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1、电力驱动原理部分 作者： 日期：12 电力驱动原理部分一、电动机的种类电动机是把电能转换成机械能的设备，它是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成。1按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。1.1直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。1.1.1有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。1.1.1.1电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。1.1.1.2永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 1.2其中交流电机还可分：单相电机和三相电机。2按结构和工作原理划分：
2、可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。2.1同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。2.2异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电动机。2.2.1感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。2.2.2交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机 二、电动机工作原理 下面主要主要以三相异步交流电动机和电磁直流电动机为例介绍一下其组成及工作原理1、三相异步交流电动机:1.1 三相异步交流电动机的组成 三相异步电动机主要由定子和转子两大部分构成，如图1-1。 图1-1三相异步交流电动机的构件分解图（1）定子（图1-2） 定子
3、由铁心,绕组,机座三部分组成. 铁心由0.5mm的硅钢片叠压而成; 机座一般用铸铁作成,主要用于固定和支撑定子铁心.图1-2 三相异步电动机的机座与定子铁心 三相定子绕组分别U、V、W相，三相定子绕组联接成星形（Y）或（r）（见图1-3） 图1-3 三相异步电动机的定子绕组联接方式 注：三相绕组连接成星形,每相绕组承受相电压220V; 三相绕组连接成三角形,每相绕组承受线电压380V.(2) 转子（见图1-4）转子由铁心和绕组组成.转子同样由硅钢片叠压而成,压装在转轴上;转子绕组分为鼠笼式和线绕式两种.线绕式异步电动机还有滑环,电刷机构.图1-4 三相异步电动机的鼠笼型转子绕组1.2、三相异步
4、电动机的转动原理(1)旋转磁场的产生三相对称交流iu、iv、iw在转子空间产生的磁场如图1-5所示。图1-5转子空间旋转磁场的变化由图1-5可以看出，三相交流电流在转子空间产生的旋转磁场具有1对磁极，当磁场具有P对磁极时，设电源频率为50Hz，P和旋转磁场的转速为N0关系如下表。 磁极（个）2级4级6级8级10级12级N0 （r/min）300015001000750600500磁极个数与旋转磁场转速的关系将连接三相电源的导线任意对调两根，则旋转磁场反向，即电动机改变转动方向。（2）三相异步电动机的转动原理和转差率(a)三相正弦交流电通入电动机定子的三相绕组,产生旋转磁场,旋转磁场的转速称之为
5、同步转速;(b)旋转磁场切割转子导体,产生感应电势;(c)转子绕组中感生电流;(d)转子电流在旋转磁场中产生力,形成电磁转矩,电动机就转动起来了.(e)转差率 电动机的转速达不到旋转磁场的转速,否则,就不能切割磁力线,就没有感应电势,电动机就停下来了.转子转速与同步转速不一样,差那么一些,称之为异步.设同步转速为no,电动机的转速为n,则转速差为 ; no-n; 电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S,S是分析异步电动机运行情况的主要参数,即电动机启动瞬间转差率最大，S=1，运转后约为1-9%。1.3三相异步电动机的额定值（1）额定功率（容量）。指电动机输出的机械功率（KW）。
6、（2）额定电压。通常为380V。（3）额定电流。指电动机在输出额定功率时，定子绕组允许通过的线电流（A）。电动机的启动电流约为额定电流的4-7倍。（4）额定转速。转子转速。（5）额定频率。通常为50Hz。（6）接法。指三相定子绕组的联接方式。2、直流电机：2.1直流电机的结构图如图1-6，由定子、电枢（转子）、电刷装置以及支撑保护结构件说组成。（1）定子定子由主磁极、换向级、基座和补偿绕组所组成。（2）转子直流电机的转子是由电枢铁芯、电枢绕组、电枢支架（指中大型）、换向器、转轴和风扇等主要部件组成。2.2直流电机的励磁方式： 直流电机的励磁方式有他励和自励两种。自励又分为并励、串励、复励。复励
7、又有积复励和差复励之分，如图1-7。图1-6 直流电机结构图图1-7 直流电机励磁方式2.3、直流电机工作原理 直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。 直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。3、 电动机的起动1、三相鼠笼式异步电动机的起动方法 三相异步电动机起动电流是额定电流的(5-7)倍,为满足起动要求,三相异
8、步电动机的起动方法分为直接起动和降压起动两类.(1)直接起动(全电压起动)适用范围; 电动机功率20%变压器容量. 一般中小型鼠笼式异步电动机都采用 全电压直接起动.（2）降压起动:容量大的电动机起动电流大,为了限制过大的起动电流,采用降压起动.在工厂常用的降压起动方法有4种:定子串电阻或电抗器,Y-变换,自耦变压器,延边三角形.(a)定子绕组串电阻或电抗器降压起动电路图如右图;不足之处:起动转矩随定子电压的平方下降;不经济.应用场合:电动机空载或轻载起动(b)Y- 降压起动: 只有正常运行时定子三相绕组是接法的电动机才能采用Y- 降压起动.对于国产JO,JO2,Y,Y2系列电动机,功率大于4
9、.5kW的都是采用接线.也就是说,大容量电动机都可以用Y- 降压起动. Y- 降压起动的电气原理图如右图所示.起动时,三相绕组接成Y形,运行时,绕组接成形.电流下降1/3,转矩也下降1/3.特点: 电动机Y形起动过程中,可提高电动 机的效率和功率因数; 起动转矩小,只适用于空载或轻载起动的场合; 设备简单,经济;(c)自耦变压器降压起动特点: 起动电流小,而且可以调节; 不适用于频繁起动; 体积大,重量重,价格高. 与定子串电阻或电抗器起动相比较,在相同的起动转矩情况下,起动电流要小.(d)延边三角形起动 对电动机定子绕组和绕组出线有特殊要求; 起动时绕组一部分Y形,一部分形接线;运行时绕组接
10、线. 制造成本高,接线复杂.2、三相线绕式异步电动机的起动方法.线绕式电动机在转子电路串电阻,可以获得较大的起动转矩以及较小的起动电流,即有良好的起动特性.(1).逐级切除起动电阻法a、电路图:如下图转子外接电阻为三相对称电阻;当电动机容量大时,一般采用三相不对称电阻.b、起动过程:起动初瞬,电阻全部接入;在起动过程中,分三次切除外接电阻,人工特性往上提,电阻全部切除后,通过提刷机构,使转子绕组短接,机械特性回到自然特性.c、特点:在起动过程中,电动机能保持最大的加速转矩.(2) 频敏变阻器起动法a、频敏变阻器:它是一个铁损很大的 三相电抗器,铁心用A3钢板叠成,三相绕组接成Y形.b、起动过程
11、:起动初瞬,转子电流频率接近50Hz,铁损大,即等效阻抗大,从而限制了起动电流,增大了起动转矩.随着转速逐步上升,等效阻抗逐步减小;到转速达额定转速,相当转子被短接,起动结束.c、特点:起动过程能平滑进行,不需要控制电器; 功率因数低; 只能用于起动,而串电阻起动时,电阻还可用于调速.四、电动机制动三相异步电动机制动方法有3种:反馈制动,反接制动,能耗制动.1.反馈制动(1)产生条件: 电动机的运行速度高于同步转速.此时S0,电机进入发电状态,电能反馈给电网.(2)运行状态: 有两种情况. a位能转矩负载的起重机在下放重物时的反馈制动状态.可使重物匀速下降如右图中a点.b点是改变转子外接电阻后
12、的稳定工作点. b多速电动机和变频调速电机的同步速突然降低时的反馈制动状态.2. 反接制动:分为电源反接和倒拉制动. 电源反接是突然改变三相电源的相序,旋转磁场反向;而倒拉制动则出现在转子位能负载超过电磁转矩的时候.(1)电源反接: 转子在由正变负的电磁转矩和负载转矩作用下迅速减速.反接制动时电流大,要在定子电路串电阻.(2)倒拉制动: 电动机减速至右图c点,由于负载转矩大于电磁转矩,起重机的重物迫使电动机反转,电动机进入反接制动状态. 电源反接 倒拉制动 3. 能耗制动 (1)产生条件: 电动机定子绕组脱离交流电源后,立即通入低压直流电,直流电建立一个恒稳磁场,产生制动转矩,系统贮存的能量消耗在电阻上. (2)机械特性:制动时,特性从下图中的特性曲线1之a点平移至特性曲线2之b点,在制动转矩和负载转矩的共同作用下,沿曲线2迅速减速,到n=0. (3)特点:当n=0时,T=0,电动机不可能反方向起动,能使电动机准确停车.
