电机基本原理及预防性试验

LOGO《电机基本原理及预防性试验》广西恒达电机科技有限公司电机基本原理一电机现场周期预防性试验二七电机基本原理及预防性试验3一.电机基本原理一.电机的基本原理与分类电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置。就能量转换的功能来看，电机可分为两大类。第一类是发电机，它把机械能转换为电能；通过原动机先把各类一次能源蕴藏的能量转换为机械能，然后通过发电机把机械能转换为电能。第二类是电动机，它是把电能转换为机械能，用来驱动各种用途的生产机械和其他装置。它们的工作原理都是以电磁感应原理为基础。由于一次能源形态的不同，可制成不同的发电机。利用水力资源，与水轮机配合，可制成水轮发电机；利用煤、石油等资源的热能，和锅炉、汽轮机配合，可制成汽轮发电机。此外，还有利用风能、原子能、地热能、垃圾等能源的各类发电机。根据应用场合的要求和电源的不同，电动机有交流感应电动机、交流同步电动机、直流电动机，以及满足不同需求的控制电机和特种电机等。一.电机的基本原理与分类二.异步电机异步电机亦称感应电机，定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换，感应电机一般用作电动机。异步电动机是由电能转换为机械能的一种交流电机，其负载时的转速与所接电源频率之比不是恒定值。而感应电动机是一种应用最为普遍的异步电动机，仅一套绕组(一般为定子绕组)连接电源，而转子绕组不需与其他电源相连接，转子绕组电流是感应产生的。在不致引起误解或混淆的情况下，也可称感应电动机为异步电动机。这里论及的电动机其实质为感应电动机。二.异步电机异步电动机具有结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，以及重量较轻，成本较低等优点。同时有较高的运行效率和较好的工作特性，从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足大多数工农业生产机械和家用电器的传动要求。异步电动机还便于派生成各种防护型式，以适应不同环境条件的需要。随着电力电子器件及交流变频调速技术的发展，由异步电动机和变频器组成的交流调速系统的调速性能及经济性已可与直流调速系统相媲美，且使用维护简便，因而应用愈来愈广泛。异步电动机在各种电动机中应用最广，需要量最大，在各种电气传动系统中，有90％左右采用异步电动机驱动，在电网总负载中，异步电动机占60％左右。从用电量而言，使用量最大的是中小型三相异步电动机。三.同步电机同步电机也是一种常用的交流电机，同步电机的特点是稳态运行时，转子的转速n与电网频率f之间具有固定不变的关系n=ns=60f/p（转／分），转速ns称为同步转速。若电网频率不变，则稳态时，同步电机的转速恒为常值而与负载的大小无关。从原理上看，同步电机既可用作发电机，亦可用作为电动机或补偿机。现代发电站中的交流发电机几乎全部都是同步发电机，在工矿企业和电力系统中，同步电动机和补偿机用得也不少。四.直流电机直流电机是电机的主要类型之一。直流电动机以其良好的起动性能和调速性能著称，直流发电机供电质量较好，常常作为励磁电源和某些工业中的直流电源。与交流电机相比，直流电机的结构较复杂，成本较高，可靠性较差，使它的应用受到限制。近年来，与电力电子装置结合而具有直流电机性能的电机不断涌现，使直流电机有被取代的趋势。尽管如此，直流电机仍有一定的理论意义和实用价值。五.电动机的主要性能指标1.效率η电动机输出机械功率与输入电功率之比，通常以百分数表示。效率是电动机最重要的技术经济指标之一，直接影响电动机有效材料用量和运行费用。较高的运行效率可以为用户带来显著的节能效果，但电动机的有效材料用量增加，成本及售价将要提高。同时，较高的效率能否充分发挥作用还与电动机的年运行时间和运行时负载率有关，电动机年运行时间越长，运行负载率越高，提高效率后的节能效果越显著。2.功率因数cosΦ电动机输入有效功率与视在功率之比。3.堵转电流I1（起动电流Ist）电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时从供电回路输入的最大稳态方均根电流。4.电机的转矩电机额定输出转矩的工程计算公式为式中：T：电机的额定输出转矩（单位N.m）Pmech：电机的轴功率（单位kW）n：电机的额定转速（单位r/min）5.堵转转矩T1（起动转矩Tst）电动机在额定电压、额定频率和转子堵住时所产生的转矩的最小测得值。增大转子电阻，起动转矩Tst将随之增大，直到达到最大转矩值为止。对于绕线型电机，可以在转子中接入外加电阻来实现这一点。五.电动机的主要性能指标nPTmech55.96.最小转矩Tu（Tmin）电动机在额定电压、额定频率下，在零转速与对应于最大转矩的转速之间所产生的稳态异步转矩的最小值。7.最大转矩Tb（Tmax）电动机在额定电压、额定频率下所能产生的最大稳态异步转矩。最大转矩与电源电压的平方成正比，与定、转子漏抗之和近似成反比；最大转矩的大小与转子电阻值无关，最大转矩与额定转矩之比称为过载能力，如果负载的制动转矩大于最大转矩，电动机就会停转。为保证电动机不因短时过载而停转，通常最大转矩倍数取1.6～2.5。8.噪声电动机在空载稳态运行时A计权声功率级（dB(A)），以及在额定负载运行时超过空载运行的噪声声功率级增量。9.振动电动机在空载稳态运行时振动速率有效值（mm/s）五.电动机的主要性能指标13131.旋转磁场的产生旋转磁场：按一定规律分布的磁场，极性和大小不变，围绕一个轴心在空间以一定转速不断旋转的磁场。A-X、B-Y、C-Z三个线圈的始端（或末端）在空间上彼此互隔120°分布在定子铁心内圆的圆周上，构成了对称三相绕组。把三个绕组接成星形，并接通对称的三相电源上，于是，在定子三相绕组中通过三相电流。旋转磁场是如何产生的？六.三相异步电动机的工作原理三相绕组作星形连接1414B相从A相后移120°C相从B相后移120°A相从C相后移120°当三相对称绕组接上三相对称电源，就产生旋转磁场。tIicosmA)120cos(mBtIi)240cos(mCtIiNSNNNSSS以记号表示流入，以⊙记号流出15151.旋转磁场的产生获得旋转磁场的条件：1）有一组三相对称的绕组，也即三个线圈组成的三相绕组在空间位置必须互成120°。2）在对称的三相绕组中通过对称的三相电流。旋转磁场的转向与三相电流的相序一致。若要改变磁场的转向，只要改变通入定子绕组的三相电流的相序，即变更任意两根电源的进线，便可达到改变磁场转向的目的。如何改变旋转磁场的转向？为什么？六.三相异步电动机的工作原理1616tIicosmA)120cos(mBtIi)240cos(mCtIiN1N2S2S1N1S1S2N2N1S1N1S1N2N2S2S24极旋转磁场示意图1717160sfnp式中，ns为同步转速，单位r/min；p——极对数；f1——交流电源的频率。可以看出，当交流电流变化一周时，一对磁极的旋转磁场在空间转过360°，两对磁极的旋转磁场只转过180°。显然两对磁极较一对磁极旋转磁场的速度慢了一半，以此类推，电流变化一周时（360°电角度），其旋转磁场就在空间转过1/p转，若定子电源的频率为f1，则旋转磁场每分钟转速ns为六.三相异步电动机的工作原理18182.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机圆柱形的转子铁心上，嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用端环将它们连接成一个整体。三相异步电动机的定子铁心上嵌有三相对称绕组，接通三相对称电源后，在定子、转子之间的气隙内产生了以同步转速旋转的旋转磁场。转子导条被这种旋转磁场切割，在导条内产生感生电流，磁场又对导条产生电磁力。于是转子就跟着旋转磁场旋转。右手定则决定电流方向左手定则决定导条受力方向六.三相异步电动机的工作原理1919三相异步电动机定子接三相电源后，定子中会有三相电流，定子电流产生圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，若转子静止，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动而感应电动势，由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流的方向同电动势方向，这样，导条就在磁场中受力，用左手定则确定受力方向。转子受力，产生电磁转矩，如果电磁转矩能克服负载转矩，转子便就能旋转起来，并加速旋转。•转子旋转后，转速为n，只要n＜ns(ns为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电流及受力，电磁转矩仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行。可见，异步电动机转子的转速n不可能达到同步转速ns，异步二字就由此而来。2.三相异步电动机的工作原理六.三相异步电动机的工作原理20203.三相异步电动机的结构六.三相异步电动机的工作原理212122223.三相异步电动机的结构六.三相异步电动机的工作原理23233.三相异步电动机的结构六.三相异步电动机的工作原理3.1定子定子是异步动机的静止部分，由定子铁心、定子绕组和机座等部件组成。机座有绕组定子铁心定子绕组——电路部分——感应电势。定子铁心——磁路部分，放置定子绕组。一般采用导磁性能良好和比损耗小的电工硅钢片叠成。为了嵌放定子绕组，在定子铁心内圆冲出许多形状相同的槽——定子槽。（1）定子铁心：定子铁心作为电机的磁路，一般由0.35~0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成。钢片的表面涂有绝缘漆，内园表面冲有均匀分布的槽，槽内嵌韩定子绕组，槽形可分为开口、半开口等几种形式。。异步电机定子冲片(a)半闭口槽(b)开口槽(c)半开口槽感应电动机的定子槽形（1）定子铁心：半闭口槽形的优点是电动机的效率和功率因数较高，缺点是绕组绝缘和嵌线比较困难，一般用于中小型电动机中。半开口槽形可以嵌放成型绕组，一般用于大型低压电动机中。开口槽形可以嵌放成型绕组，绕组可以事先经过绝缘处理后再放入槽内，因此绕组的绝缘处理比半闭口槽形方便，用于高压电动机中。(a)半闭口槽(b)开口槽(c)半开口槽感应电动机的定子槽形（1）定子铁心：（2）定子绕组：定子绕组的作用是通入三相交流电流，产生旋转磁场。通常绕组是用高强度漆包线绕制成各种型式的线圈，嵌入定子槽内。大容量的电动机采用成型线圈，经过绝缘处理后，再嵌放在定子槽内。（2）定子绕组：电机每相绕组的匝数和导线截面积，是按照每相额定电压和电流设计的。使用时，如果三相电源电压（线电压）等于电动机每相额定电压，绕组可采用三角形接法；如果电源电压是每相绕组电压的，则需采用星形接法。3（2）定子绕组：a)△形接法b）Y形接法三相电动机接线板端子排列（2）定子绕组：三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（△）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（2）定子绕组：三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（△）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（2）定子绕组：三相绕组可接成星形（Y）或接成三角形（△）。为了便于接线，常将三相绕组的六个出线头引至接线盒中，（3）机座：机座的作用是固定定子铁心和定子绕组，并以两个端盖支承转子，同时期保护整个电动机和散发电动机运行中所产生的热量的作用。机座一般采用铸铁件、钢件等制成。3.2转子转子是电动机的旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴和滑环等部件组成。笼型转子（1）.转子铁心转子铁心作为电动机磁路的一部分，是由0.35~0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成。固定在转轴上。转子表面冲有均匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组。为了改善电动机的起动性能，鼠笼式电动机转子的铁心，一般采用斜槽结构（即转子的槽并不与轴线平行，而是倾斜一个角度）。此外，还有双鼠笼和深槽结构。绕线转子铁心转子铁心槽形铸铝转子（1）.转子铁心（2）.转子绕组用以切割定子磁场，产生感应电势和电流，并在旋转磁场作用下使转子转动。按结构型式不同，可分为鼠笼式转子和绕线式转子两种。鼠笼式转子绕组是由安放在槽内的裸铜导体，这些导体两端焊接在端环上，因其形状和鼠笼一样，所以叫鼠笼式转子，采用离心铸铝或低压铸铝一次浇铸成型。铜排笼型转子铸铝笼型转子（2）.转子绕组绕线式转子绕组和定子绕组基本相同。其极对数和定子绕组一样，三相绕组的末端连在一起作星形连接，三个始连接在三个滑环上，与外电路相连接。绕线转子