华信铝业电机常识.ppt
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1、电动机常识,茌平县技工学校 讲师 王兰辉,电能优势,电能的产生、传输、分配、控制和转换都是既方便又高效率的,所以它成了各种能量转换的中间环节。电机首先承担了发电的功能,目前条件下其他能源一般要通过三相同步发电机转换成电能。电能的传送、分配,主要由变压器来承担。把电能送到用户以后,电能又要转换成机械能去做功要通过电动机来完成。电动机已经应用到生产生活的各个领域。,三相异步电动机,电机:机电能量的转换装置。,机电能量的转换过程是电磁场和载流导体相互作用的结果。,电动机的产生早在1832年法拉第发现电磁感应定律后不久,世界上就出现了第一个电机雏形。1866年德国工程师西门子制成发电机;1870年比利
2、时人格拉姆发明了电动机,但直到爱迪生发明了电灯(1878年最初的电灯是使用日本的竹丝,1906年爱迪生改用钨丝做灯丝,这种电灯一直沿用至今),电机才有了工业上的用途。经过一个多世纪的发展,电机工业已成为机械工业的一部分。,以电动机为动力拖动生产机械的电力拖动方式比其它(蒸汽、水力等)拖动方式效率高、控制简便、快速性好、易于实现完善的保护,可实现远距离测量控制,便于集中管理和实现生产过程自动化。,种类繁多的电动机可以满足不同类型的生产机械的要求。,按工作原理分:,电机,变压器(静止电机),旋转电机,(转速恒定),交流电机,同步电机,异步电机,发电机电动机,三相单相,电动机(具有可逆性),发电机,
3、(转速不恒定),直流电机,电机的分类,变压器 主要改变电压和电流大小;发电机 把机械能转换成电能;电动机 把电能转换成机械能;控制电机 作为控制系统中的执行元件。,按功能为:,按电机尺寸分,大型:中心高0.63m,功率范围400kW以上,电压为3kV和6kV。,中型:中心高=0.3550.63m,功率范围451250kW以上,电压为380V、3kV和6kV。,小型:中心高=0.080.315m,功率范围0.6125kW以上,电压为380V。,三相异步电动机,三相异步电机也称感应电机。,异步电机的优点:具有结构简单、价格低廉、坚固耐用、使用维护方便等。异步电机的缺点:功率因数低、调速困难、启动性
4、能不良。但随着功率因数自动补偿、变频调速技术的发展,异步电机大有代替直流电机的趋势。异步电机的应用:1、单相异步电动机功率小,多用于小型机械设备或家用电器。2、三相异步电动机功率大,多用于工矿企业。,直流电机,直流电动机是指通以直流电流而转动的电动机。,直流电动机具有优良的启动性能及调速性能(能在较宽的范围内平滑调速并且易于控制),但由于直流电机的机械式换向器不但结构复杂,制造费时,价格昂贵,而且在运行中容易产生火花,此外还存在换向器机械强度不高,电刷容易磨损等问题。因此在运行中需要经常性的维护检修,并且对环境的要求也比较高,不能适用于化工、矿山等周围环境中有灰尘、腐蚀性气体和易燃、易爆气体的
5、场所。特别是换向问题的存在,使直流电动机无法做成高速大容量的机组。因而不能适应现代生产向高速大容量化发展的要求。,直流电机的优缺点,直流电动机应用,直流电动机广泛地应用于轧钢机、高炉卷扬、电力机车、无轨电车、机床等工作负荷变化较大、要求频繁地启动、改变方向、平滑调速的生产机械上,而且还用于电动自行车、电动缝纫机和电动玩具中。目前配备了晶闸管整流电源的直流电动机可以直接在交流电网上运行。,一、三相异步电动机的基本结构和工作原理,异步电机主要由两部分组成。固定部分称为定子,旋转部分称为转子。在定子和转子之间有一很小的间隙,称为气隙。,气隙用于储存磁场能,并使转子可以自由旋转。,1.三相异步电动机的
6、基本结构,气隙越小,产生同样大小的旋转磁场所需的激磁电流也越小;由于激磁电流基本是无功电流,所以减少激磁电流就能够提高功率因数。,为了提高电机的功率因数,气隙应尽可能地小。但气隙过小将使装配困难和运行不可靠。中小型电动机的气隙一般为0.22mm左右。,动画,三相异步电动机的结构图,异步电机的定子是异步电动机固定不动的部分。,(1)定子,机座,定子绕组,定子铁心,定子铁心,装在机座内,为一个内壁开槽的中空圆柱体,槽内嵌放定子绕组。定子铁心是电动机磁路的一部分。为减少铁心中的损耗,定子铁心用0.5mm厚的硅钢片叠压而成,片间有绝缘。,用绝缘的铜线绕成,嵌放在定子铁心槽内,绕组与槽壁用绝缘材料隔开。
7、定子绕组是电动机的电路部分,其主要作用是通过电流产生旋转磁场。,定子绕组,定子绕组,接线盒,三相定子绕组的六个引出线头。三相绕组的始端和末端,分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示。都引到了接线盒的接线板上,可根据需要接成三角或星形接法。,接线盒,L1,L2,L3,L1,L2,L3,机座是电动机的外壳,起支撑散热的作用,要求有足够的机械强度和刚度,能承受运输和运行过程中的各种作用力,通常用铸铁铸成,较大容量的异步电机,一般采用钢板焊接机座。,机座,接线盒,机座,铭牌,端盖,吊环,转子,转子作用主要用来产生旋转力矩,拖动生产机械旋转。转子组成由转轴、转子铁心、转子绕组构成。,转子铁心,转子
8、铁心为电动机磁路的一部分,一般也由0.5mm厚的硅钢片叠成。铁心固定在电动机的转轴上,大型异步电动机的转子铁心则套在转子支架上。,转子铁心,转轴,转子绕组,转子绕组的作用是感应电动势,流过电流和产生电磁转矩。,转子绕组的结构型式:鼠笼式和有绕线式两种。,根据转子的结构形式不同,异步电动机分为:鼠笼式异步电动机:驱动各种机械,如通风机、机床和运输机械等等。绕线转子异步电动机:起动力矩大,卷扬机、水泵和行车。,转子绕组的外形就像一个“鼠笼”。由于异步电动机的转子绕组不必由外界电源供电,因此可以自行闭合构成短路绕组。,鼠笼式转子,绕线式转子绕组,绕线转子,绕线转子:绕线转子绕组与定子绕组一样,是对称
9、三相绕组。联结成Y后,其三根引出线分别接到轴上的三个集电环,再经电刷引出而与外部电路接通。可以在转子回路中串入外接的附加电阻或其它控制装置,以改善三相异步电动机的起动性能及调速性能。绕线转子异步电动机还装有提刷短路装置,当电动机起动完毕而又不需调速时,可操作手柄将电刷提起切除全部电阻同时使三只集电环短路起来,其目的是减少电动机在运行中电刷磨损和摩擦损耗。,转子绕组外接变阻器,2.三相异步电动机的符号,三相异步鼠笼式电动机,三相异步绕线式电动机,三相异步电动机的铭牌数据,功率:电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率,称为额定功率或容量PN。单位为千瓦(kW)。电压:电动机额定运行时
10、,外加在定子绕组上的线电压UN。单位为伏(V)。电流:电动机在额定电压下,转轴有额定功率输出时,定子绕组的线电流。单位为安(A)。频率:电动机所接交流电源的频率。单位为赫兹(Hz)。我国电网频率为50Hz。,转速:电动机在额定电压和额定频率下,转轴有额定功率输出时,转子的额定转速。单位为转/分(r/min)。接法:指三相定子绕组接成三角形(D)还是星形Y。功率因数:指电动机额定运行时,定子相电压与相电流相位差的余弦。,效率:指电机额定运行时,轴上输出功率PN与定子输入电功率P1N的比值:,定子输入的电功率:,标准编号:表示电机制造厂在设计这台电动机时所依据的技术文件,“GB”为国家标准。温升:
11、电机内的温度与环境温度之差。环境温度(海拔1000米以下)40。绝缘等级:指电机使用绝缘材料的等级。,绝缘等级为H,最高容许工作温度180;绝缘等级为F,最高容许工作温度155;绝缘等级为B,最高容许工作温度130;绝缘等级为E,最高容许工作温度120;绝缘等级为A,最高容许工作温度105。,绝缘材料的等级与电动机的容许温升有关:,若电机的绝缘一直处于最高容许工作温度以下,一般来讲,可以保证20年的使用寿命。,例如:A绝缘,若在9095 使用寿命可达20年,但在95 以上,每升高8 10,使用寿命就减少一半。当在110 工作时,寿命仅有45年。,电动机的绝缘如果损坏,运行中机壳就会带电。一旦机
12、壳带电而电动机又没有良好的接地装置,当操作人员接触到机壳时,就会发生触电事故。因此,电动机的安装、使用一定要有接地保护。绝缘损坏还可造成电气短路烧坏电机等事故。,三相交流异步电动机工作原理,三相异步电动机的基本原理,实验,旋转磁场的产生,异步电动机中,三相定子绕组产生旋转磁场,()电流流出,()电流流入,结论:磁场旋转角度与电流相位角一致,旋转磁场的产生,磁极对数p=1,旋转方向:取决于三相电流的相序,改变电机的旋转方向的方法:换接任意两相电源,旋转磁场的旋转方向,将BC两相相序颠倒,旋转磁场的转速n1同步转速,上述结构的三相异步电动机,一个电流周期,旋转磁场在空间转过360,n1称为同步转速
13、,则每分钟转数:,(极对数p=1时),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2对磁极。,极对数:p=2,t=60,磁场在空间转过30,一个电流周期,旋转磁场在空间转过180,旋转磁场的转速即同步转速为:,(转/分,r/min),接在工频电源上不同极数的异步电动机的同步转速,当电动机的定子绕组通以三相交流电时,便在气隙中产生旋转磁场,静止的转子绕组同旋转磁场有相对运动,在转子导体中产生了感应电动势,转子电路为闭合电路,在感应电动势的作用下,产生了感应电流,三相异步电动机的工作原理,载流导体在磁场中受到力的作用,电磁力对转轴形成电磁转矩,转子沿旋转磁场的旋转方
14、向转动,对称的三相定子绕组通入对称的三相交流电流,旋转磁场,切割转子绕组,转子绕组产生感应电势,转子中产生感应电流,转子电流与磁场作用,产生电磁转矩,运转,三相异步电动机的基本工作原理,电动机转速n和旋转磁场同步转速n1的关系,电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,但,如果,为什么总是?,同步转速n1与转子转速n之差与同步转速n1的比值称为转差率s(也称滑差):,(1)转差率,一般异步电机运行中:,电动机起动瞬间:,(起动瞬间转差率最大1),转差率:,n1:同步转速 n:电动机转速,电动机转速接近同步转速时:,(转差率最小),转差率的取值范围:,转子感应电流的频率:,转子感应电动势(或感应电流
15、)的频率,一、机械特性曲线,转矩T与转差率s的关系曲线称为机械特性,硬特性:负载变化时,转速变化不大,运行特性好。软特性:负载增加转速下降较快,但起动转矩大,起 动特性好。,1 0,s n,0 n0,T,稳定运行区,TmU12;TstU12;n1 和 sm 与电压无关,风机型负载的运行区域,适合于带恒转矩负载,适合于带通风机负载,三相异步电动机的三个重要转矩,(1)额定转矩,电机在额定电压下,以额定转速nN 运行,输出额定功率PN 时,电机转轴上输出的转矩。,(Nm),如果TLTmax 电机将会因带不动负载而停转。,(2)最大转矩:,电动机带动最大负载的能力。,过载系数:,三相异步机的,(3)
16、起动转矩:,电机起动时的转矩,体现了电动机带载起动的能力。电机能起动,否则将起动不了。,当n=0时,s=1,起动能力:,例3 三相异步电动机,额定功率PN=10kW,额定转速nN=1450r/min,启动能力Tst/TN=1.2,过载系数=1.8。求:额定转矩,起动转矩,最大转矩,(1)额定转矩TN,(2)启动转矩Tst,(3)最大转矩Tm,#(4)用Y 方法起动时的Tst,解,机械特性和电路参数的关系,结论:U1变大时Tst和Tm都变大,结论:R2变大时Tst变大,线绕式电机通过转子绕组串联外接电阻而改变R2(串电阻起动),鼠笼式电机转子导条的金属材料不同R2不同,一旦做好后R2不能改变,电
17、磁转距的大小与电源电压平方成正比,二、三相异步电动机的启动与制动方法,1.三相异步电动机的启动,当异步电动机接在三相对称电源上,如果最初启动转矩大于负载转矩时,电动机就从静止状态过渡到稳定运行状态。这个过程叫做异步电动机的启动。,把异步电动机刚启动(n0,s=1)时,三相异步电动机定子线电流称为异步电动机的最初启动电流Ist。,电动机启动电流这么大的原因:电动机启动瞬间转子转速为零,而磁场转速很快,使得转子导体与旋转磁场之间相对切割速度大,产生的感应电动势大,感应电流必然大,又因为转子电流是从定子线圈中感应而来,所以定子线圈电流也大。,若异步电动机在额定电压下启动,则(最初)起动电流为额定电流
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