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1、電機基本原理和結構電機基本原理和結構Engineering DepartmentOct.15.2003什么是電機n n电机是一种能量转换器，把机械能转换成电能的就称之为发电机,反之,把电能转换成机械能的称之为电动机。n n本公司生产的电机是将电能转换成机械能的电动机。電機簡單分類按照大小分按照大小分按照大小分按照大小分：大型電機，中型電機，小型電機，微：大型電機，中型電機，小型電機，微型電機。小型以及微型電機有時又稱爲分馬力電型電機。小型以及微型電機有時又稱爲分馬力電機。機。按照工作原理分按照工作原理分按照工作原理分按照工作原理分：同步電機，異步電機，直流電機：同步電機，異步電機，直流電機等。
2、等。按照電源驅動分類按照電源驅動分類按照電源驅動分類按照電源驅動分類：三相交流電機，單相交流電機，：三相交流電機，單相交流電機，直流電機，交直流兩用電機（又稱通用電機）直流電機，交直流兩用電機（又稱通用電機）按照電機使用領域來分按照電機使用領域來分按照電機使用領域來分按照電機使用領域來分：驅動電機和控制電機：驅動電機和控制電機等等。等等。電機簡單分類（續）本公司生產的電機主要有三類本公司生產的電機主要有三類n n永磁直流電機永磁直流電機 （D D系列）系列）n n串激式交直流兩用電機串激式交直流兩用電機（U U系列以及衍生的系列以及衍生的V V系系列）列）n n感應電機感應電機（S S系列和系
3、列和I I系列）系列）全部屬於小型和微型驅動類型单向電機。全部屬於小型和微型驅動類型单向電機。电机旋转的原理电机旋转原理基于电机旋转原理基于n n 电磁力定律电磁力定律n n 电磁感应定律。电磁感应定律。电机旋转的原理-续1n n电磁力定律电磁力定律电磁力定律电磁力定律：当电流通过磁场中的导体时，导体会受到电当电流通过磁场中的导体时，导体会受到电磁力的作用而移动，移动的方向可由左手法则来判定。磁力的作用而移动，移动的方向可由左手法则来判定。磁力线指向手心，伸直四指指向电流方向，垂直的拇指指向电磁力方向。电机旋转的原理-续2n n电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律电磁感应定律：在磁场中，导体做
4、切割磁力线运动时，导：在磁场中，导体做切割磁力线运动时，导体内会产生感应电动势，该电势的方向由右手法则确定。体内会产生感应电动势，该电势的方向由右手法则确定。手心迎着磁通，垂直的拇指指向导线运动方向，平行四指指向感应电势方向。電機結構三大部分n n機械結構：旋轉及支撐n n電磁系統：導電及能量轉換n n絕緣系統：分隔導電部分和不導電部分機械結構n n电机機械結構的基本組成n n主要由定子，转子，前、后罩主要由定子，转子，前、后罩( (端盖端盖) )及及通风冷通风冷却系統却系統组成。组成。n n电机电机靜止部分稱為定子靜止部分稱為定子, ,轉動部分稱為轉子轉動部分稱為轉子, ,在在定子和轉子之間
5、定子和轉子之間的空隙叫的空隙叫氣隙。氣隙很小氣隙。氣隙很小但但磁場能量主要集中在氣隙內磁場能量主要集中在氣隙內。機械結構-續1n n气隙对电机性能影响气隙对电机性能影响较大，气隙小，可减较大，气隙小，可减少电机励磁安匝及损少电机励磁安匝及损耗。但气隙过小，气耗。但气隙过小，气隙谐波磁场增大，电隙谐波磁场增大，电机杂散损耗及电磁噪机杂散损耗及电磁噪音增加；同时，过小音增加；同时，过小的气隙，会由于机械的气隙，会由于机械和电磁的原因，对运和电磁的原因，对运行可靠性带来一定影行可靠性带来一定影响。响。機械結構-續2n n定子 - 由定子铁芯和绕组组成,作用是产生励磁磁通,导磁及支撑前后罩。n n转子
6、 - 由转子铁芯，轴，电枢绕组及换向器组成，其作用是保证并产生连续的电磁力矩，通过轴輸出机械能。機械結構-續3n n前、后罩 - 担负着支承转子旋转和固定转子与定子的装配关系的作用。其结构和尺寸要根据通风系统，绕组对地绝缘，轴承结构，碳刷和碳刷盒安装等因素综合设计，同时要考虑强度和刚度。機械結構-續4n n电机的通风冷却系統n n電機在運行過程中必然會有一部分能量轉化成電機在運行過程中必然會有一部分能量轉化成熱能熱能熱能又會使電機的溫度上升熱能又會使電機的溫度上升當溫度上當溫度上升到一定程度就會發生絕緣破壞升到一定程度就會發生絕緣破壞繞組以及換繞組以及換向器碳刷燒壞向器碳刷燒壞等一系列問題導致
7、電機的損壞。等一系列問題導致電機的損壞。n n通风冷却系統，主要包括风路和风扇。应使电通风冷却系統，主要包括风路和风扇。应使电机的发热和散热协调平衡，有足够的冷却气流机的发热和散热协调平衡，有足够的冷却气流通过电机。通过电机。 電磁系統n n電磁系統主要包括定轉子繞組，以及外圍的驅動控制綫路，包括EMC限波線路等。n n電氣部分還包括產生電磁轉換過程的定轉子芯片。絕緣系統n n絕緣就是絕緣就是防止电流向不希望的方向流动及隔离导防止电流向不希望的方向流动及隔离导電和不導電的部分（如導線和鐵心）或隔离不同電和不導電的部分（如導線和鐵心）或隔离不同电位的导体（如匝間电位的导体（如匝間層間等）。層間等
8、）。n n絕緣材料一般指電阻系數在絕緣材料一般指電阻系數在 10 109 9 cmcm以上的材料。以上的材料。经验表明，在电机出现的事故中，多数是由于绝经验表明，在电机出现的事故中，多数是由于绝缘破坏造成的，正确选用绝缘材料是电机设计中缘破坏造成的，正确选用绝缘材料是电机设计中重要的一环。重要的一环。n n絕緣系統：所有絕緣材料聚合在一起所產生的一絕緣系統：所有絕緣材料聚合在一起所產生的一個完整的獨立的體系。個完整的獨立的體系。永磁直流电机基本結構中:定子組件英:Stator Assembly代號:STA中:轉子組件英:Rotor Assembly代號:AMA中:罩組件英:Bracket As
9、sembly代號:BKA永磁直流电机n n永磁直流电动机由磁石建永磁直流电动机由磁石建立恒定激磁磁场，通過碳立恒定激磁磁场，通過碳刷和換向器的換向作用刷和換向器的換向作用實現外部電路的直流電與實現外部電路的直流電與電樞繞組內部交流電之間電樞繞組內部交流電之間的轉換的轉換借助靜止氣隙磁借助靜止氣隙磁場實現電樞繞組中交流電場實現電樞繞組中交流電與轉軸上恆定力矩的相互與轉軸上恆定力矩的相互變換變換從而從而使使電機旋转起電機旋转起来。来。交直流两用电机電機基本結構中:定子組件英:Stator Assembly代號:STA中:轉子組件英:Rotor Assembly代號:AMA中:罩組件英:Bracke
10、t Assembly代號:BKA交直流两用电机n n這種電機與永磁直流電機的原理很接近這種電機與永磁直流電機的原理很接近只是只是交直流兩用電機的激磁磁场由定子铁心和套在交直流兩用電機的激磁磁场由定子铁心和套在它上面的激磁绕组（定子线圈）建立。它上面的激磁绕组（定子线圈）建立。n n激磁绕组与电枢绕组串联，激磁电流与电枢电激磁绕组与电枢绕组串联，激磁电流与电枢电流相同流相同激磁磁場和電樞電流的方向同時隨電激磁磁場和電樞電流的方向同時隨電源極性的改變而改變源極性的改變而改變作用在轉子上的電磁轉作用在轉子上的電磁轉矩和方向始終不便矩和方向始終不便從而實現交直流兩用。從而實現交直流兩用。n n激磁磁場
11、和電樞電流的方向同時隨電源極性的改激磁磁場和電樞電流的方向同時隨電源極性的改變而改變。變而改變。交直流两用电机-續1電機測試n n測測功功曲曲線線当扭力矩为：1.0kg.cm 时，转速为：12000rpm， 电流为：2.4A，输入功率为：270W， 输出功率为：120W，效率为：46%。中:定子組件英:Stator Assembly代號:STA中:鑄鋁轉子組件英:Cast Rotor Assembly代號:CRA中:罩組件英:Bracket Assembly代號:BKA感應電機基本結構感应电动机基本原理n n定子由铁心和嵌在槽内的绕组组成，其功能是产生激磁磁势，并在气隙中形成旋转磁场n n转子
12、由铁心和鼠笼导条组成，鼠笼导条就是转子绕组的导体，其功能是当它切割气隙旋转磁场时产生感应电动势，电流和电磁转矩，实现电能和机械能的转换。感应电动机基本原理-續1n n由於有旋轉的磁場由於有旋轉的磁場, ,在在轉子導體中產生了感應轉子導體中產生了感應電流電流, ,而載流導體而載流導體( (就是就是鑄鋁轉子導鑄鋁轉子導条条) )在磁場在磁場中又受到電磁力的作用中又受到電磁力的作用, ,於是使轉子轉動。於是使轉子轉動。電機測試n n測測功功曲曲線線当扭力矩为：300g.cm 时，转速为：3050rpm， 电流为：0.084A，输入功率为：45W， 输出功率为：9.5W，效率为：20%。n n噪噪音音
13、測測試試顯示不同頻率下的噪音值，總噪音之可看此處。電機測試-續絕緣系統-绝缘材料 n n絕緣材料在電機結構與制造中占有絕緣材料在電機結構與制造中占有极极重要的地位重要的地位這是由于實際采用的大部分絕緣材料為有機材這是由于實際采用的大部分絕緣材料為有機材料料耐熱性和壽命遠比導線耐熱性和壽命遠比導線鐵心等低很多。因鐵心等低很多。因此此絕緣材料直接影響并決定著電機允許溫升和絕緣材料直接影響并決定著電機允許溫升和使用壽命。使用壽命。n n另一方面另一方面絕緣材料是電機所用材料中比較貴重絕緣材料是電機所用材料中比較貴重的材料之一的材料之一所以又直接影響著電機的質量和成所以又直接影響著電機的質量和成本。本
14、。 絕緣系統n n絕緣结构n n整台电机的各种绝缘材料在耐热等级，电气和整台电机的各种绝缘材料在耐热等级，电气和机械性能等方面互相适应的结构组成就叫绝缘机械性能等方面互相适应的结构组成就叫绝缘结构。结构。n n功能良好的绝缘结构并不等于绝缘材料的随意功能良好的绝缘结构并不等于绝缘材料的随意组合组合而要在绝缘材料基本性能和工艺性能通而要在绝缘材料基本性能和工艺性能通过后，还必须进行绝缘结构的功能性模拟试验。过后，还必须进行绝缘结构的功能性模拟试验。n n本公司的绝缘结构文件：本公司的绝缘结构文件：E182655E182655絕緣系統-绝缘等级 n n按照耐熱程度的不同將絕緣材料分成不同的等級就叫絕緣等級。 A AE EB BF FH HN N105105CC 120120CC 130130CC 155155CC 180180CC200200CC絕緣系統 -绝缘零件n n定子槽紙原子線膠通纖維通膠紙絕緣漆n n轉子槽紙風車骨快巴條電木通絕緣漆n n碳套支架n n等等。THE END
