《常用電機與電器》課件

常用電機與電器電機和電器在現(xiàn)代生活中無處不在，從家用電器到工業(yè)設(shè)備，它們都扮演著至關(guān)重要的角色。本課程將深入講解常用電機和電器的基本原理、工作特性以及應(yīng)用實例。課程導言課程目標學習常見電機和電器的工作原理、結(jié)構(gòu)、特性及應(yīng)用。掌握電機和電器的基本操作和維護知識。課程內(nèi)容直流電動機、交流電動機、變壓器、斷路器、接觸器、繼電器、電容器、電阻器、電源等。重點介紹常見類型和應(yīng)用場景。電器的種類與應(yīng)用開關(guān)、插座開關(guān)控制電路通斷，插座為電器提供電源。電風扇、空調(diào)電風扇通過轉(zhuǎn)動葉片來吹風，空調(diào)制冷或制熱。洗衣機、冰箱洗衣機洗滌衣物，冰箱用于冷藏和冷凍食物。電飯煲、電磁爐電飯煲用于煮飯，電磁爐用于烹飪食物。直流電動機的工作原理1電磁感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場，形成旋轉(zhuǎn)磁場。2電磁力磁場作用于線圈，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。3旋轉(zhuǎn)運動力矩克服阻力，使電機轉(zhuǎn)動。直流電動機利用電磁感應(yīng)原理，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。直流電動機的結(jié)構(gòu)及分類11.電樞電樞是直流電動機的主要組成部分，由電樞鐵芯、電樞繞組、換向器組成。22.磁場磁場由定子上的磁極繞組產(chǎn)生，磁極繞組通電后產(chǎn)生磁場，并與電樞繞組的磁場相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。33.換向器換向器是直流電動機的關(guān)鍵部件，它通過改變電樞繞組中的電流方向來實現(xiàn)電動機的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。44.電刷電刷是連接外部電源和換向器的橋梁，它能夠?qū)⑼獠侩娫吹碾娏鱾魉偷诫姌欣@組中。直流電動機的特性曲線直流電動機的特性曲線反映了電動機在不同負載下的轉(zhuǎn)速、電流和效率等參數(shù)之間的關(guān)系。1轉(zhuǎn)速-負載曲線負載增加，轉(zhuǎn)速下降2電流-負載曲線負載增加，電流上升3效率-負載曲線存在一個最佳負載，效率最高4功率-負載曲線負載增加，輸出功率先上升后下降這些曲線能夠幫助我們理解直流電動機的性能，為電機選擇和應(yīng)用提供指導。直流電動機的控制方式電壓控制通過調(diào)節(jié)直流電源電壓來控制電動機的轉(zhuǎn)速，適用于調(diào)速范圍較小的場合。這種方法簡單易行，但效率較低。電樞回路控制通過改變電樞回路中的電流來控制電動機的轉(zhuǎn)速。通過串聯(lián)電阻或調(diào)節(jié)電樞電壓，可以改變電樞電流，進而控制轉(zhuǎn)速。勵磁回路控制改變勵磁電流，可以改變勵磁磁場強度，進而影響電動機的轉(zhuǎn)速。這種方法適用于對轉(zhuǎn)速要求較高的情況。組合控制將以上幾種控制方式進行組合，可以實現(xiàn)更精確、更靈活的控制。常見的組合控制方式包括串聯(lián)調(diào)節(jié)和并聯(lián)調(diào)節(jié)。交流電動機的工作原理1磁場旋轉(zhuǎn)交流電通過定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場切割轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流。2電流感應(yīng)感應(yīng)電流與定子磁場相互作用，產(chǎn)生電磁力，推動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。3轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度小于磁場旋轉(zhuǎn)速度，兩者之間存在轉(zhuǎn)差率，從而維持轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)矩。同步電動機的結(jié)構(gòu)與特性轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)同步電動機轉(zhuǎn)子通常采用永磁體或繞組勵磁，以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。定子結(jié)構(gòu)定子為三相繞組，通過交流電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，與轉(zhuǎn)子磁場相互作用。同步特性同步電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，且始終保持同步運行，適用于高精度控制。異步電動機的工作原理定子磁場旋轉(zhuǎn)定子繞組通入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。磁場的方向隨電流變化而變化，形成一個旋轉(zhuǎn)的磁場。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流旋轉(zhuǎn)的磁場切割轉(zhuǎn)子導體，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流。感應(yīng)電流的方向與磁場方向相互作用，產(chǎn)生一個與定子磁場方向相反的磁場。電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁場受到定子磁場的吸引，產(chǎn)生電磁力。電磁力驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速始終低于定子磁場的轉(zhuǎn)速。異步轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子始終追趕著定子磁場，但無法同步旋轉(zhuǎn)，因此稱為異步電動機。轉(zhuǎn)速差稱為滑差，滑差越大，轉(zhuǎn)矩越大。異步電動機的分類鼠籠式異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組可以改變，應(yīng)用于需要調(diào)速的場合。雙層籠式異步電動機結(jié)合了鼠籠式和繞線式的優(yōu)點，具有良好的起動性能和調(diào)速特性。線性異步電動機電機在直線方向上運動，應(yīng)用于高精度控制領(lǐng)域。異步電動機的起動方式1直接起動簡單直接，成本低，但起動電流大2降壓起動降低起動電流，減少對電網(wǎng)沖擊3星形-三角形起動起動時接成星形，運行后改為三角形4自耦變壓器起動利用自耦變壓器降低起動電壓異步電動機起動時會產(chǎn)生較大的起動電流，容易對電網(wǎng)造成沖擊，因此需要采取相應(yīng)的起動方式來降低起動電流。異步電動機的速度調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速適用于籠型異步電動機，通過改變轉(zhuǎn)子回路電阻來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，簡單易行，但效率較低，調(diào)速范圍有限。變頻調(diào)速采用變頻器改變電源頻率，從而改變異步電動機的轉(zhuǎn)速，調(diào)速范圍廣，效率高，但成本較高?；顦O調(diào)速通過改變轉(zhuǎn)子回路的磁場強度，改變滑差，從而達到調(diào)速目的，適用于大型異步電動機，效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其他調(diào)速方法例如，改變定子電壓調(diào)速、改變勵磁電流調(diào)速等，根據(jù)實際應(yīng)用需求選擇合適的調(diào)速方法。電動機的常見故障及維護11.軸承故障軸承磨損或損壞會導致電機振動、噪音增大。22.電機過熱電機過熱會導致絕緣老化，甚至燒毀電機。33.繞組故障繞組短路或斷路會導致電機無法正常運行。44.定子故障定子鐵芯松動或變形會導致電機振動、噪音增大。變壓器的工作原理1磁場交流電通過線圈產(chǎn)生交變磁場。2感應(yīng)磁場變化在次級線圈感應(yīng)出電壓。3電壓變化通過線圈匝數(shù)比改變電壓大小。變壓器利用電磁感應(yīng)原理，將交流電的電壓升高或降低。它由鐵芯和繞在鐵芯上的線圈組成。當交流電通過原線圈時，會產(chǎn)生交變磁場，磁場變化在次級線圈感應(yīng)出電壓。通過改變原線圈和次級線圈的匝數(shù)比，可以控制輸出電壓的大小。變壓器的結(jié)構(gòu)與分類變壓器結(jié)構(gòu)變壓器主要由鐵芯、線圈和絕緣材料組成。鐵芯用于引導磁通，線圈用于產(chǎn)生和接收磁通，絕緣材料用于隔離線圈和鐵芯，防止短路和漏電。變壓器分類變壓器可以根據(jù)用途、結(jié)構(gòu)、冷卻方式等分類。常見分類有：電力變壓器、控制變壓器、儀表變壓器等，以及油浸式變壓器、干式變壓器等。變壓器的特性及應(yīng)用變壓器的特性變壓器可改變電壓，但不改變頻率。變壓器具有低損耗、高效率的優(yōu)點。變壓器廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，可調(diào)節(jié)電壓、改變電流。變壓器的應(yīng)用變壓器可用于電力傳輸和配電，提高輸電效率，減少電能損耗。變壓器在工業(yè)生產(chǎn)、家用電器中也有廣泛應(yīng)用，例如電焊機、電子設(shè)備等。斷路器的工作原理1故障檢測電流過大或電壓異常2斷開電路快速切斷電源3保護設(shè)備防止過載或短路4恢復(fù)供電手動或自動復(fù)位斷路器主要用于保護電路，在發(fā)生故障時自動斷開電路，避免更大的損害。斷路器通常由電流檢測模塊、電磁線圈、觸點機構(gòu)、滅弧室等組成。斷路器的分類與選型斷路器分類斷路器主要分為低壓斷路器和高壓斷路器，根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能分為各種類型，比如：空氣斷路器、油斷路器、真空斷路器、SF6斷路器等。選擇合適的斷路器，需要考慮電路類型、額定電流、電壓等級、短路容量等因素。選型原則斷路器選型需要與電路系統(tǒng)相匹配，選擇合適的斷路器可以確保電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。斷路器需要滿足一定的保護功能，例如過載保護、短路保護、過電壓保護等。接觸器的工作原理線圈通電當接觸器線圈通電時，線圈產(chǎn)生磁場。銜鐵吸合磁場吸引銜鐵，使銜鐵與動觸頭閉合。主電路接通動觸頭與靜觸頭閉合，主電路接通，電流流過。線圈斷電當線圈斷電時，磁場消失，銜鐵復(fù)位，動觸頭斷開。接觸器的類型與應(yīng)用交流接觸器交流接觸器主要用于交流電路中，控制電動機的起動、停止、反轉(zhuǎn)和調(diào)速等，常見的型號包括CJ系列和LC系列。直流接觸器直流接觸器主要用于直流電路中，控制直流電動機或其他直流負載，例如電磁鐵、電磁閥等，常見型號包括CD系列。特殊接觸器特殊接觸器是指針對特定應(yīng)用場景設(shè)計的接觸器，例如用于高壓電路的接觸器、用于特殊環(huán)境的防爆接觸器等。繼電器的工作原理1電流控制繼電器使用線圈中的電流來控制開關(guān)狀態(tài)，從而實現(xiàn)對電路的控制。2磁場產(chǎn)生線圈通電后，產(chǎn)生磁場，將銜鐵吸合，觸點閉合或斷開。3控制電路繼電器的線圈與控制電路連接，控制電路的通斷決定繼電器的動作狀態(tài)。繼電器的分類與選型電子繼電器電子繼電器使用半導體器件來控制電路的通斷，具有體積小、響應(yīng)速度快、壽命長等優(yōu)點。機械式繼電器機械式繼電器利用電磁鐵的吸合動作來控制電路的通斷，結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，適用于各種控制場合。固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器利用半導體器件控制電路的通斷，沒有機械觸點，因此工作可靠性高，壽命長，適用于高頻、大電流等場合。時間繼電器時間繼電器可以根據(jù)設(shè)定時間來控制電路的通斷，廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中。電容器的工作原理電荷積累當電容器連接到電源時，電荷會積累在電容器的兩個極板上。電場形成極板之間形成電場，阻止更多電荷積累，直到達到平衡。電容值電容值表示電容器儲存電荷的能力，取決于極板面積、間距和介質(zhì)。充放電電容器可以儲存電荷，并在需要時釋放電荷，例如電路中的能量存儲和釋放。電容器的分類與應(yīng)用1分類電容器按結(jié)構(gòu)可分為固定電容器、可變電容器、電解電容器等。不同類型電容器具有不同的容量、耐壓和頻率特性，適用于不同的應(yīng)用場合。2儲能電容器可以儲存電能，用于電源濾波、能量轉(zhuǎn)換、脈沖電路等。例如，在直流電源中，電容器用于平滑電壓波動，提高電源質(zhì)量。3耦合電容器可以用于信號耦合，將交流信號傳遞到另一個電路，同時阻擋直流信號。例如，在音頻電路中，電容器用于將音頻信號從放大器傳送到揚聲器。4濾波電容器可以用于濾波，消除電路中的噪聲或特定頻率的信號。例如，在電源電路中，電容器用于消除交流電源中的噪聲，保證直流輸出的穩(wěn)定性。電阻器的工作原理1電阻物質(zhì)對電流阻礙作用2歐姆定律電壓與電流成正比3功率電流通過電阻器時產(chǎn)生的熱量電阻器是電路中重要的元件，其工作原理基于物質(zhì)對電流的阻礙作用。根據(jù)歐姆定律，電阻器上的電壓與其電流成正比，且電阻是比例系數(shù)。當電流通過電阻器時，電能會轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生熱量，這被稱為功率。電阻器的分類與應(yīng)用碳膜電阻器應(yīng)用廣泛，價格低廉，但精度較低。金屬膜電阻器精度高，穩(wěn)定性好，適用于精密電路。繞線電阻器功率大，耐高溫，可用于高功率電路。電源的種類與特點直流電源直流電源通常用在電子設(shè)備中，例如手機、筆記本電腦等。交流電源交流電源是我們生活中常見的電源，例如家用電器使用的電源。電池電源電池電源是便攜式電源，例如手機電池、筆記本電腦電池等。太陽能電源太陽能電源是清潔能源，通過太陽能電池板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。用電安全注意事項電源線檢查定期檢查電源線，確保線纜完整，無破損、老化或過度磨損。用電設(shè)備選擇使用合格的電器設(shè)備，確保功率符合電路負載能力，避免超負荷運行。濕手操作切勿在潮濕環(huán)境中或雙手濕潤的情況下接觸電器，避免觸電事故發(fā)生。插座安全插座應(yīng)定期檢查，確保插座完好無損，并避免插座過載使用。本課程總結(jié)與展望本課程回顧本課程全面講解了常用電機與電器的基本原理、結(jié)構(gòu)、工作特性、應(yīng)