电机的基本概念与工作原理

《电机的基本概念与工作原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机的基本概念与工作原理（65页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、3-phase AC Motor,2,内容提要,电机基本概念； 电机的结构； 三相电机的工作原理； 电机基础标准； 工厂目前使用的三相异步电机； 电机的启动、维护与保养；,3-phase AC Motor,一、 电机的基本概念,Johnson Controls, Guangzhou Factory,4,电机是一种机电能量转换的机械，发电机把机械能转换为电能，电动机是把电能转换为机械能。 电机的原理，主要是建立在以下基本定理的基础上： 1. 电磁感应定律（电动势的大小与磁通量的变化率成正比 ）； e=N t 其中：N为常数，也可理解为线圈的匝数， 是磁通量的变化量，t是磁通量改变所用的时间 电磁

2、感应定律的主要思想是：变化的磁场产生感应电动势，即磁生电。,电机基本概念,3-phase AC Motor,5,2. 安培全电流定律: 磁场强度H 沿着闭合路径的线积分等于该路径所包围的导体电流的代数和。(用于磁路分析)即 3. 电磁力定律: 载流导体在磁场中受力， 电机中，通电导体（转子上）在磁场中会受到切向方向的力，当转子半径为R 时，就会在转子上产生转矩，即电磁转矩 Tem=F*R,电机基本概念,3-phase AC Motor,6,旋转电机主要分类： 1. 按能量转换的形式：发电机、电动机 2. 按电机工作电压的形式：交流电机和直流电机。 异步发电机 发电机 直流发电机 同步发电机 电

3、机 笼型异步电动机 异步电动机 交流电动机 同步电动机 绕线异步电动机 电动机 感应同步电动机 直流电动机,旋转电机的主要分类,3-phase AC Motor,7,1、直流电机：磁极、电枢绕组均使用直流电，没有固定的同步速度 、具有良好的调速和启动性能。 2、同步电机：磁极绕组使用直流电，电枢绕组接交流电，电机转速恒定，效率高，功率因数可调。 3、异步电机：电枢绕组接交流电，电机转速小于同步转速，转速随负载的增加而下降。,各类电动机的主要特点,3-phase AC Motor,电动机的作用是将电能转换为机械能。电动机分为交流电动机和直流电动机两大类。 交流电动机分为异步电动机和同步电动机两类

4、。异步电动机按照定子相数的不同分为单项异步电动机、两相异步电动机和三相异步电动机。三相异步电动机结构简单，运行可靠，成本低廉等优点，广泛应用于工农业生产中。,8,按转子结构型式，异步电动机可分为： 1、笼型异步电动机 转子由置于转子槽中的导条及两端的端环组成闭合回路，整个转子形成一坚实的整体，结构简单牢固。 2、绕线转子异步电动机 转子由置于转子槽中的插入式绕组或散嵌绕组、集电环和电刷组成回路，回路中可接入外加电阻。绕线转子异步电动机用于要求起动转矩高、起动电流小或窄范围调速的场合。,异步电动机的特点,我们工厂所用的三相异步电动机一般是： 全封闭，自扇冷却式鼠笼型三相异步电动机，极数为2/4/

5、6极。,3-phase AC Motor,二、 电机的结构,Johnson Controls, Guangzhou Factory,10,冷却方式 IC411 防护等级 IP54 安装方式 IMB3,封闭式笼型异步电机结构,3-phase AC Motor,11,电机安装方式是根据电机的实际运行环境和工况所决定的。 安装方式 反映电机结构、安装和轴伸的形式，代号由表征字母“IM”及附加在后的字母和数字组成；例如：安装方式IMB3，说明电机为卧式底脚安装，底脚在下方，两个端盖式轴承。 电机的防护等级和安装方式种类很多，不同形式对应的代号有国家标准。,电机的安装方式,3-phase AC Moto

6、r,12,Standard Asynchronous motor,电机安装方式示意图,3-phase AC Motor,13,电机一般由以下几部分组成： 定子Stator：包括机座、定子铁心Stator Core、定子绕组Stator windings 、出线盒。 转子Rotor：包括转子铁心Rotor Core 、轴Shaft、转子导条或转子绕组Rotor windings 、内风扇，同步电机和绕线电机的集电环。 结构部件：包括端盖Cover 、轴承Bearing 、外风扇、风罩Wind Cover 、底板、换热器、同步电机和绕线电机刷架等。 构成电动机的主要材料 ： 硅钢片、铜导线、铝锭、

7、绝缘材料、钢材、生铁、轴承。 硅钢片和铜导线作为电机磁路和电路的载体，决定了电机的主要性能，通常称为电机的有效材料；对同一规格电机，有效材料多，则电机的效率就高。,电动机的基本组成,3-phase AC Motor,14,电机装配,3-phase AC Motor,15,电机装配,16,定子冲片,3-phase AC Motor,17,定子铁芯,3-phase AC Motor,18,绕组定子铁芯,3-phase AC Motor,19,转子冲片,3-phase AC Motor,20,转子,21,电机(机座+定子+转子),3-phase AC Motor,22,端盖滑动轴承,3-phase

8、AC Motor,三、 三相电机的工作原理,Johnson Controls, Guangzhou Factory,24,定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠 压制成，在其内圆冲有分布的槽。,定子,3-phase AC Motor,25,定子绕组根据电源电压和电动机的额定电压可以连接成型或型,3-phase AC Motor,26,鼠笼转子,转子：由转轴、转子铁心、转子绕组和风扇组成。,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,转子绕组,3-phase AC Motor,27,1.旋转磁场的产生,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),3-phase AC Motor,2

9、8,旋转磁场,规定,()电流出,()电流入,3-phase AC Motor,29,三相电流合成磁场的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,o,30,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,结论： 任意调换两根电源进线， 则旋转磁场反转。,任意调换两根电源进线 (电路如图),2.旋转磁场的旋转方向,3-phase AC Motor,31,3.旋转磁场的极对数P,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,电机的磁极对数是指转子 （或定子）有多少对N、S极,3-phase AC Mo

10、tor,32,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,3-phase AC Motor,3.旋转磁场的极对数P (2),33,工频,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数，也称同步转速,p=1时,4.旋转磁场的转速,3-phase AC Motor,34,p=2时,3-phase AC Motor,4.旋转磁场的转速 (2),35,3-phase AC Motor,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,36,电机同步转速与极对数的关系,3-phase AC Motor,37,三相异步电动机的转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,3-ph

11、ase AC Motor,38,电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有转速差。,转差率,3-phase AC Motor,39,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率. 这种电动机称之为异步电动机。 这种电动机的定子和转子之间只有磁的耦合而无点的联系，能量的传递依靠电磁感应作用，转子绕组中的电流是感应产生的，所以也称之为感应电动机。,3-phase AC Motor,转差率 S=(n0-n)/n0,40,异步电机动的转差率计算,转子转速亦可由转差率求得：,根据公

12、式,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,3-phase AC Motor,一般情况下，异步电动机在运行中：,四、 电机的基础标准,Johnson Controls, Guangzhou Factory,42,额定功率PN在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功（kW）。 额定电压UN在额定方式运行时，定子绕组应加的线电压（V）。 额定电流IN在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕

13、组的额定线电流（A）。 额定频率f通常为50Hz和60Hz。 额定转速nN指在额定状态下运行时的转子转速（rmin），异步电机转速略低于下面公式的计算值。,电动机的额定值,3-phase AC Motor,43,效率输出功率与输入功率的比值，效率高则节能，但过高追求高指标会使电机成本大幅增加。 功率因数cos由于无功功率的存在而引入的性能指标，功率因数高则输入电流就小，电机的效率就高。 最大转矩MK电机在不失步的情况下所能达到的瞬时过载能力，通常用最大转矩MK/额定转矩MN的值表示。 堵转转矩Ma电机在启动时所产生的转矩，堵转转矩大则加速时间短，通常用堵转转矩Ma/额定转矩MN的值表示。 堵转

14、电流Ia电机在启动时，输入电机的电流值，堵转电流大，则电机启动时对电网的冲击就大，通常用堵转电流Ia/额定电流IN的值表示。 额定转矩MN ,电动机的主要性能指标,3-phase AC Motor,44,绝缘等级是电机电气绝缘性能的重要指标,它和电机的允许温度有关，绝缘等级越高，电机的允许温度也越高，电机的体积就能缩小。 电机中常用的等级其及最高允许工作温度如下： Y级绝缘 - 90 ； A级绝缘 - 105 ； E级绝缘 - 120 ； B级绝缘 - 130 ； F级绝缘 - 155 ； H级绝缘 - 180 ； C级绝缘 - 180 以上 。,电机的绝缘等级,注意：电机运行时温度超过绝缘材

15、料的容许工作温度时，电机的使用寿命将缩短。,3-phase AC Motor,45,电机温升是指电机某部分的温度与周围冷却介质的温度差，电机的温升主要取决于电机内部损耗的大小和散热情况。 决定绝缘材料寿命的因素是温度而不是温升，冷却介质的温度越高，容许的温升就越低。 电机最常见的绝缘等级为B级和F级，用电阻法测量，其温升限值B级为80K， F级为105K，电阻和温度的关系如下：,电机的温升,3-phase AC Motor,46,电机的防护等级,IP为标记字母， 第一标记数字表示接触保护和外来物保护等级， 第二标记数字表示防水保护等级。,例如：我们通常使用的电机是IP54的防护等级，为 防尘防溅水,3-phase AC Motor,47,电机的极数与极对数,电机的磁极对数是指转子（或定子）有多少对N、S极。 磁极对数与电源频率和同步转速的关系如下式： p=60f/n 其中：n 交流电动机的同步转速； f 交流电源频率； p 交流电动机的磁极对数。,极数是N、S极总共的个数，即： 极数 = 磁极对数 * 2。,若极数未知，磁极对数的确定方法： 1、如果铭牌上额定频率f(Hz)、额定转速n(rpm)已知，可以利用60*f/n计算极对数。 2、通某一频率的交流电，测电机转速，再利用转速和频率的关系即60*f/n计算。