電機(jī)基礎(chǔ)知識

1、電磁場電磁場的表示法 導(dǎo)體切割磁力線運(yùn)動產(chǎn)生電動勢電磁場NS+-+ 通電導(dǎo)體在磁場中受力電磁場NSSN交流發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)原理 是利用各種動力（如水力、風(fēng)力）使線圈在磁鐵的兩極間轉(zhuǎn)動；當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動時，線圈內(nèi)的磁場改變，因此產(chǎn)生感應(yīng)電流，是運(yùn)用“電磁感應(yīng)”原理將動力所作的功轉(zhuǎn)換成電能的裝置。USN交流發(fā)電機(jī) 三相發(fā)電機(jī)原理 使用三個相差120o 的線圈在同一個發(fā)電機(jī)磁場內(nèi)旋轉(zhuǎn)切割磁力線，所產(chǎn)生出來的就是三相交流電。U電動機(jī) 電動機(jī)的定義 又稱為馬達(dá)或電動馬達(dá)，是一種應(yīng)用電磁感應(yīng)的原理將電能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，并可再使用機(jī)械能產(chǎn)生動能，用來驅(qū)動其他裝置的電氣設(shè)備。直流電動機(jī)（DC Motor）的好處為在控速

2、方面比較簡單，只須控制電壓大小已可控制共轉(zhuǎn)速，但此類電動機(jī)不宜在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且由于電動機(jī)中需要以碳刷作為電流變換器的部件，有電火花產(chǎn)生,需要定期清理。交流電動機(jī)（AC Motor）結(jié)構(gòu)比較簡單,制造方便，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)，可以在高溫、易燃等環(huán)境下操作，維護(hù)比較方便，但在調(diào)速上比較困難 ，需要采取一系列的方法進(jìn)行處理。電動機(jī) 常見電機(jī)分類電動機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)永磁電機(jī)勵磁電機(jī)串勵電機(jī)并勵電機(jī)它勵電機(jī)復(fù)勵電機(jī)單相電機(jī)三相電機(jī)異步電機(jī)串勵電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)鼠籠式電機(jī)繞線式電機(jī)交流異步電機(jī) 基本結(jié)構(gòu) 定子部分 外殼、鐵芯、繞組 轉(zhuǎn)子部分 鐵芯、繞組交流異步電

3、機(jī) 定子部分 外殼：主要的作用是固定和支撐鐵心。機(jī)座的前后裝有軸承，.以支撐旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子軸 定子鐵芯：其作用是嵌裝定子繞組，也是磁路的重要組成部分。為了減少渦流損耗，采用由涂有絕緣漆的環(huán)形硅鋼片疊壓而成，鐵心的內(nèi)圓周開有均勻的槽，用以安裝定子繞組。 定子繞組：由在幾何空間完全對稱的三相線圈獨(dú)立繞成，嵌于定子槽內(nèi)，外接三相對稱電源。其主要作用是接受外部的三相交流電能，產(chǎn)生其工作必須的磁場，是完成電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的中樞。交流異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子部分 轉(zhuǎn)子鐵心： 緊套裝在轉(zhuǎn)軸上，由環(huán)形硅鋼片迭壓而成，開有裝設(shè)轉(zhuǎn)子繞組的槽。其作用是提供電機(jī)磁路及固定轉(zhuǎn)子繞組。 轉(zhuǎn)子繞組： 為安裝在轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)體。其作用是

4、在磁場作用下產(chǎn)生感應(yīng)轉(zhuǎn)子電流，配合完成電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。 繞線式繞組 鼠籠式繞組交流異步電機(jī) 繞線式電機(jī) 一般接成星形，三相的引出線分別接在轉(zhuǎn)軸上的三個集電環(huán)上，通過電刷與外電路相聯(lián)，能方便地串入外接電阻，具有較好的起制動特性，可方便進(jìn)行調(diào)速控制。 繞線式電機(jī)由于存在外接電阻，導(dǎo)致能量利用率不高，機(jī)械特性比較軟，而且制造、維護(hù)成本較高。交流異步電機(jī) 鼠籠式電機(jī) 是在轉(zhuǎn)子鐵心槽中插入導(dǎo)條（銅條或鋁條），兩端用銅環(huán)或濤鋁短接起來，稱銅排轉(zhuǎn)子或濤鋁轉(zhuǎn)子。由鼠籠型繞組制作的電機(jī)稱鼠籠式電機(jī)，因其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運(yùn)行可靠而被廣泛應(yīng)用 。交流異步電機(jī) 電機(jī)剖面圖 交流異步電機(jī) 電機(jī)參數(shù) 額定功率 P

5、N 額定電壓 UN 額定電流 IN 額定頻率 fN 額定轉(zhuǎn)速 nN交流異步電機(jī) 單相繞組產(chǎn)生的磁場L1L10tU交流異步電機(jī) 三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(磁極對數(shù)為1)L1L1tL2 L3L2L3L1 L2 L3交流異步電機(jī) 三相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(磁極對數(shù)為2)L1L1tL3 L2L3L2L1 L2 L3L1L1L3 L3L2L2交流異步電機(jī) 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 磁極對數(shù)為1時 在三相電源的一周期內(nèi)，磁場剛好完成一圈的變化，因此有： 磁場轉(zhuǎn)速 n0 = 60f ，單位是“轉(zhuǎn)/分”。 磁極對數(shù)為2時 在三相電源的一周期內(nèi)，磁場完成半圈的變化，因此有： 磁場轉(zhuǎn)速 n0 = 60f/2 ，單位是“轉(zhuǎn)/分”

6、。 磁極對數(shù)為p時 磁場轉(zhuǎn)速 n0 = 60f/p ，單位是“轉(zhuǎn)/分”，也稱之為同步轉(zhuǎn)速。交流異步電機(jī) 轉(zhuǎn)子是如何轉(zhuǎn)起來的？感應(yīng)電動勢感應(yīng)電流交流異步電機(jī) 電機(jī)機(jī)械特性 在理想的情況下，假設(shè)電機(jī)不受任何外力，轉(zhuǎn)子的速度會從0開始持續(xù)上升，直到達(dá)到同步轉(zhuǎn)速后，形成平衡。 當(dāng)電機(jī)帶上負(fù)載后，轉(zhuǎn)子會受到一個阻礙它變化的力矩，此時轉(zhuǎn)子速度會逐漸下降，與定子空間磁場產(chǎn)生速度差，此時轉(zhuǎn)子線圈的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的作用，產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)矩，當(dāng)速度差達(dá)到一定程度時，電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時形成新的平衡，電機(jī)以穩(wěn)定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)差/滑差：電機(jī)速度與同步轉(zhuǎn)速的差值定義為轉(zhuǎn)差/滑差，(n0-n) 轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)差與

7、同步轉(zhuǎn)速的比值稱之為轉(zhuǎn)差率，符號是ss = (n0-n)/n0.交流異步電機(jī) 機(jī)械特性曲線 描述電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間關(guān)系的曲線 理想空載點(diǎn) 電機(jī)以同步轉(zhuǎn)速運(yùn)行 臨界點(diǎn) 反映電機(jī)的過載能力 啟動點(diǎn) 啟動轉(zhuǎn)矩 工作點(diǎn) 電機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)下Tnn0TNnN TKTSnK啟動點(diǎn)臨界點(diǎn)工作點(diǎn)TN= 9550*PN/nN交流異步電機(jī) 絕緣等級 電機(jī)中絕緣材料容易受到高溫的影響而加速老化并損壞，會嚴(yán)重影響到電機(jī)的使用壽命，因此要保證電機(jī)運(yùn)行在設(shè)計溫度之下。 是指電動機(jī)所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H級。允許溫升是指電動機(jī)的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。 注意，下列溫度指的是繞組承受的溫度，

8、當(dāng)電機(jī)外殼達(dá)到此溫度時，繞組溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此值。AEBFH最高允許溫度105120130150180繞組溫升限值K607580100125交流異步電機(jī) 工作方式 表明電機(jī)在不同負(fù)載下的允許循環(huán)時間，是對電機(jī)承受負(fù)載情況的說明。 S1：連續(xù)工作方式 在額定負(fù)載下可以長時間運(yùn)行 S2 ：短時工作方式 只能在給定的時間內(nèi)運(yùn)行，超出后必須停止運(yùn)轉(zhuǎn)，使電機(jī)冷卻 通常有10min.30min.60min和90min四種 S3：斷續(xù)工作方式 按一系列相同的工作周期運(yùn)行，每一周期包括一段恒定負(fù)載運(yùn)行時間和一段停止運(yùn)轉(zhuǎn)時間。其中恒定負(fù)載與工作周期的比值稱之為負(fù)載持續(xù)率，用ED%表示。 通常一個周期為10min

9、。常見的負(fù)載持續(xù)率有15%，25%，40%，60%。交流異步電機(jī) IP等級 第一個數(shù)字表示電機(jī)離塵、防止外物侵入的等級。 0 沒有防護(hù) 對外界的人或物無特殊防護(hù) 1 防止大于50mm的固體物體侵入 防止人體（如手掌）因意外而接觸到電機(jī)內(nèi)部的零件。防止較大尺寸（直徑大于50mm）的外物侵入。 2 防止大于12mm的固體物體侵入 防止人的手指接觸到電機(jī)內(nèi)部的零件防止中等尺寸（直徑大12mm）的外物侵入。 3 防止大于2.5mm的固體物體侵入 防止直徑或厚度大于2.5mm的工具、電線 或類似的細(xì)節(jié)小外物侵入而接觸到電機(jī)內(nèi)部的零件。 4 防止大于1.0mm的固體物體侵入 防止直徑或厚度大于1.0mm的

10、工具、電線或類似的細(xì)節(jié)小外物侵入而接觸到電機(jī)內(nèi)部的零件。 5 防塵 完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵進(jìn)入，但侵入的灰塵量并不會影響電機(jī)的正常工作。 6 防塵 完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進(jìn)入。 交流異步電機(jī) IP等級 第二個數(shù)字表示電機(jī)防濕氣、防水侵入的密閉程度。 0 沒有防護(hù)， 沒有防護(hù) 1 防止滴水侵入 ，垂直滴下的水滴（如凝結(jié)水）對電機(jī)不會造成有害影響。 2 傾斜15度時仍可防止滴水侵入， 當(dāng)電機(jī)由垂直傾斜至15度時，滴水對電機(jī)不會造成有害影響 3 防止噴灑的水侵入， 防雨，或防止與垂直的夾角小于60度的方向所噴灑的水進(jìn)入電機(jī)造成損害。 4 防止飛濺的水侵入， 防止各方向飛濺而

11、來的水進(jìn)入電機(jī)造成損害。 5 防止噴射的水侵入， 防止來自各方向由噴嘴射出的水進(jìn)入電機(jī)造成損害。 6 防止大浪的侵入， 裝設(shè)于甲板上的電機(jī)，防止因大浪的侵襲而進(jìn)入造成損壞。 7 防止浸水時水的侵入， 電機(jī)浸在水中一定時間或水壓在一定的標(biāo)準(zhǔn)以下能確保不因進(jìn)水而造成損壞。 8 防止沉沒時水的侵入， 電機(jī)無限期的沉沒在指定水壓的狀況下，能確保不因進(jìn)水而造成損壞。電機(jī)的調(diào)速 什么是調(diào)速？ 起重機(jī)在同樣的負(fù)載下，根據(jù)生產(chǎn)過程中具體情況的需要，對運(yùn)行速度的要求也有所不同，因此要對電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度的控制。 為什么要進(jìn)行調(diào)速？ 單速控制、雙速控制、變頻控制 啟動平穩(wěn)、運(yùn)行平穩(wěn)、停止平穩(wěn)。 可簡化操作

12、、提高效率、操作更安全可靠。 延長設(shè)備的壽命。電機(jī)的調(diào)速 直流電機(jī)調(diào)速 n=(U-I*R)/Ce 改變電機(jī)兩端的電壓。 可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 改變磁通量。 可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，屬于恒功率調(diào)速。 串調(diào)節(jié)電阻。 只能分級調(diào)速，且能量損耗大。電機(jī)的調(diào)速 三相交流電機(jī)調(diào)速 由上面公式可以看出，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與三個因素有關(guān)，調(diào)節(jié)這幾個因素，就能夠改變電機(jī)的速度，因此電機(jī)有以下幾種調(diào)速方式： 改變磁極對數(shù)調(diào)速 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 改變頻率調(diào)速n =60f(1-s)p電機(jī)的調(diào)速 改變磁極對數(shù)調(diào)速 當(dāng)電機(jī)磁極對數(shù)從1對改變到2對時，特性曲線發(fā)生變化，電機(jī)需要在p=2的特性曲線上建立新的平衡，變化過程如下：TN0rpm30001500p = 1p = 2n01n02nN1nN2電機(jī)的調(diào)速 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 通過在轉(zhuǎn)子繞組串電阻的方法,可以改變電機(jī)的特性曲線：TN0rpm30001500s = s1n0nN1nNSs = s2s = s3s = s4電機(jī)的調(diào)速 改變頻率調(diào)速 當(dāng)電機(jī)的電源頻率發(fā)生改變時,電機(jī)的特性曲線如下：0rpm30001500f = fNn0nN1TN變頻器 交_直_交變頻器 電機(jī)的變頻調(diào)速是