好绝缘带，涂上快干绝缘漆。 切除故障绕组。 局部线圈更换法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,3绕组间短路故障维修,（1）绕组间短路的检查方法。, 用万用表或兆欧表测量绕组间绝缘电

27、阻，测量前应拆除三相绕组之间的连片(线)。 对于绕组匝间短路，由于电机绕组线圈电阻一般很小，所以只能用电桥测量三相绕组的直流电阻，一般电阻较小者为有短路匝的绕组。 用三相电流平衡法检查，即通入电源测三相电流，电流大的一相为有短路相。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,三相电流平衡法,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修, 用短路侦察器检查。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,4绕组断路的故障维修,（1）万用表法。,（2）用试验灯法。,（3）测直流电阻法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,5三相交流异步电动机转子故障维修,（1）断条的检查。, 表面检查法。, 铁粉显示法。,

28、 短路侦察器检查法。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（2）断条维修。,对于铝断条，若断条少，可在断裂处外表面进行补焊，也可用换条法进行修理。但换条后由于质量变化大应重新进行动平衡校正。对于铜条可将断条的两端环部开一缺口把断条取出，换上一条与原来截面相同的新铜条，并要长出端环1520mm，以便于气焊焊牢，经过车床车削加工，再进行平衡校正。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,6三相电动机的拆装,（1）电动机拆卸前的准备。, 电动机拆卸前应准备好需要的拆卸工具。 准备好起重工具。 做好必要的位置标记。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,（2）拆卸皮带轮或联轴器。,2.8 三相交

29、流异步电动机常见故障维修,（3）拆卸端盖。,（4）抽出转子。,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,7轴承的拆卸,轴承拆卸的方法与拆带轮(联轴器)相似，用专用拉具拉出,2.8 三相交流异步电动机常见故障维修,用铜棒敲击法拆卸轴承,支承敲击法拆卸轴承,2.9 单相交流异步电动机,2.9.1 单相交流异步电动机的工作原理与机械特性,1脉振磁场及相应的特性,2.9 单相交流异步电动机,脉振磁场的分解,2.9 单相交流异步电动机,脉振磁场作用原理与相应的机械特性,2.9 单相交流异步电动机,2单相电机工作原理与机械特性,单相交流异步电动机的定子绕组由轴线在空间上错开一定角度的两套绕组构成，分别称为主

30、绕组（又称为工作绕组或运行绕组）和启动绕组。,2.9 单相交流异步电动机,2.9.2 单相交流异步电动机的启动类型,1分相式单相电机,（1）电容分相单相电机。,2.9 单相交流异步电动机,（2）电阻分相单相电机。,2.9 单相交流异步电动机,2罩极式单相电机,将定子磁极的一部分嵌放短路铜环或短路线圈（组）就构成了罩极式单相电机。罩极式单相电机包括凸极式和隐极式两种类型。,2.10 单相交流电动机的故障维修,1单相电阻启动电动机的维修,（1）电动机通电后不启动。 （2）电动机转速低运转无力。 （3）电动机不启动但发出嗡嗡声。 （4）电动机运行过热。,2.10 单相交流电动机的故障维修,2单相电容

31、启动电动机维修,（1）电动机不能启动。 （2）电动机启动很快发热。 （3）通电后过载保护很快动作（过电流）。 （4）电动机运转噪声大。,2.10 单相交流电动机的故障维修,3罩极电动机故障诊断,（1）通电后电动机不转。 （2）转速低。 （3）电动机严重发热。 （4）运行时噪声大。,2.10 单相交流电动机的故障维修,4单相电动机的维修,（1）绕组的维修。,（2）转子的维修。,（3）机械故障修理。,（4）电容故障。,（5）离心式开关结构及常见故障排除。,2.10 单相交流电动机的故障维修,（6）离心式开关常见故障。, 离心开关打不开。当电动机达到规定速度时，离心式开关不动作，则可能因为触点转动轴

32、不灵活，阻力大或弹簧拉力过大，只要清除轴内油污，重新调整并加入新的润滑油或重新调整弹簧拉力。 离心开关不闭合或有火花。由于转轴不灵或弹簧拉力过小，触点与两半圆铜环间接触面不平整，以及启动绕组有短路造成电流过大。这种情况下适当调整弹簧拉力和转轴灵活程度，对不平整的部分用工具打磨平整。,电机与电气控制技术,电子工业出版社,第3章 直 流 电 机,直流电机包括直流电动机和直流发电机，与三相交流异步电动机相比，其主要优点是速度调节范围宽广，平滑性、经济性较好，启动转矩较大。但是直流电机也有它显著的缺点，它结构复杂，价格高，维护不方便，尤其是电刷与换向器之间容易产生火花，故障较多，因而运行可靠性较差。目

33、前直流电机主要应用于电力拖动性能要求较高的场合，如起重机械、电力机车、大型可逆轧钢机和龙门刨床等生产机械中。,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,3.1.1 直流电机的工作原理,1直流发电机的工作原理,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,2直流电动机的工作原理,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,3直流电机的可逆运行原理,从上述直流电机的工作原理来看，一台直流电机若在电刷两端加上直流电压输入电能，即可拖动生产机械旋转，输出机械能而成为电动机；反之若用原动机带动电枢旋转，输入机械能，就可在电刷两端得到一个直流电动势作为电源，输出电能而成为发电机。说明同一台电机

34、在一定条件下既可作电动机又可作发电机运行。这就是电机的可逆运行原理。,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,3.1.2 直流电机的基本结构,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,1主磁极,主磁极的作用是产生主磁通，它由铁芯和励磁绕组组成,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,2换向磁极,换向磁极的作用是产生附加磁场，用以改善电机的换向性能。通常铁芯由整块钢做成，换向磁极的绕组应与电枢绕组串联。换向磁极装在两个主磁极之间,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,3机座,机座一方面用来固定主磁极、换向磁极和端盖等，另一方面作为电机磁路的一部分称为磁轭。,4电刷

35、装置,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,5电枢铁芯,电枢铁芯的作用是通过磁通和安放电枢绕组。当电枢在磁场中旋转时，铁芯将产生涡流和磁滞损耗，为了减少损耗，提高效率，电枢铁芯一般用硅钢片冲叠而成。,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,6电枢绕组,电枢绕组的作用是产生感应电动势和通过电流产生电磁转矩，实现机电能量转换。绕组通常用漆包线绕制而成，嵌入电枢铁芯槽内，并按一定的规则连接起来。为了防止电枢旋转时产生的离心力使绕组飞出来，绕组嵌入槽内后，用槽楔压紧；线圈伸出槽外的端接部分用无纬玻璃丝带扎紧。,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,7换向器,3.1 直流电机

36、的工作原理、基本结构及励磁方式,3.1.3 直流电机的励磁方式,直流发电机的各种励磁方式接线如图,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,直流电动机的各种励磁方式接线如图,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,1他励方式,2并励方式,3串励方式,4复励方式,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,3.1.4 直流电机的铭牌数据及系列,1直流电机铭牌数据,3.1 直流电机的工作原理、基本结构及励磁方式,2直流电机系列,（1）Z2系列。 （2）ZF和ZD系列。 （3）ZZJ系列。,3.2 直流电机的电枢绕组,3.2.1 电枢绕组概述,3.2 直流电机的电枢绕组,1实槽与虚

37、槽,电机电枢上实际开出的槽叫实槽。,3.2 直流电机的电枢绕组,2元件数、换向片数与虚槽数,每个元件有两个元件边，而每一个换向片连接两个元件边，又因为每个虚槽里包含两个元件边，所以，绕组的元件数S、换向片数K和虚槽数Zi三者应相等，即,3.2 直流电机的电枢绕组,3绕组节距,（1）第一节距y1。 （2）合成节距y。 （3）换向器节距yK。 （4）第二节距y2。,3.2 直流电机的电枢绕组,3.2.2 电枢绕组的基本形式,1单叠绕组,单叠绕组的连接特点是：每个元件的首端和末端分别接到相邻的两个换向片上，后一元件的首端与前一元件的末端连在一起，并接到同一个换向片上。,3.2 直流电机的电枢绕组,2

38、单波绕组,单波绕组的连接特点是：每个元件与相距约两个极距的元件相串联，绕完一周以后，第p个元件的末端落到与起始换向片相邻的换向片上,3.2 直流电机的电枢绕组,3复叠和复波绕组,（1）复叠绕组。复叠绕组的连接方式与单叠绕组相似，只是每串联一个元件就移动m个虚槽，即y=yK=m，其中m为大于1的整数，m=2为双叠绕组，m=3为3叠绕组采用最多的是双叠绕组。 （2）复波绕组。复波绕组与单波绕组的区别在于：前者第p个元件串联后，不是回到与起始换向片相邻的换向片上，而是回到与起始换向片相距m个换向片的换向片上。,3.3 直流电机的感应电动势和电磁转矩,1电枢绕组的感应电动势Ea,2直流电机的电磁转矩T

39、,3.4 直流电动机的工作特性,3.4.1 他励（并励）电动机的工作特性,3.4 直流电动机的工作特性,1转速特性,2转矩特性,输出转矩T2=9.55P2/n，由此可见，当转速不变时，T2=f（P2）将是一条通过原点的直线。,3效率特性,效率特性是在U=UN时的= f（P2）。,3.4 直流电动机的工作特性,3.4.2 串励电动机的工作特性,因为串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，故励磁电流If=Ia与负载有关。,3.5 直流电动机的机械特性,3.5.1 他励电动机的机械特性,1固有机械特性,3.5 直流电动机的机械特性,2人为机械特性,（1）电枢串接电阻的人为机械特性。,（2）改变电枢电压时

40、的人为机械特性。,3.5 直流电动机的机械特性,（3）减弱磁通时的人为机械特性。,3.5 直流电动机的机械特性,3.5.2 电动机的稳定运行条件,为了使系统能稳定运行，电动机的机械特性和负载特性必须配合得当。为了便于分析，将电动机的机械特性和负载特性画在同一坐标图上,3.6 他励直流电动机的启动与反转,1启动条件,启动瞬间，n=0，Ea=0，此时电动机中流过的电流叫启动电流Ist，对应的电磁转矩叫启动转矩Tst。为了使电动机的转速从零逐步加速到稳定的运行速度，在启动时电动机必须产生足够大的电磁转矩。,2启动方法,（1）电枢回路串电阻启动。,（2）降压启动。,3反转,3.7 他励直流电动机的调速

41、,1电枢串电阻调速,3.7 他励直流电动机的调速,2弱磁调速,这是一种改变电动机磁通大小来进行调速的方法。为了防止磁路饱和，一般只采用减弱磁通的方法。小容量电动机多在励磁回路中串接可调电阻，大容量电动机可采用单独的可控整流电源来实现弱磁调速。,3.7 他励直流电动机的调速,3降压调速,3.8 他励直流电动机的电气制动,1能耗制动,3.8 他励直流电动机的电气制动,2反接制动,（1）倒拉反接制动。,3.8 他励直流电动机的电气制动,（2）电枢电源反接制动。,3.8 他励直流电动机的电气制动,3回馈制动（再生制动）,若电动机在电动状态运行中，由于某种因素（如电动机车下坡）而使电动机的转速高于理想空

42、载转速时，电动机便处于回馈制动状态。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.1 换向器和电刷的维护,1换向器的维护,（1）换向器表面应光滑，无毛刺、黑斑、油垢等。对油垢，应用干净柔软的白布沾酒精擦拭；对锈蚀黑斑，应用00号细纱布研磨（不得使用金刚砂布），若其表面不平程度达到0.2mm时应用车床车光。 （2）换向片边缘倒角为0.5mm45，换向器云母槽下刻深度见表,3.9 直流电动机的维护与维修,2电刷的维护,（1）同一组刷握应均匀排列在同一直线上。 （2）刷握的排列，一般应使相邻不同极性的一对刷架彼此错开，以使换向器均匀磨损，因此应注意以下几点： 各组电刷应调整在换向器的电气中性线上。 带有

43、倾斜角的电刷，其锐角尖应与转动方向相反。 （3）同一电机上必须使用同一型号、同一制造厂的电刷。 （4）电刷的编织带或导线应连接牢固，接触良好，不得与转动部分或弹簧片相碰触，具有绝缘垫的电刷，绝缘垫应完好。,3.9 直流电动机的维护与维修,（5）电刷在刷握内应能上下自由移动，电刷与刷握的间隙应符合制造厂规定，一般为0.100.20mm。 （6）恒压弹簧座应完整无机械损伤，其型号及压力要求应符合产品规定；非恒压弹簧，其压力应符合制造厂规定。若无规定时，应调整到不使电刷下冒火的最低压力，同一刷架上每个电刷的压力应力求均匀，一般为1.52.7N/cm2。 （7）电刷接触面应与换向器弧度相吻合，接触面积

44、不应小于单个电刷截面的75%。 （8）运行时，电刷应在换向器的整个表面内工作，不得靠近换向器的边缘。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.2 直流电机电刷的中性位置的确定,1感应法,3.9 直流电动机的维护与维修,2正、反转发电机法,试验时用他励方式。在电机转速、励磁电流及负载都不变的情况下，使电机正转和反转，逐步移动电刷的位置，直到正转与反转电枢端电压都相等时，这时电刷的位置就是中性位置。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.3 直流电机拆装,（1）拆去接至电机的所有连线。 （2）拆除电机的底脚螺钉。 （3）拆除与电机相连接的传动装置。 （4）拆去轴伸端的联轴器或带轮。 （5）拆去换

45、向器端的轴承外盖。 （6）打开换向器端的视察窗，从刷盒中取出电剧，再拆下刷杆上的连接线。 （7）拆下换向器端的端盖，取出刷架。,3.9 直流电动机的维护与维修,（8）用纸板或白布把换向器包好。 （9）小型直流电机，可先把轴伸端端盖固定螺栓松掉，用木锤敲击前轴端，有退端盖螺孔的用螺栓插入螺孔，使端盖上口与机座脱开，把带有端盖的电机转子从定子内小心地抽出。注意防止碰伤换向器和电枢绕组。 （10）将带后端盖的电枢放在木架上，再拆除轴伸端的轴承盖螺钉，取下轴承外盖及端盖。 （11）如发现轴承已经损坏，则用拉具将轴承取下。如无特殊原因，则不要拆卸。 （12）电机的电枢、定子的零部件如有损坏，则还需继续拆

46、卸，并做好记录。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.4 电枢绕组接地故障维修,1检查方法,（1）测量绝缘电阻法。,（2）测量换向片间的压降法。,3.9 直流电动机的维护与维修,（3）测量换向片与轴之间的压降法。,将直流低电压加于相隔近一个极距的两个换向片上。依次测量各换向片与轴之间的压降，压降为零处即为接地点。,3.9 直流电动机的维护与维修,（4）试灯法。,用220V小功率交流电灯和220V交流电源按图,3.9 直流电动机的维护与维修,2故障排除方法,若接地点发生在换向片与轴之间，其故障排除方法见有关换向器部分内容。若接地点在槽口或线端支架处，应尽可能采用在接地点加强绝缘的方法。有必要

47、时，可在局部加热，使原绝缘漆软化以便于绝缘材料的加入。 若接地发生在槽内，则一般要拆下有故障的线圈，经过处理或完全制作新品后再嵌入原槽内。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.5 直流电动机定子磁极绕组故障诊断与排除,1拆卸定子,2主极绕组故障排除,3定子装配,4检测,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.6 换向器的常见故障及维修,1换向片凸起,2云母片凸起或深度过小,3.9 直流电动机的维护与维修,3换向片间短路,（1）换向片间短路检查,3.9 直流电动机的维护与维修,（2）换向片间短路故障排除, 外部短路的排除。, 内部短路的维修。,3.9 直流电动机的维护与维修,4换向器接地,（

48、1）换向器接地检查。先检查出接地故障，然后将电枢绕组与换向片脱开，确认是换向器接地后，再用试灯法找到接地的换向片。 （2）换向器接地维修。换向器接地故障一般发生在其内部，所以需将其拆开后找出故障点加以修理。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.7 电枢绕组与换向器之间的焊接,直流电机电枢绕组与换向器之间的焊接，一般采用烙铁锡焊的方法。对于修理中的直流电机，由于将绕组脱离换向器升高片时，绕组及升高片都粘有余锡，这些锡应予以清除。然后给线端及升高片线槽内均匀地上一层新锡。将绕组线端按规定的接法嵌入升高片线槽内，对封闭的线槽，应打入上好锡的铜楔子。锡焊的焊料为锡铅合金，含铅量大的焊料流动性小，但

49、机械强度较大。应根据线端与升高片线槽之间间隙的大小来选择，间隙小的选用含铅量低的品种。另外，还应考虑电机的绝缘耐热等级，耐热等级高的选用含铅量较多的品种。,3.9 直流电动机的维护与维修,3.9.8 电刷系统常见故障诊断与维修,1故障现象及原因,2维修方法,电机与电气控制技术,电子工业出版社,第4章 控 制 电 机,在自动控制系统中需要大量各种各样的元件，控制电机就是其中的重要元件之一。控制电机属于机电元件，在系统中具有转换和传送控制信号的作用。就其基本原理来说，控制电机和普通旋转电机没有本质上的区别。但是由于控制电机和普通旋转电机的用途不同，所以对特性的要求和评价其性能好坏的指标就有较大差别

50、。普通旋转电机着重于启动和运转状态时的力能指标，而控制电机由于控制系统的需要，其主要任务是完成控制信号的传递和交换，性能指标着重在特性的精度和灵敏度（快速响应）、运行可靠性及特性的线性程度等方面。,4.1 测速发电机,4.1.1 直流测速发电机,电枢导体切割磁力线产生感应电动势，其值为：,输出电压U为：,4.1 测速发电机,4.1.2 交流测速发电机,交流异步测速发电机工作原理图,将在定子输出绕组N2中感应变压器电动势，有效值为：,输出电动势为：,4.2 伺服电动机,4.2.1 直流伺服电动机,直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，不过由于直流伺服电动机的功率不大，也可用永久磁铁代替励

51、磁绕组。其励磁方式几乎只采取他励式（永磁式）。,4.2 伺服电动机,4.2.2 交流伺服电动机,励磁绕组f和控制绕组c均装在定子上，它们在空间上相差90电角度。励磁绕组由定值的交流电压励磁，控制绕组由输入信号（交流控制电压Uc）供电。,4.3 直流力矩电动机,1直流力矩电动机的结构和原理,扁平结构的力矩电动机能产生较大转矩、较低转速的原理从式,4.3 直流力矩电动机,2直流力矩电动机的特点,（1）可直接与负载连接。 （2）反应速度快。 （3）低速时能平稳运行。 （4）线性度好、结构紧凑。,4.4 自整角机,1力矩式自整角机的工作原理,图中左边的自整角机称为发送机，右边的称为接收机。,4.4 自

52、整角机,2控制式自整角机的工作原理,若把发送机和接收机的转子绕组（即励磁绕组）互相垂直的位置作为谐调位置，并将接收机的转子绕组Z1Z2从电源断开,4.5 步进电动机,4.5.1 单段反应式步进电动机,按上述三相依次单相通电方式，称为“三相单三拍运行”，“三相”指三相绕组，“单”指每次仅有一相通电，“三拍”指三次通电为一个循环。三相反应式步进电动机的通电方式还有“双三拍”和“三相单双六拍”等。,4.5 步进电动机,邻相两相邻磁极轴线之间转子齿数应为整数加或减1/m，即：,4.5 步进电动机,在转子齿数满足自动“错位”的条件下，每一拍转子转过相当于1/N齿距的空间机械角，一个通电循环周期N拍，对应

53、一个齿距。故步距角为：,设脉冲信号频率为f，则步进电动机的转速为：,4.5 步进电动机,4.5.2 多段式步进电动机,1五相单五拍运行,2五相十拍运行,4.6 旋转变压器,1正、余弦旋转变压器,正、余弦旋转变压器，即其输出电压是转子转角的正、余弦函数，其原理如图,4.6 旋转变压器,脉振磁场在其中感应产生电动势为：,同理可得出Z3Z4绕组中的电动势为：,输出绕组Z1Z2中电动势的有效值为转角的余弦函数，即：,而输出绕组Z3Z4中，电动势的有效值为转角的正弦函数，即：,4.6 旋转变压器,2线性旋转变压器,所示为线性旋转变压器的原理图，定子绕组D1D2与转子绕组Z1Z2串联施加励磁电压UD，定子

54、绕组D3D4短接，起补偿作用，转子绕组Z3Z4为输出绕组。,4.6 旋转变压器,绕组Z1Z2、Z3Z4中感应的电动势分别为：,不计D1D2及Z1Z2绕组中的漏抗压降，根据电动势平衡关系，可得出：,若输出绕组Z3Z4的负载阻抗很大，则输出电压为：,上述两有效值之比为：,电机与电气控制技术,电子工业出版社,第5章 常用低压电器,什么叫电器？概括地说，电器就是一种控制电的工具。它可以根据外界指令，自动或手动接通和断开电路，断续或连续地改变电路参数，实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测和调节。在本章中要介绍多种低压电器，这里所说的“低压电器”是指其工作电压为交流1 200V、直流1 500V以

55、下的电器。,5.1 低压电器的基本知识,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.1 刀开关 1刀开关和刀形转换开关 （1）外形结构。 （2）型号含义与技术参数。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,（3）使用与安装。 2开启式负荷开关 （1）外形结构与符号。 （2）工作原理与型号含义。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,（3）技术数据。 （4）使用与安装。 3封闭式负荷开关 （1）外形结构与符号。 （2）工作原理与型号含义。 （3）技术数据。 （4）使用与安装。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,4组合开关 （1）外形结构与符号。 （2）工作原理与型号含义。 （3）技术数据。

56、（4）使用与安装。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.2 熔断器 1外形结构与符号,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.2 熔断器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.3 按钮开关 （1）外形结构与符号。 （2）工作原理与型号含义。 （3）技术数据。 （4）使用与安装。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.3 按钮开关 （2）工作原理与型号含义。 （3）技术数据。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.4 接触器 1外形结构与符号,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.4 接触器 （1）电磁系统。 （2）触点系统。,5.2 常用低压电器

57、的结构及工作原理,2工作原理与型号含义,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,3技术数据 4使用与安装 5其它接触器简介,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.5 继电器 1中间继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器 3时间继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,2热继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,4速

58、度继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,4速度继电器,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5欠电压、过电流继电器 （1）欠电压继电器。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5欠电压、过电流继电器 （2）过电流继电器。,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.6 行程开关 1外形结构与符号,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.6 行程开关 2工作原理与符号含义 3技术数据,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.7 自动开关 1外形结构与符号,5.2 常用低压电器的结构及工作原理,5.2.7 自动开关 2工作原理与型号含义 3技术数据,5.3 低压电器的常见故障

59、维修,5.3.1 低压电器触点系统的故障维修,5.3 低压电器的常见故障维修,5.3.1 低压电器触点系统的故障维修 1触点系统的工作情况 （1）分断状态。 （2）闭合状态。 （3）接通过程。 （4）分断过程。,5.3 低压电器的常见故障维修,2触点系统的故障与维修 （1）触点过热。 （2）触点磨损。 （3）触点熔焊。,5.3 低压电器的常见故障维修,5.3.2 电磁机构的故障诊断与排除 1衔铁噪声大 （1）衔铁与铁芯的接触面接触不良或衔铁歪斜。 （2）短路环损坏。 （3）其他原因。 2线圈断电后衔铁不能释放或不能立即释放 3线圈的故障,5.3 低压电器的常见故障维修,5.3.3 低压电器灭弧装置的故障维修 5.3.4 低压电器的一般故障诊断与维修 1接触器 （1）触点断相。 （2）触点熔焊。 （3）相间短路。 2热继电器 （1）热元件烧断。 （2）热继电器误动作。 （3）热继电器不动作。