電機結構和電氣知識-151130

2023/2/2電機概述2.電機分類1.基本電磁定律3.變壓器4.直流電機5.交流電機6.電機的防護等級2023/2/2磁路的基本定律

磁場作為電機實現機電能量轉換的耦合介質，其強弱程度和分布狀況不僅關系到電機的參數和性能，還決定電機的體積、重量。一、磁場的幾個常用量

1.磁感應強度B

磁場是由電流產生的，表征磁場強弱及方向的物理量是磁感應強度B,它是一個矢量。它與產生它的電流方向可以用右螺旋定則來確定。2023/2/22.磁通Φ

在均勻磁場中，磁感應強度B與垂直于磁場方向的面積A的乘積，為通過該面積的通量，稱為磁通量，簡稱磁通Φ。3.磁場強度H

磁場強度H是計算磁場時引用的一個物理量。它與表示物質磁導能力大小的磁導率μ的乘積等于磁感應強度。2023/2/2二、基本定律

1.電磁力定律

載流導體在磁場中要受到電磁力的作用，三者方向互相垂直時，其大小為

方向由左手定則確定。公式中B---磁場的磁感應強度

i---導體中的電流

l---導體的有效長度BIF最大2023/2/22.電磁感應定律1．變壓器電動勢線圈與磁通之間沒有相對切割關系，僅由線圈交鏈的磁通發生變化而引起的感應電動勢稱為變壓器電勢，如：自感電動勢、互感電動勢電動勢方向由右手定則確定。2．運動電動勢（速率電動勢）若磁場恒定，構成線圈的導體切割磁力線，使線圈交鏈的磁通發生變化，導體中感應的電動勢稱為運動電動勢，三方向互相垂直時，其大小elBvl2023/2/23.右手螺旋定則

1.通電直導線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導線，讓大拇指指向電流的方向，那么四指的指向就是磁感線的環繞方向。

2023/2/22.通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。2023/2/2電機的分類旋轉電機電動機：將電能轉換為機械能，驅動電流機械發電機：由原動機拖動，將機械能轉換為電能控制電機：進行信號的傳遞和轉化，控制系統中的執行，檢測或解算元件電機靜止電機：變壓器直流電機交流電機旋轉電機異步電機同步電機2023/2/2變壓器：是利用電磁感應原理從一個電路向另一個電路傳遞電能或傳輸信號的一種電器，這兩個電路只有磁的耦合，通常沒有電的聯系。說明：輸電過程中，通常先經過升壓變壓器將電壓升高，高壓電經輸電線傳送到遠方的城市，然后經過降壓變壓器降壓，最后經配電降壓變壓器分配給用戶。為什么要采用變壓器？？2023/2/2

輸送同樣的功率，電壓低則電流大。電流越大，要求輸送線越粗，而輸送線一般都采用銅線，由于銅線的高成本和大質量，大電流給實際輸送電線路的鋪設提出了極大的挑戰。另一方面大電流會在輸電線路上引起極大的損耗，造成線路上極大的的壓降，導致受電端電壓很低，電能傳送不出去。2023/2/2一、變壓器組成與結構變壓器2.繞組繞組是變壓器的電路部分，它一般用紙包的絕緣扁線或圓線繞成。1.鐵心鐵心是變壓器中的主要磁路部分3.油箱、儲油柜、散熱器、高低壓絕緣套管以及繼電保護裝置（油浸式電力變壓器）2023/2/2

變壓器油的作用

1.絕緣：變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強度。絕緣材料浸在油中，不僅可提高絕緣強度，而且還可免受潮氣的侵蝕。使繞組與繞組，繞組與鐵心及油箱之間絕緣。2.散熱：變壓器油的比熱大，常用作冷卻劑。變壓器運行時產生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過油的上下對流，熱量通過散熱器散出，保證變壓器正常運行。3.消弧作用：在油斷路器和變壓器的有載調壓開關上，觸頭切換時會產生電弧。由于變壓器油導熱性能好，且在電弧的高溫作用下能分觸了大量氣體，產生較大壓力，從而提高了介質的滅弧性能，使電弧很快熄滅。

2023/2/2二、單相變壓器工作原理原線圈上加交變電流電鐵心中產生交變磁通量副線圈中產生交變電動勢副線圈相當于交流電源對外供電2023/2/2三、三相變壓器由三臺完全相同的單相變壓器按三相連接方式連接而成。把三臺單相變壓器的鐵心柱貼合在一起，這時，在中央公共鐵心柱內的磁通為三相磁通之和。當三相變壓器正常運行(三相對稱)時，合成磁通為零，因此中央公共鐵心柱可以省去。為了工藝方便，使中間相軛部磁路縮短，三個相的鐵心柱排在一個平面上。2023/2/2直流電機：能輸出直流電流的發電機，或通入直流電流而產生機械運動的電動機，用途相當廣泛。定子轉子電磁部分機械部分電磁部分機械部分2023/2/2直流電機用途勵磁機(直流發電機)—用于小于100MW的單機同步發電機電源—直流發電機

將機械能轉化為直流電能動力—直流電動機

直流電能轉化為機械能信號傳遞(測量元件)—直流測速發電機

機械信號轉換為電信號信號傳遞(執行元件)—直流伺服電動機

將控制信號轉換為機械信號2023/2/2直流電機的物理模型圖解釋

說明：上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機模型。固定部分(定子)：主磁極N和S，電刷B1和B2旋轉部分(轉子)：電樞鐵心，兩根導體連成的電樞線圈，換向器定子與轉子間：氣隙。當電樞旋轉時，電樞線圈通過換向片和電刷與外電路接通。2023/2/2直流發電機說明：條件：原動機拖動轉子以每分n轉運動，

電機的主磁極有磁場。現象：導體感應電勢，大小與磁通密度B、導體的有效長度l和導體切割磁場速度v三者的乘積成正比，其方向用右手定則判斷。2023/2/2直流電動機說明：條件：直流發電機去掉原動機，給兩個電刷加上直流電源現象1：有直流電流從電刷A流入，經過線圈abcd，從電刷B流出，根據電磁力定律，載流導體ab和cd受到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針轉動。現象2：轉過180度后，直流電流從電刷A流入，在線圈中的流動方向是dcba，從電刷B流出。

此時載流導體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。2023/2/2直流電機的勵磁方式a)他勵式；b)并勵式；c)串勵式；d)復勵式2023/2/2交流電機：能輸出交流電流的發電機，或通入交流電流而產生

機械運動的電動機。交流電機異步電機同步電機鼠籠式異步電動機

繞線式異步電動機

隱極式同步電動機

凸極式同步電動機

分類：交流電機定子鐵心：定子沖片定子繞組其他部件：機座，端蓋，風罩，銘牌定子轉子轉子鐵心：轉子沖片轉子繞組其他部件：軸，軸承，風扇

結構：2023/2/2三相異步電機下面是三相異步電機的主要部件的拆分圖。2023/2/2定子鐵心2023/2/2定子繞組2023/2/2轉子鐵心2023/2/2轉子繞組和軸2023/2/2鼠籠式轉子

鼠籠式轉子：轉子繞組由插入轉子槽中的多根導條和兩個環行的端環組成。若去掉轉子鐵心，整個繞組的外形像一個鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機采用鑄鋁轉子繞組，對于100KW以上的電動機采用銅條和銅端環焊接而成。

2023/2/2繞線式轉子

繞線轉子繞組與定子繞組相似，也是一個對稱的三相繞組，一般接成星形，三個出線頭接到轉軸的三個集流環上，再通過電刷與外電路聯接。

2023/2/2異步電動機工作原理1、異步電動機定子上有三相對稱的交流繞組；2、三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時，將在電機氣隙空間產生旋轉磁場；3、轉子繞組的導體處于旋轉磁場中；4、轉子導體切割磁力線，并產生感應電勢；5、轉子導體通過端環自成閉路，并通過感應電流。6、感應電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力，判斷電磁力的方向。7、電磁力作用在轉子上將產生電磁轉矩，并驅動轉子旋轉。2023/2/2三相電動機的銘牌數據要正確使用電動機，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機為例，來說明銘牌上各個數據的意義。三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉速1440r/min絕緣等級B工作方式連續年月編號2023/2/21、型號為了適應不同用途和不同工作環境的需要，電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。型號說明：

Y132M-4三相異步電動機磁極數機座中心高機座長度代號（S-短機座；M-中機座；L-長機座）2023/2/2異步電動機產品名稱代號產品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2023/2/22、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2△聯結Y聯結2023/2/23、電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓。4、電流銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的線電流。5、功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。2023/2/26、功率因數因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角。cos就是功率因數。7、轉速由于生產機械對轉速的要求不同，需要生產不同磁極數的異步電動機，因此有不同的轉速等級。最常用的是四磁極的（n0=1500r/min)。8、絕緣等級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。所謂極限溫度，是指電動機絕緣結構中最熱點的最高容許溫度。絕緣等級極限溫度（0C）AEB1051201302023/2/2三相電動機的調速調速就是在同一負載下能得到不同的轉速，以滿足生產過程的要求。從三相異步電動機的轉速公式可以看到改變電動機的轉速有三種可能：（1）改變電源頻率f1（2）改變極對數p（3）改變轉差率s2023/2/2一、變極調速由式可知，如果極對數減小一半，則旋轉磁場的轉速便提高一倍，轉子轉速差不多也提高一倍，因此，改變p可以得到不同的轉速。如何改變極對數呢？這同定子繞組的接法有關。A1X1A2X2AXA1X1A2X2AXp=2的繞組接法p=1的繞組接法2023/2/2二、變頻調速變頻調速就是改變電源電壓的頻率，從而改變電動機的轉速。目前主要采用下圖所示的變頻裝置整流器~f1=50Hz逆變器-+M3~f可變整流器先將50Hz的交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調、電壓有效值也可調的三相交流電，供給鼠籠式異步電動機。由此可得到電動機的無級調速，并具有硬的機械特性。2023/2/2三、變轉差率調速只要在繞線式電動機的轉子電路中接入一個調速電阻，改變電阻的大小，就可以得到平滑調速。如增大調速電阻時，轉差率上升，而轉速下降。這種調速方法的優點是設備簡單、投資少；但能量損耗較大。2023/2/2三相電動機的起動一、起動方法鼠籠式電動機的起動方法有兩種1、直接起動2、降壓起動1、直接起動

直接起動就是利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電源上。這種起動方法雖然簡單，但如上所述，由于起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負載的正常工作。一般只有功率在二三十千瓦以下的異步電動機才能采用直接起動的方法來起動。而對于功率較大的異步電動機通常都采用降壓起動。2023/2/22、降壓起動所謂降壓起動就是在電動機起動時，降低其所加的電壓。其目的就是要減小起動電流。降壓起動通常采用下面的幾種方法。（1）星形—三角形（Y-△）換接起動該方法只適合于電動機在工作時，其定子繞組接成三角形時的情況。

如有一臺三角形聯接的電動機，接在電壓為380V的電源上，其每相定子繞組上的電壓就是380V；當采用星形聯接并接在相同電源上，此時每相定子繞組上的電壓是220V。2023/2/2△動觸點Y動觸點2023/2/2（2）自耦降壓起動

自耦降壓起動是利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低，自耦降壓起動適用于容量較大的或正常運行時聯成星形不能采用三角起動器的鼠籠式異步電動機。

（3）接起動電阻起動對于繞線式電動機的起動，只要在轉子電路中接入大小適當的起動電阻，就可達到減小起動電流的目的；同時起動轉矩也提高了。2023/2/2三相電動機的制動因為電動機的轉動部分有慣性，所以把電源切斷后，電動機還會繼續轉動一定時間后停止。為了縮短輔助工時，提高生產機械的生產率，并為了安全起見，往往要求電動機能夠迅速停車和反轉。這就需要對電動機制動。對電動機制動，也就是要求它的轉矩與轉子的轉動方向相反。這時的轉