中級電工學(xué)習(xí)課件

1、中級維修電工理論培訓(xùn)n 同步電機同步電機 特種電機特種電機 返回一、同步電機的結(jié)構(gòu)一、同步電機的結(jié)構(gòu)動畫動畫1. 同步電機的旋轉(zhuǎn)同步電機的旋轉(zhuǎn)動畫動畫2. 同步電機的結(jié)構(gòu)圖同步電機的結(jié)構(gòu)圖思考：思考： 同步電機的同步電機的同步同步是什么意思是什么意思? 同步電機包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。包括定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。定子：定子鐵心、定子繞組和機座轉(zhuǎn)子：主磁極、勵磁繞組、電刷、集電環(huán)、轉(zhuǎn)軸等。同步電機機械端口機械端口轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心電端口電端口ABC返回二、同步電機的分類按按運行運行方式，同步電機分發(fā)電機、電動機和調(diào)相機方式，同步電機分發(fā)電機、電動機和調(diào)相機( (補償機補

2、償機) )。按按結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)型式，同步電機分轉(zhuǎn)磁式型式，同步電機分轉(zhuǎn)磁式和轉(zhuǎn)樞式和轉(zhuǎn)樞式。轉(zhuǎn)磁式同步電機按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。轉(zhuǎn)磁式同步電機按磁極形狀，又分隱極式和凸極式兩種。按原動機類別按原動機類別, ,同步電機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機等。同步電機分為汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機和柴油發(fā)電機等。汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為汽輪發(fā)電機一般作成隱極式，現(xiàn)代汽輪發(fā)電機均為2 2極，轉(zhuǎn)速為極，轉(zhuǎn)速為30003000轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /分分鐘，水輪發(fā)電機采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。鐘，水輪發(fā)電機采用凸極式，極數(shù)多，轉(zhuǎn)速低。同步電動機、柴油發(fā)電機和調(diào)相機一般作成凸極式。同步電動機

3、、柴油發(fā)電機和調(diào)相機一般作成凸極式。同步電機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁式式：主磁極安裝在轉(zhuǎn)子上，三相繞組與異步交流電機一樣安裝在定子上：主磁極安裝在轉(zhuǎn)子上，三相繞組與異步交流電機一樣安裝在定子上。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)樞樞式式：三相繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，主磁極安裝在定子上。：三相繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，主磁極安裝在定子上。凸凸極式極式：轉(zhuǎn)子上有明顯突出的磁極，轉(zhuǎn)子為扁平的盤狀，適合于低速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子上有明顯突出的磁極，轉(zhuǎn)子為扁平的盤狀，適合于低速旋轉(zhuǎn)。隱隱極式極式：轉(zhuǎn)子沒有明顯突出的磁極，轉(zhuǎn)子為細(xì)長圓柱形，適合于高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子沒有明顯突出的磁極，轉(zhuǎn)子為細(xì)長圓柱形，適合于高速旋轉(zhuǎn)。同步電機三、同步電動機的工作原理三相定子繞組通三相對稱交流電產(chǎn)

4、生三相定子繞組通三相對稱交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子勵磁繞組通直流電產(chǎn)生與定子級數(shù)相同的轉(zhuǎn)子勵磁繞組通直流電產(chǎn)生與定子級數(shù)相同的恒定磁場恒定磁場轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動：依靠定子、轉(zhuǎn)子之間異性磁極轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動：依靠定子、轉(zhuǎn)子之間異性磁極的吸引力，由旋轉(zhuǎn)磁場帶動磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。的吸引力，由旋轉(zhuǎn)磁場帶動磁性轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。理想空載時：定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合理想空載時：定、轉(zhuǎn)子磁極軸線重合負(fù)載時：定子磁極軸線超前轉(zhuǎn)子磁極軸線一個負(fù)載時：定子磁極軸線超前轉(zhuǎn)子磁極軸線一個角，稱為功角。角，稱為功角。角：角：在一定范圍內(nèi)，在一定范圍內(nèi)，角越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大，磁力線被拉得越角越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大，磁力線被拉得越長。但但負(fù)載過重時，長

5、。但但負(fù)載過重時，角增大，磁力線會被拉斷，導(dǎo)致兩個磁場角增大，磁力線會被拉斷，導(dǎo)致兩個磁場轉(zhuǎn)速不同，產(chǎn)生驅(qū)動力的同時也會有阻礙力，平均力矩為零，電轉(zhuǎn)速不同，產(chǎn)生驅(qū)動力的同時也會有阻礙力，平均力矩為零，電機停轉(zhuǎn)，稱機停轉(zhuǎn)，稱“失步失步”，此時必須切斷電源。，此時必須切斷電源。強行勵磁可克服強行勵磁可克服“失失步步”。同步電機同步電動機啟動轉(zhuǎn)子無啟動轉(zhuǎn)矩（旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1，而轉(zhuǎn)子由于慣性轉(zhuǎn)速是0，即產(chǎn)生失步現(xiàn)象），不能自行啟動，須采取其他方式：四、同步電動機的啟動1. 輔助電動機啟動（他機啟動）選用與同步電機同極數(shù)、容量約為同步電機容量的（10 15）% 的異步電動機帶動同步電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),當(dāng)n 接

6、近同步轉(zhuǎn)速時，切斷異步電機，同步電機轉(zhuǎn)子勵磁繞組加入If ，由同步轉(zhuǎn)矩拖入同步。適合空載，基本不用。2.異步啟動在同步電機轉(zhuǎn)子上裝籠型起動繞組，啟動時，同步電機定子加三相對稱電壓，轉(zhuǎn)子勵磁繞組通過R = (5 10)Rf的附加電阻短路構(gòu)成閉合回路，啟動過程就是三相異步電動機的啟動，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速的95%時，迅速切斷附加電阻，通入勵磁電流， 使轉(zhuǎn)子拉入同步轉(zhuǎn)速運行。常用的啟動方法。3. 變頻啟動啟動時f1 很低，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)子可啟動，隨著n逐步增加f1 最后達到 fN。需要變頻裝置。目前采用不多。同步電機七、同步補償機 （同步調(diào)相機）同步電動機均采用能耗制動能耗制動方法：切斷同步電

7、動機定子繞組的三相交流電源，然后將三相定子繞組接到一組Y連接的外接電阻上，并保持轉(zhuǎn)子勵磁繞組的直流勵磁，此時，同步電動機就成為一臺發(fā)電機，將動能轉(zhuǎn)換成電能很快消耗在外接電阻上，電動機即被制動。動畫動畫六、同步電動機的機械特性同步電動機的轉(zhuǎn)速不會隨負(fù)載的變化而變化，只要頻率一定，電機的轉(zhuǎn)速就嚴(yán)格保持不變，即“絕對硬特性”。同步電機工作在過勵狀態(tài)，可見效功角角。五、同步電動機的制動同步補償機就是空載運行的同步電動，在過勵狀態(tài)下空載運行，提高功率因素。一般采用輔助電動機起動法或異步啟動法。同步電機七、同步發(fā)電機的工作原理勵磁繞組通入直流電流后建立恒定磁場，原動機拖動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時，其磁場切割定子

8、繞組而感應(yīng)交流電動勢 頻率頻率：60pnf 相序相序：大小大小：01104 44wE.fN k 由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向決定 我們?nèi)粘Ｉ罴稗k公場所通常是單相供電，因此很我們?nèi)粘Ｉ罴稗k公場所通常是單相供電，因此很多儀器、各種電動小型工具、家用電器等，都采用單相多儀器、各種電動小型工具、家用電器等，都采用單相異步電動機。單相異步機采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容異步電動機。單相異步機采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在量多在0.75KW0.75KW以下。以下。電容運轉(zhuǎn)單相機洗衣機電動機電風(fēng)扇電動機制冷壓縮機 三相異步電動機只所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為它的定子繞組三相異步電動機只所以能夠轉(zhuǎn)動，是因為它的定子

9、繞組通入對稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。那么，單相異步電通入對稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。那么，單相異步電動機通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個什么樣的磁場呢？動機通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個什么樣的磁場呢？單相交流異步電動機單相異步電動機的定子磁場單相異步電動機的定子磁場單相機定子單相機轉(zhuǎn)子t0i在定子繞組中通入單相交流電 電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流始終為正值的電流始終為正值 合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸線的位置始終不變。 電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中通過的電流方向始終為負(fù)通過的電流方向始終為負(fù) 合成磁場隨時間大小不斷變化，但磁場軸

10、線的位置始終不變。顯然，單相異步電動機的定子磁場是一個大小和方向隨時間不斷變化、顯然，單相異步電動機的定子磁場是一個大小和方向隨時間不斷變化、但磁場軸線位置始終不變的但磁場軸線位置始終不變的脈動磁場脈動磁場。所以單向異步機的轉(zhuǎn)子不會自行所以單向異步機的轉(zhuǎn)子不會自行起動，也就是說單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩為零。起動，也就是說單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩為零。單相交流異步電動機電容分相法可讓單相異步機轉(zhuǎn)動如何使單相異如何使單相異步電動機旋轉(zhuǎn)步電動機旋轉(zhuǎn)起來呢？起來呢？ 電容分相式異步電動機的定子有兩個電容分相式異步電動機的定子有兩個繞組：繞組：一個是工作繞組；另一個是起動繞組，兩個繞一個是工作繞組；另一

11、個是起動繞組，兩個繞組在組在空間相差空間相差90嵌放。起動繞阻與電容嵌放。起動繞阻與電容C C串聯(lián)，使起動串聯(lián)，使起動繞組繞組電流電流i i2 2和工作繞組電流和工作繞組電流i i1 1產(chǎn)生產(chǎn)生9090的相位差，即：的相位差，即： M 1 C i2 i1 t i i1 i2 0 (a) 電電路路圖圖 (b) 波波形形圖圖 4590 360 加入起動繞組后，和工作繞組并聯(lián)連接于單相交流電源上。加入起動繞組后，和工作繞組并聯(lián)連接于單相交流電源上。 可見，單相電動機定子兩繞組的合成磁場也是一個隨時間空間可見，單相電動機定子兩繞組的合成磁場也是一個隨時間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。單相電動機也因之可以

12、自行起動了。位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場。單相電動機也因之可以自行起動了。AXBYAXBYAXBY0t 90t180t單相異步電動機改變轉(zhuǎn)動方向改變轉(zhuǎn)動方向和速度的方法和速度的方法？特種電機電磁調(diào)速異步電動機又稱滑差電動機，是一種交流無級調(diào)速電動機。一、電磁調(diào)速異步電動機電磁調(diào)速異步電動機機械特性較軟。實際工作時要有自動調(diào)節(jié)勵磁電流的控制裝置，如利用測速發(fā)電機檢測信號并反饋到控制裝置。電磁轉(zhuǎn)差離合器從動部分的轉(zhuǎn)速小于主動部分的轉(zhuǎn)速，兩者有轉(zhuǎn)速差，否則就無法正常工作，與異步電動機類似，所以叫電磁轉(zhuǎn)差離合器。調(diào)速方法：改變勵磁繞組中直流電流的大小，也就改變了磁極的磁場強度，達到改變速度的目的。特種電機一

13、、電磁調(diào)速異步電動機電磁轉(zhuǎn)差離合器工作原理交流電機轉(zhuǎn)動時,假設(shè)帶動電樞順時針轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)速為n，勵磁不通電, 則電樞和磁極之間既無電的聯(lián)系也無磁的聯(lián)系,磁極及所聯(lián)的負(fù)載不動.。勵磁接直流電后，磁極有了磁性，電樞和磁極之間有向相對運動，電樞繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，與電動機輸出的轉(zhuǎn)矩相反，磁極則受到與電樞同樣大小、方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，也就是順著交流電機運行方向同向的轉(zhuǎn)矩。 勵磁無電流：特種電機二、伺服電機 伺服電動機的作用是把輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換成輸出的角位移或角伺服電動機的作用是把輸入的電壓控制信號轉(zhuǎn)換成輸出的角位移或角速度。速度。在運動控制系統(tǒng)中，伺服電動機是以執(zhí)行機構(gòu)的身份出現(xiàn)的，

14、所以在運動控制系統(tǒng)中，伺服電動機是以執(zhí)行機構(gòu)的身份出現(xiàn)的，所以又稱為又稱為執(zhí)行電動機執(zhí)行電動機。 對伺服電動機的基本要求是：對伺服電動機的基本要求是： 1）可控性好，即無電壓控制信號時轉(zhuǎn)子不自轉(zhuǎn)，控制信號一旦出現(xiàn)，）可控性好，即無電壓控制信號時轉(zhuǎn)子不自轉(zhuǎn)，控制信號一旦出現(xiàn)，電動機馬上轉(zhuǎn)動，而控制信號一旦消失，電動機立刻停轉(zhuǎn)；電動機馬上轉(zhuǎn)動，而控制信號一旦消失，電動機立刻停轉(zhuǎn)； 2）運行穩(wěn)定，即電動機具有線性的機械特性和調(diào)節(jié)特性。）運行穩(wěn)定，即電動機具有線性的機械特性和調(diào)節(jié)特性。 伺服電動機可分為伺服電動機可分為直流伺服電動機直流伺服電動機和和交流伺服電動機交流伺服電動機，下面分別加，下面分別加

15、以介紹。以介紹。直流伺服電動機輸出功率較大，功率范圍為直流伺服電動機輸出功率較大，功率范圍為1600瓦，瓦，有的甚至可達上千瓦；有的甚至可達上千瓦；而交流伺服電動機輸出功率較小，功率范圍一般為而交流伺服電動機輸出功率較小，功率范圍一般為0.1100瓦瓦。特種電機二、伺服電機直流伺服電動機直流伺服電動機 直流伺服電動機有兩種：直流伺服電動機有兩種： 一種是一種是電勵磁式直流伺服電動機電勵磁式直流伺服電動機，另一種是，另一種是永磁式直永磁式直流伺服電動機流伺服電動機，其工作原理與普通，其工作原理與普通他勵他勵直流電動機相同。結(jié)構(gòu)直流電動機相同。結(jié)構(gòu)也也基本基本相同，區(qū)別是相同，區(qū)別是伺服電機轉(zhuǎn)子細(xì)

16、長或空心，減小轉(zhuǎn)動慣量，電樞直流電阻大。伺服電機轉(zhuǎn)子細(xì)長或空心，減小轉(zhuǎn)動慣量，電樞直流電阻大。 直流伺服電動機主要有兩種控制方式，直流伺服電動機主要有兩種控制方式， 一種是一種是電樞控制電樞控制，即通過改變電樞電壓，即通過改變電樞電壓來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制；另一種是來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制；另一種是磁場控制磁場控制，即通過改變勵磁電壓來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子，即通過改變勵磁電壓來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的控制（對電磁式直流伺服電動機而言）。轉(zhuǎn)速的控制（對電磁式直流伺服電動機而言）。 電樞控制電樞控制的優(yōu)點是電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，系的優(yōu)點是電動機的機械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，系

17、統(tǒng)響應(yīng)迅速統(tǒng)響應(yīng)迅速。nCUe - -2TCCReTa e特種電機二、伺服電機交交流伺服電動機流伺服電動機伺服電動機就是伺服電動機就是單單相異步電動機，定子側(cè)繞組相異步電動機，定子側(cè)繞組在在空間相差空間相差90度擺放，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。度擺放，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。 Uf f If c Uc IcS M自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：如果電機參數(shù)與一般的單相異如果電機參數(shù)與一般的單相異步電動機一樣，那么當(dāng)控制信號消失時，步電動機一樣，那么當(dāng)控制信號消失時，電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地電機轉(zhuǎn)速雖會下降些，但仍會繼續(xù)不停地轉(zhuǎn)動。伺服電動機在控制信號消失后仍繼轉(zhuǎn)動。伺服電動機在控制信號消失后仍繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象

18、稱為續(xù)旋轉(zhuǎn)的失控現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)自轉(zhuǎn)”。消除自轉(zhuǎn)：為使電動機斷電后能進入制動消除自轉(zhuǎn)：為使電動機斷電后能進入制動狀態(tài)，要狀態(tài)，要增加轉(zhuǎn)子電阻增加轉(zhuǎn)子電阻。因此交流伺服電。因此交流伺服電機的轉(zhuǎn)子電阻要比單相交流電機轉(zhuǎn)子等效機的轉(zhuǎn)子電阻要比單相交流電機轉(zhuǎn)子等效電阻大。電阻大?？刂齐姍C轉(zhuǎn)速控制電機轉(zhuǎn)速的方法的方法相位控制相位控制幅值幅值相位控制相位控制:幅值控制幅值控制特種電機三、測速發(fā)電機測速發(fā)電機的作用是把輸入的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號測速發(fā)電機的作用是把輸入的轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)換成輸出的電壓信號。 對測速發(fā)電機的基本要求是：對測速發(fā)電機的基本要求是： 1）輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的正比關(guān)系，以達到高

19、精度）輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間有嚴(yán)格的正比關(guān)系，以達到高精度的要求；的要求； 2）在一定的轉(zhuǎn)速時所產(chǎn)生的電動勢及電壓應(yīng)盡可能的大，）在一定的轉(zhuǎn)速時所產(chǎn)生的電動勢及電壓應(yīng)盡可能的大，以達到高靈敏度的要求。以達到高靈敏度的要求。 測速發(fā)電機可分為測速發(fā)電機可分為直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機和和交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機。特種電機直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 直流測速發(fā)電機有兩種：直流測速發(fā)電機有兩種： 一種是一種是電勵磁式直流測速發(fā)電機電勵磁式直流測速發(fā)電機，另一種是另一種是永磁式直流測速發(fā)電機永磁式直流測速發(fā)電機，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流發(fā)，其基本結(jié)構(gòu)和工作原理與普通直流發(fā)電機相同。電機相同。 三、測速發(fā)電機Ea=Ce n 交流測速發(fā)電機交流測速發(fā)電機 交流測速發(fā)電機的定子上嵌有兩相繞組，一相是交流測速發(fā)電機的定子上嵌有兩相繞組，一相是勵磁繞組勵磁繞組，另