高級維修電工電機(jī)及拖動基礎(chǔ)知識講稿1

1、電機(jī)及拖動基礎(chǔ)知識*直 流 電 機(jī)*交 流 電 機(jī)*控 制 電 機(jī)直 流 電 機(jī)一、直 流 電 機(jī) 工 作 原 理知 識 點(diǎn)2.對于發(fā)電機(jī)，換向器的作用是把電樞繞組中感應(yīng)的交變電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿菹蛲獠枯敵鲋绷麟妷?；對于電動機(jī)，是把外界供給的直流電流變?yōu)槔@組中的交變電流以使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。3.直流電機(jī)常做成電樞旋轉(zhuǎn)形式1. 如果想要得到直流電動勢，那么必須把線圈感應(yīng)的交變電動勢進(jìn)行整流，實(shí)現(xiàn)整流的裝置稱之為換向器 二.直流電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)主磁極換向極電刷裝置機(jī)座端蓋定子轉(zhuǎn)子電樞鐵心-通常用0.5mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片的沖片疊壓電樞繞組-采用單疊繞組（并聯(lián)支路數(shù)2a=2p） 和單波繞組（并聯(lián)支路數(shù)2

2、a=2）換向器轉(zhuǎn)軸三、直流電機(jī)的換向1.換向概述 元件從開始換向到換向終了所經(jīng)歷的時間，稱為 換向周期 。換向周期通常只有千分之幾秒。直流電機(jī)在運(yùn)行中，電樞繞組每個元件在經(jīng)過電刷時都要經(jīng)歷換向過程 。 換向問題很復(fù)雜，換向不良會在電刷與換向片之間產(chǎn)生火花。當(dāng)火花大到一定程度，可能損壞電刷和換向器表面，使電機(jī)不能正常工作 。 產(chǎn)生火花的原因很多，除了電磁原因外，還有機(jī)械的原因。此外換向過程還伴隨著電化學(xué)和電熱學(xué)等現(xiàn)象 。2.改善換向的方法（1）選擇合適的電刷，增加換向片與電刷之間的接觸電阻（2）. 裝設(shè)換向磁極*位于幾何中性線處裝換向磁極，換向繞組與電樞繞組串聯(lián)*在直流電動機(jī)中，換向極極性應(yīng)與換

3、向元件邊剛離開的主 極極性相同*在直流發(fā)電機(jī)中，換向極極性應(yīng)與換向元件邊要進(jìn)入的主 極極性相同換向極繞組連接與極性四.直流電機(jī)的特性1.直流電機(jī)的勵磁方式 供給勵磁繞組電流的方式稱為勵磁方式。分為他勵和自勵兩大類，自勵方式又分并勵、串勵和復(fù)勵三種方式。2.直流發(fā)電機(jī)的外特性 電勢平衡方程式aaeaaaaabaaRInCRIEURIUURIUE2*他勵發(fā)電機(jī)的外特性aIIGUUfIFIGUaIfIF他勵直流發(fā)電機(jī)并勵直流發(fā)電機(jī)他勵并勵U0U0I外特性曲線如圖所示定義：當(dāng)n=nN, If=IfN時 U=f(I)由曲線可見，負(fù)載電流增大時，端電壓有所下降。端電壓下降有兩個原因： 一是在勵磁電流一定情

4、況下，負(fù)載電流增大，電樞反應(yīng)的去磁作用使每極磁通量減少，使電動勢減少；另一個原因是電樞回路上的電阻壓降隨負(fù)載電流增大而增加，使端電壓下降。* 并勵發(fā)電機(jī)的外特性 對并勵發(fā)電機(jī)，除了像他勵發(fā)電機(jī)存在的電樞反應(yīng)去磁作用和電樞回路上的電阻壓降使端電壓下降外，還有第三個原因：由于上述兩個原因使端電壓下降，引起勵磁電流減小，端電壓進(jìn)一步下降。3.直流電動機(jī)的機(jī)械特性據(jù)電動機(jī)的方程U=Ea+IaRa 機(jī) 械 特 性 的 表 達(dá)式ememTeeaTemaeeeaaTnTCCRCUnICTICRCUCRIUn02)(0n稱為理想空載轉(zhuǎn)速。nTemn0（1）.他勵(并勵）直流電動機(jī)固有機(jī)械特性emNTeaNeN

5、TCCRCUn2電樞電阻很小，特性曲線斜率很小，所以機(jī)械特性為“硬特性”。串勵電動機(jī)機(jī)械特性為“軟特性”.他勵.串勵（2）.人為機(jī)械特性*電樞串電阻時的人為特性emNTeSaNeNTCCRRCUn2*降低電樞電壓時的人為特性emNTeaNeTCCRCUn2*減弱勵磁磁通時的人為特性emTeaeNTCCRCUn2nTemRaURn0TLABCD三種調(diào)速方法五.熟記以下公式1.直流電機(jī)的電樞電動勢大小:nCnapNEea602.直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩大小:aTaemICIapNT23. NMNNNTTnPT55. 9-過載倍數(shù)六.直流電動機(jī)的電氣制動電氣制動方法-能耗制動、反接制動（電源反接、 倒拉反

6、轉(zhuǎn)反接）、回饋制動 能耗制動特點(diǎn)：操作簡單,但隨著轉(zhuǎn)速下降,電動勢減 小,制動電流和制動轉(zhuǎn)矩也隨著減小,制動效果變差。 反接制動特點(diǎn)：,從電源輸入的電功率和從軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成的電功率一起消耗在電樞回路電阻上。 回饋制動時由于有功功率回饋到電網(wǎng)，因此與能耗和反接制動相比，回饋制動是比較經(jīng)濟(jì)的。U電動MaEaInemTfIS制動BRaBIemBTU1U2V2W1V1W2NS2極異步電動機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生：三相對稱繞組中通入對稱三相電流三相異步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為鼠籠式、繞線式交流電機(jī).1.三相異步電動機(jī) nn1nn1U1U2V2W1V1W2NS2極同步發(fā)電機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖 同步發(fā)電機(jī)按結(jié)

7、構(gòu)形式分為旋轉(zhuǎn)電樞式和旋轉(zhuǎn)磁極式，后者應(yīng)用較廣。旋轉(zhuǎn)磁極式按磁極形狀分為隱極式和凸極式。按原動機(jī)類別分為汽輪發(fā)電機(jī)（采用隱極式）和水輪發(fā)電機(jī)（凸極式）2. 同步發(fā)電機(jī) n=n1n3.三相異步電動機(jī)的調(diào)速根據(jù)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式異步電動機(jī)有三種基本調(diào)速方法：1）.改變定子極對數(shù)P； 2）.改變電源頻率f；3）.改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速（包括轉(zhuǎn)子串接 電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速和串極調(diào)速） 變頻調(diào)速： （1）變頻調(diào)速中的變頻器必須同時改變電源的 電壓和頻率，才能滿足要求 （2）變頻電源接在市電電源與交流電機(jī)之間 （3）優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速能平滑調(diào)節(jié)，調(diào)速范圍廣，效 率高，缺點(diǎn)是調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，成本高)1(60)1(1

8、1spfsnn串極調(diào)速 （1）串極調(diào)速是在轉(zhuǎn)子回路中串接一個與轉(zhuǎn)子電勢同頻率 的附加電動勢，通過改變附加電動勢幅值大小和相位 調(diào)速 （2）串極調(diào)速完全克服了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的缺點(diǎn)，它具有 高效率、無級平滑調(diào)速、較硬的低速機(jī)械特性控制電機(jī) 伺服電動機(jī)又稱為執(zhí)行電動機(jī)，在自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。它將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向，故輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。1.伺服電動機(jī) 伺服電動機(jī)分為直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)兩大類直流伺服電動機(jī)實(shí)際上就是他勵直流電動機(jī) 通過改變控制信號的大小和極性來控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小和方

9、向，這種方式叫電樞控制；若把控制信號加到勵磁繞組上進(jìn)行控制，這種方式叫磁場控制。磁場控制有嚴(yán)重的缺點(diǎn)，使用的場合很少。 交流伺服電動機(jī)實(shí)際上就是兩相異步電動機(jī)，所以有時也叫兩相伺服電動機(jī)。電機(jī)定子上有兩相繞組，一相叫勵磁繞組 ，接到交流勵磁電源 上，另一相為控制繞組 交流伺服電動機(jī)的定子與異步電動機(jī)類似，在定子槽中裝有勵磁繞組和控制繞組，而轉(zhuǎn)子主要有兩種結(jié)構(gòu)形式直流伺服電動機(jī)原理圖（1）籠型轉(zhuǎn)子 這種籠型轉(zhuǎn)子和三相異步電動機(jī)的籠型轉(zhuǎn)子一樣，但籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條采用高電阻率的導(dǎo)電材料制造，如青銅、黃銅。另外，為了提高交流伺服電動機(jī)的快速響應(yīng)性能，宜把籠型轉(zhuǎn)子做成又細(xì)又長，以減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。(2)

10、非磁性空心杯轉(zhuǎn)子 如圖所示，非磁性空心杯轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)有兩個定子：外定子和內(nèi)定子，外定子鐵芯槽內(nèi)安放有勵磁繞組和控制繞組，而內(nèi)定子一般不放繞組，僅作磁路的一部分；空心杯轉(zhuǎn)子位于內(nèi)外繞組之間，通常用非磁性材料（如銅、鋁或鋁合金）制成 圖7.6 非磁性空心杯轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖1-空心杯轉(zhuǎn)子；2-外定子；3-內(nèi)定子；4-機(jī)殼；5-端蓋 測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的微型發(fā)電機(jī)，它把輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速變換為電壓信號輸出，并要求輸出的電壓信號與轉(zhuǎn)速成正比，即 U=Cn 測速發(fā)電機(jī)分為直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)兩大類 2.測速發(fā)電機(jī) （1）直流測速發(fā)電機(jī)實(shí)際就是一種微型直流發(fā)電機(jī)，按定子 磁極的勵磁方式分為電磁式

11、和永磁式 如圖直流測速發(fā)電機(jī)工作原理 交流測速發(fā)電機(jī)分為同步測速發(fā)電機(jī)和異步測速發(fā)電機(jī) 同步測速發(fā)電機(jī)的輸出頻率和電壓幅值隨轉(zhuǎn)速，很少用于控制系統(tǒng)。異步測速發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率與速度無關(guān)，輸出電壓與速度成正比，控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用（2）.交流測速發(fā)電機(jī) 交流異步測速發(fā)電機(jī)與交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有籠型的，也有杯型的，在自動控制系統(tǒng)中多用空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)。（3）步進(jìn)電動機(jī) 步進(jìn)電動機(jī)是一種把電脈沖轉(zhuǎn)換成角位移的電動機(jī)。其運(yùn)行特點(diǎn)：每輸入一個電脈沖，步進(jìn)電機(jī)就前進(jìn)一步，其角位移與脈沖數(shù)成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，而且轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。 根據(jù)勵磁方式的不同，步進(jìn)電動機(jī)分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式（又叫混合式），而反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)用較多 步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子和定子組成。轉(zhuǎn)子通常用硅鋼片疊成凸極形式，轉(zhuǎn)子上沒有繞組。定子嵌有多相星形連接的控制繞組，由專用脈沖電源供電。 步進(jìn)電動機(jī)控制過程中，定子繞組每