電機培訓,主 講 人：于紅霞 日 期：二00七年十一月,B,教學目的：,1、讓大家掌握三相異步電機的結構和工作原理； 2、學會分析三相異步電機的機械特性。,三相異步電動機 教學內容,1 電機學概述 2 電機分類及結構 3 電機工作原理及旋轉磁場的產生和特性 4 異步電機重要物理量 5 三相異步電動機的電磁轉矩 6 三相異步電動機的機械特性,、 電機及電力拖動的發展歷史 1802年奧斯特發現了電流在磁場中受力的物理現象，隨后由安培對這種現象進行了科學的總結，發現了磁路定律及全電流定律。在此基礎上人們在實驗室里制成了直流電動機的模型。1831年法拉第發現了電磁感應定律,為生產制造各種發電機提供了依據。隨后制成了直流發電機，替換了價格昂貴的電池，為直流電動機的廣泛應用提供了電源。可見在電機與電力拖動發展史上首先得到應用的是直流電機。1871年凡麥爾發明了交流發電機, 1878年亞布洛契可夫用交流發電機和變壓器發明的照明裝置供電。1885年意大利物理學家費拉利斯發現了兩相電流可以產生旋轉磁場。一年以后費拉利斯和在美國的坦斯拉幾乎同時制成了兩相感應電動機的模型。,1888年多里沃多勃羅沃爾斯提出了三相制，并制成了三相感應電動機，奠定三相電路和三相電機的基礎。此后三相交流電迅速地發展起來,到20世紀初，各種三相交流電動機均已設計制造成功。進入20世紀以后，人們在降低電機成本，減小電機尺寸,提高電機性能,選用新型電磁材料,改進電機生產工藝等方面進行了大量工作，使現代電機與上世紀初的電機有很大差別。 我國的電機工業，從新中國成立以來的50多年間，建立了獨立自主的完整體系。早在1958年我國就研制成功當時世界上第一臺1.2萬kW雙水內冷汽輪發電機，顯示了我國電機工業的迅速掘起。近些年來，隨著對電機新材料的研究,以及計算機技術在電機設計、制造工藝中的應用，普通電機的性能得到提高，而控制電機的高可靠性、高精度、快速響應使控制系統完成各種人工無法完成的快速復雜的精巧工作。,在現代化工業生產過程中，為了實現各種生產工藝過程，需要使用各種各樣的生產機械。拖動各種生產機械運轉，可以采用氣動、液壓傳動和電力拖動。由于電力拖動具有控制簡單，調節性能好、損耗小、并能實現自動控制等一系列優點，因此大多數生產機械均采用電力拖動。按照電動機的種類不同，電力拖動系統分為直流電力拖動系統和交流電力拖動系統兩大類。電力拖動的發展過程，交、直流兩種拖動方式并存于各生產過程,各時期科學技術的發展水平不同，它們所處的地位也有所不同。隨著自動控制理論、電力電子技術、數控技術、計算機技術的不斷發展,電力拖動裝置的特性品質的提高,極大地提高勞動生產率和產品的質量,提高了電力拖動系統的自動化控制,所以電力拖動成為現代工農業電氣自動化的基礎.,在交流電出現以前，直流電力拖動是惟一的一種電力拖動方式。而交流電動機的研制成功，使交流電力拖動在工業中得到了廣泛的應用。但是生產技術的發展，特別是精密機械加工與冶金工業生產過程的進步，對電力拖動在啟動、制動、正反轉以及調速提出了新的、更高的要求。在20世紀中期以前，相當長一個時期內幾乎都是采用直流電力拖動，而交流電力拖動則主要用于恒轉速系統。直流電動機具有調速性能優異這一突出優點，但是直流電機有電刷和換向器，所以故障率比較高,直流電動機的使用環境也受到一定的限制（如不能在有易燃、易爆氣體及塵埃多的場合使用等），而且直流電動機的電壓等級、轉速、單機容量等也受到一定的限制。,20世紀60年代以后，隨著電力電子技術的發展，交流調速的方法不斷進步和完善，其調速性能可與直流調速相媲美, 目前，在很多應用場合交流電動機的調速已取代直流電動機調速。而且交流電動機的調速將會取代直流電動機的調速，可以說這是一種必然的發展趨勢。 電機是利用電磁感應原理工作，它應用廣泛，種類繁多，性能各異，分類方法也很多。常見的分類方法為：按功能用途分，可分為常規電機和控制電機兩大類。按照電機的結構或轉速分類，可分為變壓器和旋轉電機。根據電源的不同，旋轉電機又分為直流電機和交流電機兩大類。交流電機又分為同步電機和異步電機兩類。,1.1 電機學習方法,學習方法： 1.抓住主要矛盾； 2.理論聯系實際； 3.善于運用對比的方法。,能力目標： 1.培養識圖能力以及比較分析和歸納總結的能力； 2.培養和訓練發現問題、認識問題、解決問題實踐操作的能力。,1 電機學概述,1.2 電機概念,何謂電機？,？,應用：廠礦企業，交通工具，娛樂，科研，農業生產，日常生活等。,定義：依據電磁感應定律實現電能的轉換或者傳遞的一種電磁裝置。,電能轉化為 機械能,優點：結構簡單，工作可靠，起動容易，維護方便，成本較低，故應用廣泛。但是其調速性能差、功率因數低.,牽引電機,2.1電機分類,分 類,旋轉電機,靜止電機,同步電機,交流電機,直流電機,變壓器,異步電機,三相電機,單相電機,繞線式,鼠籠式,2電機分類及結構,2.2電機結構,2.2.1 定子部分,鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型 保護和固定定子繞組。,機座,（1）外殼,用于保護線圈端部不受外物損傷，改善風的流通。,一般是用鑄鐵澆鑄，其作用是保護和固定繞組的引出線端子。,出線盒,通風罩,（a）定子鐵心 （b）定子沖片 定子鐵心及沖片示意圖,（2）定子鐵心,0.5mm厚涂有絕緣漆的薄硅鋼片,薄硅鋼片疊壓而成,電動機磁路的一部分，如圖所示，用來嵌放定子繞圈。,硅鋼片?,半閉口槽形?,（3）定子繞組,電路部分，通三相對稱電流時，就會產生旋轉磁場,線圈由絕緣銅導線或絕緣鋁導線繞制。再按一定規律嵌入定子鐵心槽內。,2.2.2 轉子部分,轉子鐵心,轉子鐵心是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，熱套在轉軸上。,作用?,熱套?,轉子繞組是異步電動機電路的另一部分。,轉子銅條（繞組）,作用?,絕緣？,引申？,轉軸,壓板,作用?,材料?,氣隙一般為0.22mm。,怎么計算？,過小？,2.2.3 氣隙,過大？,2.2.4其他部分,連接轉動部分與不動部分， 目前都采用滾動軸承以減少摩擦。我們現場用滾珠和滾柱軸承。,用鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型。,端蓋,軸承,不一樣?,作用?,軸承蓋,鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型的，,風扇,則用來通風冷卻電動機。,作用?,對定子繞組的反作用,轉子的轉動示意圖,右手定則?,發電機,左手定則?,電動機,三相交流電通入定子繞組,旋轉磁場（n60f/p）,轉子導條切割磁力線,電磁感應原理,轉子導條產生感應電動勢,轉子導條產生感應電流,轉子導條受電磁力和轉矩,轉子轉動,在定子和轉子的氣隙內,轉子導條是閉合的,FB.i.l,eB.l.v,3.1 轉子轉動工作原理,異步電動機模型(見動畫）,導線長度,切割速度,（右手定則）,（左手定則）,異步,2. 線圈比磁場轉得慢,3.2 旋轉磁場的產生（見動畫）,A,Y,C,B,Z,()電流出,()電流入,X,合成磁場方向： 向下,同理分析，可得 其它電流角度下 的磁場方向：,旋轉方向：取決于三相電流的相序。,改變電機的旋轉方向：換接其中兩相,3.3 旋轉磁場的旋轉方向,3.4旋轉磁場的轉速大小,3.5 極對數（P）的概念,極對數,3.6 極對數（P）的改變,將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內。形 成的磁場則是兩對磁極。,3.7 極對數和轉速的關系,三相異步電動機的同步轉速,極對數,每個電流周期 磁場轉過的空間角度,同步轉速,3.8 電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系,電動機轉速:,感應？,轉差率 的概念：,轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差與同步 轉速 的比值稱為轉差率，轉差率用s來表示， 。即：,4. 異步電動機的重要物理量,隨著轉子轉速的上升，轉差率減小,異步電機運行中:,起動瞬間，n = 0,s=1 理想空載運行時：n=n1,s=0 作為電動機運行時，s的范圍在0-1之間。 轉差率一般很小，如s = 0.03。 制動運行時，電磁轉矩方向與轉速方向相反，即n1與n反向，s1 發電運行時，n高于同步轉速n1,s0.,根據轉差率可以區分異步電動機運行狀態,解:由于電動機的額定轉速接近而略小于同步轉速,而同步轉速對應于不同的極對數有一系列固定的數值(見表).顯然,與975 最相近的同步轉速 與此相應的磁極對數 =3,因此,額定負載時的轉差率為,例2。 已知某異步電動機的磁極對數P=4,轉差率S=4%,電源 頻率 試求該電動機的轉速.,例1。有一臺三相異步電動機，其額定轉速n=975 。試求電動機的極數和額定負載時的轉差率。電源頻率,解:因,而,則,三相異步電動機的“電磁”關系,：漏磁通產 生的漏電動勢（漏抗壓降） 。,5.1 三相異步電動機的電路分析,5. 三相異步電動機的電磁轉矩,：旋轉的主磁通，產生的感應電動勢。,取決于轉子和旋轉磁場的相對速度,轉子功率因數,轉子漏抗,電磁轉矩 T：轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下, 受到電磁力所形成的轉距之總和。故電磁轉矩與轉子 電流的有功分量及定子旋轉磁場的每極磁通成正比， 即：,常數，與結 構有關,旋轉磁場 每極磁通,轉子電流,轉子電路的 功率因數,5.2電磁轉矩公式,得到轉矩公式,由公式可知,1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 T ,2. 當電源電壓 U1 一定時，T 是 s 的函數。,3. R2 的大小對 T 有影響。繞線式異步電動機可外 接電阻來改變轉子電阻R2 ，從而改變轉距。,在一定的電源電壓U和轉子電阻R2下，電動機電磁轉矩與轉差率的關系T=f（S）曲線叫做異步電動機的轉矩特性曲線 轉速與轉矩的關系為T=f（n）叫異步電動機的機械特性曲線。,6. 三相電動機的機械特性,6.1 定義： 電動機的機械特性是指電動機的轉速和電磁轉矩的關系。 電動機中存在兩種轉矩：電磁轉矩和阻力矩。 阻力矩：由電機的負載及機械磨擦等因素產生,這兩種轉矩達到平衡狀態時，轉子轉速將維持恒定。,轉矩特性曲線,機械特性曲線,根據轉矩公式,得特性曲線：,6.2 電動機的自適應負載能力,電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。,直至新的平衡。此過程中， 時， 電源提供的功率自動增加。,6.3 三個重要轉矩,(N m),例1：如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型) 的額定功率為7.5kw, 額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為：,公式,解：第一臺：,第二臺：,如果 電機將會 因帶不動負載而停轉。,n0,T,n,臨界轉差率,將sm代入轉矩公式，可得,過載系數：,三相異步機,當 U1 一定時，Tmax為定值,n0,T,n,(2) Tst與 R2 有關， 適當使 R2 Tst 。對繞線式 電機改變轉子附加電阻 R2 , 可使Tst=Tmax,起動能力,總漏抗越大，起動轉矩越小；,6.4 機械特性和電路參數的關系,和電壓的關系,結論,和轉子電阻的關系,6.5 機械特性的軟硬,硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。 軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起 動特性好。 ,二、三相異步電動機的功率和轉矩平衡關系,問：下面由八條相等線段組成圖形總共有多少個正方形？ 要求：迅速做答，越快越好，可以補答； 講師：將學員所答答案全部依次記下，反復詢問是否還有新的答案。 學員一般反應：從20個到30個均有答案，,游戲,正確答案：設定最小正方型邊為1的話， 則：邊長為1的有16、邊長為2的有9 ，邊長為3的有4、邊長為4的有1 總數則為30個 結論一：每個人看同樣一件事物的深度是不同的，人需要認