電機基礎知識

1、電磁場電磁場的表示法 導體切割磁力線運動產(chǎn)生電動勢電磁場NS+-+ 通電導體在磁場中受力電磁場NSSN交流發(fā)電機 發(fā)電機原理 是利用各種動力（如水力、風力）使線圈在磁鐵的兩極間轉(zhuǎn)動；當線圈轉(zhuǎn)動時，線圈內(nèi)的磁場改變，因此產(chǎn)生感應電流，是運用“電磁感應”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 三相發(fā)電機原理 使用三個相差120o 的線圈在同一個發(fā)電機磁場內(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 電動機的定義 又稱為馬達或電動馬達，是一種應用電磁感應的原理將電能轉(zhuǎn)化成機械能，并可再使用機械能產(chǎn)生動能，用來驅(qū)動其他裝置的電氣設備。直流電動機（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，但此類電動機不宜在高溫、易燃等環(huán)境下操作，而且由于電動機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（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，可以在高溫、易燃等環(huán)境下操作，維護比較方便，但在調(diào)速上比較困難 ，需要采取一系列的方法進行處理。電動機 常見電機分類電動機直流電機交流電機永磁電機勵磁電機串勵電機并勵電機它勵電機復勵電機單相電機三相電機異步電機串勵電機同步電機異步電機鼠籠式電機繞線式電機交流異步電機 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 定子部分 外殼：主要的作用是固定和支撐鐵心。機座的前后裝有軸承，.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，是完成電能與機械能相互轉(zhuǎn)換的中樞。交流異步電機 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，開有裝設轉(zhuǎn)子繞組的槽。其作用是提供電機磁路及固定轉(zhuǎn)子繞組。 轉(zhuǎn)子繞組： 為安裝在轉(zhuǎn)子槽中的導體。其作用是

4、在磁場作用下產(chǎn)生感應轉(zhuǎn)子電流，配合完成電能與機械能的轉(zhuǎn)換。 繞線式繞組 鼠籠式繞組交流異步電機 繞線式電機 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，可方便進行調(diào)速控制。 繞線式電機由于存在外接電阻，導致能量利用率不高，機械特性比較軟，而且制造、維護成本較高。交流異步電機 鼠籠式電機 是在轉(zhuǎn)子鐵心槽中插入導條（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稱鼠籠式電機，因其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運行可靠而被廣泛應用 。交流異步電機 電機剖面圖 交流異步電機 電機參數(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 單相繞組產(chǎn)生的磁場L1L10tU交流異步電機 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 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 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 轉(zhuǎn)子是如何轉(zhuǎn)起來的？感應電動勢感應電流交流異步電機 電機機械特性 在理想的情況下，假設電機不受任何外力，轉(zhuǎn)子的速度會從0開始持續(xù)上升，直到達到同步轉(zhuǎn)速后，形成平衡。 當電機帶上負載后，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)子線圈的感應電動勢和感應電流的作用，產(chǎn)生一個電磁轉(zhuǎn)矩，當速度差達到一定程度時，電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，此時形成新的平衡，電機以穩(wěn)定的速度運轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)差/滑差：電機速度與同步轉(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 機械特性曲線 描述電機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間關系的曲線 理想空載點 電機以同步轉(zhuǎn)速運行 臨界點 反映電機的過載能力 啟動點 啟動轉(zhuǎn)矩 工作點 電機運行在額定狀態(tài)下Tnn0TNnN TKTSnK啟動點臨界點工作點TN= 9550*PN/nN交流異步電機 絕緣等級 電機中絕緣材料容易受到高溫的影響而加速老化并損壞，會嚴重影響到電機的使用壽命，因此要保證電機運行在設計溫度之下。 是指電動機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、當電機外殼達到此溫度時，繞組溫度已經(jīng)遠遠超過此值。AEBFH最高允許溫度105120130150180繞組溫升限值K607580100125交流異步電機 工作方式 表明電機在不同負載下的允許循環(huán)時間，是對電機承受負載情況的說明。 S1：連續(xù)工作方式 在額定負載下可以長時間運行 S2 ：短時工作方式 只能在給定的時間內(nèi)運行，超出后必須停止運轉(zhuǎn)，使電機冷卻 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行，每一周期包括一段恒定負載運行時間和一段停止運轉(zhuǎn)時間。其中恒定負載與工作周期的比值稱之為負載持續(xù)率，用ED%表示。 通常一個周期為10min

9、。常見的負載持續(xù)率有15%，25%，40%，60%。交流異步電機 IP等級 第一個數(shù)字表示電機離塵、防止外物侵入的等級。 0 沒有防護 對外界的人或物無特殊防護 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 或類似的細節(jié)小外物侵入而接觸到電機內(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、電線或類似的細節(jié)小外物侵入而接觸到電機內(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入，但侵入的灰塵量并不會影響電機的正常工作。 6 防塵 完全防止外物侵入，且可完全防止灰塵進入。 交流異步電機 IP等級 第二個數(shù)字表示電機防濕氣、防水侵入的密閉程度。 0 沒有防護， 沒有防護 1 防止滴水侵入 ，垂直滴下的水滴（如凝結(jié)水）對電機不會造成有害影響。 2 傾斜15度時仍可防止滴水侵入， 當電機由垂直傾斜至15度時，滴水對電機不會造成有害影響 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入電機造成損害。 4 防止飛濺的水侵入， 防止各方向飛濺而

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

12、、提高效率、操作更安全可靠。 延長設備的壽命。電機的調(diào)速 直流電機調(diào)速 n=(U-I*R)/Ce 改變電機兩端的電壓。 可以實現(xiàn)無級調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 改變磁通量。 可以實現(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。電機的調(diào)速 三相交流電機調(diào)速 由上面公式可以看出，電機的轉(zhuǎn)速與三個因素有關，調(diào)節(jié)這幾個因素，就能夠改變電機的速度，因此電機有以下幾種調(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電機的調(diào)速 改變磁極對數(shù)調(diào)速 當電機磁極對數(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,可以改變電機的特性曲線：TN0rpm30001500s = s1n0nN1nNSs = s2s = s3s = s4電機的調(diào)速 改變頻率調(diào)速 當電機的電源頻率發(fā)生改變時,電機的特性曲線如下：0rpm30001500f = fNn0nN1TN變頻器 交_直_交變頻器 電機的變頻調(diào)速是