电动机基本知识(精品).ppt
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1、电动机基本知识电动机是一切设备动力之本源电动机是一切设备动力之本源,是电力拖动是电力拖动的根本基础的根本基础.深入到电知识的海洋必须从学习深入到电知识的海洋必须从学习掌握电动机基本知识入手掌握电动机基本知识入手.电工的实操能力也电工的实操能力也体现在掌握电动机维护维修技能的水平上体现在掌握电动机维护维修技能的水平上.电动机分类按电压等级分为高压电动机和低压电动机;按电压等级分为高压电动机和低压电动机;按电能种类分为直流电动机和交流电动机;按电能种类分为直流电动机和交流电动机;从电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为从电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为同步电动机与异步电动
2、机;同步电动机与异步电动机;按电源相数来分类可分为单相电动机和三相电动机;按电源相数来分类可分为单相电动机和三相电动机;按防护型式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防按防护型式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式、潜水式;水式、潜水式;按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等按绝缘等级可分为按绝缘等级可分为E E级、级、B B级、级、F F级、级、H H级等。级等。按其功能可分为驱动电动机和控制电动机;按其功能可分为驱动电动机和控制电动机;按工作电源分类按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同,可分根据电动机工作电源的不同,可
3、分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。为单相电动机和三相电动机。按结构及工作原理分类按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可电动机按结构及工作原理可分为异步电动机和同步电动机。分为异步电动机和同步电动机。同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。动机和磁滞同电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和
4、罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永
5、磁直流电动机、铁氧体永磁直磁直流电动机又分为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。流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。按起动与运行方式分类按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电电动机按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。容起动式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。按用途分类按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。动机。各种交流电动机简介各种交流电动机简介 目前较常用的交流电动机有两种:三相异步电动机单相交目前较常用的交流电动机有两种:三相异步电动机单相交流
6、电动机。第一种多用在工业上,而第二种多用在民用电流电动机。第一种多用在工业上,而第二种多用在民用电器上。器上。作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转作电动机运行的三相异步电机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转运动而感生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换。与单相异步电动机相比,三相异步电矩,实现能量变换。与单相异步电动机相比,三相异步电动机运行性能好,并可节省各种材料。动机运行性能好,并可节省各种材料。按转子结构的不同,三相
7、异步电动机可分为笼式和绕线式按转子结构的不同,三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜,得到了广泛的应用,其主要缺点是调速困轻、价格便宜,得到了广泛的应用,其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。熟悉三相交流电三相交流电产
8、生于交流发电机,电机旋转一周三相交流电产生于交流发电机,电机旋转一周360360度,线度,线圈切割磁场中的磁力线从而感应出电流,电流变化一个周圈切割磁场中的磁力线从而感应出电流,电流变化一个周期,合成磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化,磁场期,合成磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化,磁场也不断地旋转,即三相电流通过定子绕组所产生的合成磁也不断地旋转,即三相电流通过定子绕组所产生的合成磁场场,是随电流的交变而在空间旋转的磁场。是随电流的交变而在空间旋转的磁场。三相电应是工三相电应是工厂用的三相动力线,是三根火线,火线之间的电压是厂用的三相动力线,是三根火线,火线之间的电压是380V380V,
9、而每根火线与零线是,而每根火线与零线是220V,220V,也就是我们用的市电。也就是我们用的市电。三根火线相位不同,相差三根火线相位不同,相差120120度。家庭实际上用的是一相度。家庭实际上用的是一相火线加零线。就如,家庭用的三脚插头,它实际上是一个火线加零线。就如,家庭用的三脚插头,它实际上是一个火线,一个零线和一个地线。一个火线和一个零线构成用火线,一个零线和一个地线。一个火线和一个零线构成用电器的电源,一个地线实际上是不接入用电电路的,他接电器的电源,一个地线实际上是不接入用电电路的,他接入用电器的外壳,一旦用电器发生漏电现象地线可以将电入用电器的外壳,一旦用电器发生漏电现象地线可以将
10、电流泄入大地,防止发生人员的触电。如果家庭装有漏电保流泄入大地,防止发生人员的触电。如果家庭装有漏电保护器可马上将电源掐断。护器可马上将电源掐断。什么是三相电?什么是三相电?什么是三相电?什么是三相电?幅值相等、频率相等、相位互差幅值相等、频率相等、相位互差120120电势称为三相电势称为三相交交流电流电;以三相发电机作为电源,称为三相电源;以三相电源供电的电;以三相发电机作为电源,称为三相电源;以三相电源供电的电路,称为三相电路。路,称为三相电路。U U、V V、WW称为三相,相与相之间的电压是线电压称为三相,相与相之间的电压是线电压,电压为,电压为380V380V。相与中心线之间称为相电压
11、,电压是。相与中心线之间称为相电压,电压是220V220V。三相交流电的最大用途是驱动电机,三相交流电是构成旋转磁场所需三相交流电的最大用途是驱动电机,三相交流电是构成旋转磁场所需的最少的相数。如果是单相或者两项交流电构不成稳定的具有固定旋的最少的相数。如果是单相或者两项交流电构不成稳定的具有固定旋转方向的旋转磁场,四相、五相甚至更多的相当然好,但费用昂贵不转方向的旋转磁场,四相、五相甚至更多的相当然好,但费用昂贵不经济,那就只有选三相交流电了。除了电机驱动外,交流电的相位问经济,那就只有选三相交流电了。除了电机驱动外,交流电的相位问题没有意义。题没有意义。三相供电系统具有很多优点,为各国广泛
12、采用。在发电方面,相同尺三相供电系统具有很多优点,为各国广泛采用。在发电方面,相同尺寸的三相发电机比单相发电机的功率大,在三相负载相同的情况下,寸的三相发电机比单相发电机的功率大,在三相负载相同的情况下,发电机转矩恒定,有利于发电机的工作;在传输方面,三相系统比单发电机转矩恒定,有利于发电机的工作;在传输方面,三相系统比单相系统节省传输线,三相变压器比单相变压器经济;在用电方面,三相系统节省传输线,三相变压器比单相变压器经济;在用电方面,三相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动。相电容易产生旋转磁场使三相电动机平稳转动。电动机:实践-理论三相交流电的表示法三相交流电的表示法三相交流电的表示法
13、三相交流电的表示法通常,我们把三相电源及负载的通常,我们把三相电源及负载的三相交流电动势、电压和电流统称三相交流电动势、电压和电流统称为三相交流电,而把大小相等、频为三相交流电,而把大小相等、频率相同、相位上互差率相同、相位上互差120120的三相交的三相交流电动势、电压和电流统称为对称流电动势、电压和电流统称为对称三相交流电。三相交流电。三相交流电有如下几种表示方法:三相交流电有如下几种表示方法:瞬时表达式瞬时表达式瞬时表达式瞬时表达式 相量表示式相量表示式相量表示式相量表示式 波形图表示波形图表示波形图表示波形图表示 相量图表示相量图表示相量图表示相量图表示 三相异步电动机要旋转起来的先决
14、条件是具有一个旋转三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,但相电源相与相之间的电压在相位上是相的。我们知道,但相电源相与相之间的电压在相位上是相差差120120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差位上也互差120120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,其产生的过程如图1 1所示。图中分四个时刻
15、来描述旋转磁场的产生过程。电所示。图中分四个时刻来描述旋转磁场的产生过程。电流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁流每变化一个周期,旋转磁场在空间旋转一周,即旋转磁场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为:场的旋转速度与电流的变化是同步的。旋转磁场的转速为:n=60f/Pn=60f/P式中式中f f为电源频率、为电源频率、P P是磁场的磁极对数、是磁场的磁极对数、n n的单位的单位是:每分钟转数。根据此式我们知道,电动机的转速与磁是:每分钟转数。根据此式我们知道,电动机的转速与磁极数和使用电源的频率有关,为此,控制交流电动机的转极数和使用电源的频率有关,为此,控制交流电动
16、机的转速有两种方法:速有两种方法:1 1、改变磁极法;、改变磁极法;2 2、变频法。以往多用第、变频法。以往多用第一种方法,现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级一种方法,现在则利用变频技术实现对交流电动机的无级变速控制。变速控制。一、三相异步电动机的旋转原理一、三相异步电动机的旋转原理观察图观察图1 1还可发现,旋转磁场的旋转方向与还可发现,旋转磁场的旋转方向与绕组中电流的相序有关。相序绕组中电流的相序有关。相序A A、B B、C C顺顺时针排列,磁场顺时针方向旋转,若把三时针排列,磁场顺时针方向旋转,若把三根电源线中的任意两根对调,例如将根电源线中的任意两根对调,例如将B B相电相电流通
17、入流通入C C相绕组中,相绕组中,C C相电流通入相电流通入B B相绕组相绕组中,则相序变为:中,则相序变为:C C、B B、A A,则磁场必然,则磁场必然逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很逆时针方向旋转。利用这一特性我们可很方便地改变三相电动机的旋转方向。方便地改变三相电动机的旋转方向。定定子绕组产生旋转磁场后,转子导条(鼠笼子绕组产生旋转磁场后,转子导条(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转
18、磁场方向以矩驱动转子沿旋转磁场方向以n1n1的转速旋的转速旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速转起来。一般情况下,电动机的实际转速n1n1低于旋转磁场的转速低于旋转磁场的转速n n。因为假设。因为假设n=n1n=n1,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动,则转子导条与旋转磁场就没有相对运动,就不会切割磁力线,也就不会产生电磁转就不会切割磁力线,也就不会产生电磁转矩,所以转子的转速矩,所以转子的转速n1n1必然小于必然小于n n。为此我。为此我们称三相电动机为异步电动机。们称三相电动机为异步电动机。二、单相交流电动机的旋转原理三相电的产生是因为其能为电机带来较好的性能(特别是发电机)。三相电的产
19、生是因为其能为电机带来较好的性能(特别是发电机)。三相并不是产生旋转磁场的最小相数,两个在空间上垂直,在相位上三相并不是产生旋转磁场的最小相数,两个在空间上垂直,在相位上差差9090度的交流线圈同样可以产生旋转磁场,但这会造成电机极距下线度的交流线圈同样可以产生旋转磁场,但这会造成电机极距下线圈无法均布,从而不但降低了电机容量,还会产生主磁场的严重崎变。圈无法均布,从而不但降低了电机容量,还会产生主磁场的严重崎变。单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。当单相正弦电流通过定子绕组时,电动机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方过
20、定子绕组时,电动机就会产生一个交变磁场,这个磁场的强弱和方向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个向随时间作正弦规律变化,但在空间方位上是固定的,所以又称这个磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、磁场是交变脉动磁场。这个交变脉动磁场可分解为两个以相同转速、旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转旋转方向互为相反的旋转磁场,当转子静止时,这两个旋转磁场在转子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以子中产生两个大小相等、方向相反的转矩,使得合成转矩为零,所以电动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时电
21、动机无法旋转。当我们用外力使电动机向某一方向旋转时(如顺时针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力针方向旋转),这时转子与顺时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动线运动变小;转子与逆时针旋转方向的旋转磁场间的切割磁力线运动变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,变大。这样平衡就打破了,转子所产生的总的电磁转矩将不再是零,转子将顺着推动方向旋转起来。转子将顺着推动方向旋转起来。要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在定子要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在定子中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间
22、中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差上相差9090度,起动绕组要串接一个合适的电容,度,起动绕组要串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差使得与主绕组的电流在相位上近似相差9090度,即度,即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差所谓的分相原理。这样两个在时间上相差9090度的度的电流通入两个在空间上相差电流通入两个在空间上相差9090度的绕组,将会在度的绕组,将会在空间上产生(两相)旋转磁场,如图空间上产生(两相)旋转磁场,如图2 2所示。在这所示。在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,起动后,个旋转磁场作用下,转子就能自动起动,起动后,待转速升到一定时,借助于一个
23、安装在转子上的待转速升到一定时,借助于一个安装在转子上的离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开,离心开关或其他自动控制装置将起动绕组断开,正常工作时只有主绕组工作。因此,起动绕组可正常工作时只有主绕组工作。因此,起动绕组可以做成短时工作方式。但有很多时候,起动绕组以做成短时工作方式。但有很多时候,起动绕组并不断开,我们称这种电动机为电容式单相电动并不断开,我们称这种电动机为电容式单相电动机,要改变这种电动机的转向,可由改变电容器机,要改变这种电动机的转向,可由改变电容器串接的位置来实现。串接的位置来实现。在单相电动机中,产生旋转磁场的另一种方法称在单相电动机中,产生旋转磁场的另一种方法称为罩
24、极法,又称单相罩极式电动机。此种电动机为罩极法,又称单相罩极式电动机。此种电动机定子做成凸极式的,有两极和四极两种。每个磁定子做成凸极式的,有两极和四极两种。每个磁极在极在1/3-1/41/3-1/4全极面处开有小槽,如图全极面处开有小槽,如图3 3所示,把所示,把磁极分成两个部分,在小的部分上套装上一个短磁极分成两个部分,在小的部分上套装上一个短路铜环,好象把这部分磁极罩起来一样,所以叫路铜环,好象把这部分磁极罩起来一样,所以叫罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上,每罩极式电动机。单相绕组套装在整个磁极上,每个极的线圈是串联的,连接时必须使其产生的极个极的线圈是串联的,连接时必须使其产生的
25、极性依次按性依次按N N、S S、N N、S S排列。当定子绕组通电后,排列。当定子绕组通电后,在磁极中产生主磁通,根据楞次定律,其中穿过在磁极中产生主磁通,根据楞次定律,其中穿过短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞短路铜环的主磁通在铜环内产生一个在相位上滞后后9090度的感应电流,此电流产生的磁通在相位上度的感应电流,此电流产生的磁通在相位上也滞后于主磁通,它的作用与电容式电动机的起也滞后于主磁通,它的作用与电容式电动机的起动绕组相当,从而产生旋转磁场使电动机转动起动绕组相当,从而产生旋转磁场使电动机转动起来。来。同步电动机的原理同步电动机的原理同步电动机是属于交流电机,定子绕组与异步
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