电机培训

电机培训主讲人：日期：教学目的：1、让大家掌握三相异步电机的结构和工作原理；2、学会分析三相异步电机的机械特性。三相异步电动机教学内容•1电机学概述•2电机分类及结构•3电机工作原理及旋转磁场的产生和特性•4异步电机重要物理量•5三相异步电动机的电磁转矩•6三相异步电动机的机械特性•１、电机及电力拖动的发展历史•1802年奥斯特发现了电流在磁场中受力的物理现象，随后由安培对这种现象进行了科学的总结，发现了磁路定律及全电流定律。在此基础上人们在实验室里制成了直流电动机的模型。1831年法拉第发现了电磁感应定律,为生产制造各种发电机提供了依据。随后制成了直流发电机，替换了价格昂贵的电池，为直流电动机的广泛应用提供了电源。可见在电机与电力拖动发展史上首先得到应用的是直流电机。1871年凡麦尔发明了交流发电机,1878年亚布洛契可夫用交流发电机和变压器发明的照明装置供电。1885年意大利物理学家费拉利斯发现了两相电流可以产生旋转磁场。一年以后费拉利斯和在美国的坦斯拉几乎同时制成了两相感应电动机的模型。•1888年多里沃多勃罗沃尔斯提出了三相制，并制成了三相感应电动机，奠定三相电路和三相电机的基础。此后三相交流电迅速地发展起来,到20世纪初，各种三相交流电动机均已设计制造成功。进入20世纪以后，人们在降低电机成本，减小电机尺寸,提高电机性能,选用新型电磁材料,改进电机生产工艺等方面进行了大量工作，使现代电机与上世纪初的电机有很大差别。•我国的电机工业，从新中国成立以来的50多年间，建立了独立自主的完整体系。早在1958年我国就研制成功当时世界上第一台1.2万kW双水内冷汽轮发电机，显示了我国电机工业的迅速掘起。近些年来，随着对电机新材料的研究,以及计算机技术在电机设计、制造工艺中的应用，普通电机的性能得到提高，而控制电机的高可靠性、高精度、快速响应使控制系统完成各种人工无法完成的快速复杂的精巧工作。在现代化工业生产过程中，为了实现各种生产工艺过程，需要使用各种各样的生产机械。拖动各种生产机械运转，可以采用气动、液压传动和电力拖动。由于电力拖动具有控制简单，调节性能好、损耗小、并能实现自动控制等一系列优点，因此大多数生产机械均采用电力拖动。按照电动机的种类不同，电力拖动系统分为直流电力拖动系统和交流电力拖动系统两大类。电力拖动的发展过程，交、直流两种拖动方式并存于各生产过程,各时期科学技术的发展水平不同，它们所处的地位也有所不同。随着自动控制理论、电力电子技术、数控技术、计算机技术的不断发展,电力拖动装置的特性品质的提高,极大地提高劳动生产率和产品的质量,提高了电力拖动系统的自动化控制,所以电力拖动成为现代工农业电气自动化的基础.在交流电出现以前，直流电力拖动是惟一的一种电力拖动方式。而交流电动机的研制成功，使交流电力拖动在工业中得到了广泛的应用。但是生产技术的发展，特别是精密机械加工与冶金工业生产过程的进步，对电力拖动在启动、制动、正反转以及调速提出了新的、更高的要求。在20世纪中期以前，相当长一个时期内几乎都是采用直流电力拖动，而交流电力拖动则主要用于恒转速系统。直流电动机具有调速性能优异这一突出优点，但是直流电机有电刷和换向器，所以故障率比较高,直流电动机的使用环境也受到一定的限制（如不能在有易燃、易爆气体及尘埃多的场合使用等），而且直流电动机的电压等级、转速、单机容量等也受到一定的限制。•20世纪60年代以后，随着电力电子技术的发展，交流调速的方法不断进步和完善，其调速性能可与直流调速相媲美,目前，在很多应用场合交流电动机的调速已取代直流电动机调速。而且交流电动机的调速将会取代直流电动机的调速，可以说这是一种必然的发展趋势。•电机是利用电磁感应原理工作，它应用广泛，种类繁多，性能各异，分类方法也很多。常见的分类方法为：按功能用途分，可分为常规电机和控制电机两大类。按照电机的结构或转速分类，可分为变压器和旋转电机。根据电源的不同，旋转电机又分为直流电机和交流电机两大类。交流电机又分为同步电机和异步电机两类。•1.1电机学习方法•学习方法：1.抓住主要矛盾；2.理论联系实际；3.善于运用对比的方法。•能力目标：1.培养识图能力以及比较分析和归纳总结的能力；2.培养和训练发现问题、认识问题、解决问题实践操作的能力。多看多想多学多问多动1电机学概述1.2电机概念何谓电机？？应用：厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活等。定义：依据电磁感应定律实现电能的转换或者传递的一种电磁装置。电能转化为机械能优点：结构简单，工作可靠，起动容易，维护方便，成本较低，故应用广泛。但是其调速性能差、功率因数低.牵引电机2.1电机分类分类旋转电机静止电机同步电机交流电机直流电机变压器异步电机三相电机单相电机绕线式鼠笼式2电机分类及结构电机结构定子转子气隙其他部分2.2电机结构2.2.1定子部分定子外壳定子铁心定子绕组机座通风罩接线盒硅钢片端板线圈绕组绝缘材料铸铁或铸钢浇铸成型保护和固定定子绕组。机座（1）外壳•用于保护线圈端部不受外物损伤，改善风的流通。•一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。出线盒通风罩•（a）定子铁心（b）定子冲片定子铁心及冲片示意图（2）定子铁心0.5mm厚涂有绝缘漆的薄硅钢片薄硅钢片叠压而成•电动机磁路的一部分，如图所示，用来嵌放定子绕圈。硅钢片?半闭口槽形?（3）定子绕组电路部分，通三相对称电流时，就会产生旋转磁场线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。再按一定规律嵌入定子铁心槽内。（a）Y星形连接每相绕组电压为220V（b）三角形连接每相绕组电压为380V定子绕组的联结2.2.2转子部分转子转子铁心转子绕组转轴转子铁心转子铁心是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，热套在转轴上。作用?热套?转子绕组是异步电动机电路的另一部分。转子铜条（绕组）作用?绝缘？笼型转子绕组铜条短路环引申？转轴压板作用?材料?气隙一般为0.2～2mm。怎么计算？过小？2.2.3气隙过大？2.2.4其他部分其他部分端盖轴承盖轴承风扇连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减少摩擦。我们现场用滚珠和滚柱轴承。•用铸铁或铸钢浇铸成型。端盖轴承不一样?作用?轴承盖•铸铁或铸钢浇铸成型的，风扇•则用来通风冷却电动机。作用?n0nei3.三相异步电动机的工作原理NSf磁铁闭合线圈对定子绕组的反作用n0nNSfei转子的转动示意图右手定则?发电机左手定则?电动机三相交流电通入定子绕组旋转磁场（n＝60f/p）转子导条切割磁力线电磁感应原理转子导条产生感应电动势转子导条产生感应电流转子导条受电磁力和转矩转子转动在定子和转子的气隙内转子导条是闭合的F＝B.i.le＝B.l.v3.1转子转动工作原理异步电动机模型(见动画）NSn0n笼型转子磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长度磁感应强度切割速度vlBe（右手定则）闭合导线产生电流i通电导线在磁场中受力（左手定则）ilBf1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致结论：异步2.线圈比磁场转得慢0nn3.2旋转磁场的产生（见动画）AYCBZAiBiCimIt0n(•)电流出()电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：向下180tXBZ0nAYC60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：AiBiCitmI旋转方向：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相AiBiCimItAiCiBimIt3.3旋转磁场的旋转方向3.4旋转磁场的转速大小一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNSAiBiCimIt分）转/(600pfn3.5极对数（P）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZNS极对数2pA'XX'ANSSNZC'Z'CBY'B'YC'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AiCiBiAiBiCimIt3.6极对数（P）的改变将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。XNSASNZB'X'AYC'Z'B'C'Y0t分）转/(600pfn60t'A0nAZ'XXC'Z'CSNSN303.7极对数和转速的关系AiBiCimIt三相异步电动机的同步转速分）转/(600pfn2p180分）转/(50011p360分）转/(0003极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速)50(Hzf0n3p120分）转/(00013.8电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但异步电动机0nn无转矩转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果0nn感应？转差率的概念：)(s%10000nnns转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步转速的比值称为转差率，转差率用s来表示，。即：电动机起动瞬间:1,0sn（转差率最大）4.异步电动机的重要物理量on随着转子转速ｎ的上升，转差率ｓ减小异步电机运行中:%9~1s起动瞬间，n=0,s=1o理想空载运行时：n=n1,s=0o作为电动机运行时，s的范围在0---1之间。o转差率一般很小，如s=0.03。o制动运行时，电磁转矩方向与转速方向相反，即n1与n反向，s1o发电运行时，n高于同步转速n1,s0.根据转差率可以区分异步电动机运行状态状态电动机发电机电磁制动n与s关系nn10s1nn1s0n与n1反向，n0,s1E1的性质反电动势电源电动势反电动势T的性质电磁驱动力矩电磁阻力矩电磁阻力矩能量转换电能→机械能原动机机械能→电能电能+机械能→内部损耗（短路）注：表中“电动机”、“发电机”、“电磁制动”为超级链接热字解:由于电动机的额定转速接近而略小于同步转速,而同步转速对应于不同的极对数有一系列固定的数值(见表).显然,与975最相近的同步转速与此相应的磁极对数=3,因此,额定负载时的转差率为分转分转10000np%5.2%100%1001000975100000nnns例2。已知某异步电动机的磁极对数P=4,转差率S=4%,电源频率试求该电动机的转速.Hzf501例1。有一台三相异步电动机，其额定转速n=975。试求电动机的极数和额定负载时的转差率。电源频率分转Hzf50解:因0)1(nsn而pfn600则.72075096.0%)41(45060分转n)1(60)1(11spfsnn例3：有一台4极感应电动机，电压频率为50Hz，转速为1440r／min，试求这台感应电动机的转差率。解：因为磁极对数2p，所以同步转速为：r/min150025060601opfn转差率为：%4%100150014401500%1000onnns三相异步电动机的“电－磁”关系i2转、定子电路R1R2i1u1e1e1e2e2：漏磁通产生的漏电动势（漏抗压降）。e1e2、e1e2、dtdNeeeRiu1111111设：tsin1mΦ则：tΦNum1111cos定子边：5.1三相异步电动机的电路分析5.三相异步电动机的电磁转矩：旋转的主磁通，产生的感应电动势。tΦNum1111cosR1R2i1u1e1e1e2e2mΦNfE22244.4同理得转子边：mmmmΦNfUUEfΦNΦNU11111111144.422pmΦNfE22244.42f：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnf