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1、维修电工技师,国家职业资格培训,首钢技师学院,第五部分 电机 变压器,电机 是用于能量转换或信号变换的一种机电装置。电机按其用途，可以分为普通旋转电机和控制电机两大类，它们都是根据电磁感应原理进行工作的，因而两者并无本质上的区别。普通旋转电机主要有交流电机和直流电机两大类，由于其主要用于机电能量转换，故对其主要要求是有较高的力能指标；控制电机的任务是完成机电信号变换，用于机电信号检测、放大和执行，对其主要要求是运行可靠，响应迅速和精确度高等。控制电机按其功能和用途，可分为信号元件和功率（执行）元件两大类。其中，作为信号元件的控制电机有测速发电机、自整角机等；作为执行元件的控制电机有伺服电动机、
2、步进电动机等。,一、直流电机工作原理与构造 （一）直流发电机的工作原理 （二）直流电动机的工作原理,（三）直流电机的结构 1、定子 主磁极 换向磁极 机座 2、转子 电枢铁心 电枢绕组 换向器 电刷装置,（四）直流电机的铭牌及额定值 1、型号 2、功率 发电机：出线端输出的电功率： 电动机：轴上输出的机械功率： 3、电压 电流 转速 励磁方式 励磁电压 励磁电流 温升,（五）电磁转矩,：每个磁极的磁通，韦伯 IS：电枢电流，安 M：电机的电磁转矩，牛顿米 CM：由电机结构决定的常数,（六）直流电机的换向 1、火花 5个等级,对一般直流电机，在额定负载连续运行的条件下，火花等级不应超过 级,（七
3、）改善换向的方法 1、正确的选用电刷，增加电刷与换向片间的接触电阻。 2、移动电刷位置 发电机：顺电枢旋转方向移动 电动机：逆电枢旋转方向移动 3、装置换向磁极 4、装置补偿绕组,（八）直流发电机 1、按励磁方式：他励 自励 2、功率、电压平衡关系 功率平衡方程式 Pdc=EsIs：发电机产生的电功率，叫做电磁 功率。由机械能转化而来。 P2=UIS：发电机输出的电功率 ：发电机的电枢电阻损失,（九）直流电动机 1、功率、电压、转矩平衡方程式,2、效率,3、他(并)励电动机自然机械特性 机械特性：电动机的转速和转矩的关系 （1）机械特性方程,（2）自然机械特性 在额定电压额定磁通下，电枢电路没
4、有外接电阻时，电动机转速与电磁转矩的关系,（3）人造机械特性 人为地改变外加电压、磁通和电枢电路外接电阻之中一个，来改造电动机的机械特性。 改变电枢电路外接电阻的人造机械特性：,电动机的理想空载转速与枢路电阻无关，转速降与电枢电路电阻大小成正比，电动机机械特性变软。,二、并励电动机起动和制动 （一）起动 电动机接上电源后，转子从静止状态转动到某一转速稳定运行，其整个过程称为起动过程。起动过程中，既要求电动机有足够大的起动转矩，又要求起动电流不超过允许范围。一般直流电机不允许直接起动。 电动机拖动负载起动的一般条件： （二）起动方法 1、降压起动 2、电枢回路串接电阻起动,（三）电动机起动考虑的
5、问题： 1、起动电流的大小 2、起动转矩的大小 3、起动时间的长短 4、起动过程是否平滑 5、起动过程的能量损耗和发热量的大小 6、起动设备的简单和可靠性 注意： 1、保证满磁起动 2、不允许全电压直接起动,三、直流电动机的调速（他励） 系统运行的速度需要根据生产工艺要求进行人为调节，调节转速称为调速。改变电动机与生产机械之间的传动机构速比的调速方法机械调速；改变电动机参数的调速方法电气调速。 调速方法： 1、电枢回路串入电阻调速 2、降低电枢电压调速 3、弱磁调速,（三）电动机的反转 1、电枢绕组两端极性不变，将励磁绕 组反接； 2、励磁绕组极性不变，将电枢绕组反 接,（四）并励电动机的制动
6、 机械制动；电磁制动 1、制动要求： （1）有足够的制动转矩（2-2.5Ie） （2）制动的平滑性 （3）制动的可靠性 （4）制动的经济性 （5）制动时间,1、能耗制动 （1）方法 （2）机械特性方程式,通过原点的直线，在第二象限。在枢路中串接不同的电阻值，可满足不同的制动要求。,2、再生制动 （1）发生 （2）机械特性 nn0，M0 机械特性曲线是电动机运转时机械特性向第二象限的延长部分。在电枢电路中串接不同的电阻可以得到不同的稳定转速。,4、电源反接 （1）发生 （2）机械特性 曲线在第二象限 必须在反接的同时在电枢电路串入制动电阻，以限制过大的制动电流。,5、各种制动方法比较 机械特性方
7、程式适用与制动，注意： 能耗制动：U=0，n0=0 电源反接：以-U代U，以- n0代n0 再生：没有改变电机接线， U不变， n0不变,电动：n0 M0 U=Es+IsR 、 再生：n0 M0 M0 M0 Es=IsR ,四、直流串励电动机 （一）串励电动机机械特性 串励电动机励磁绕组和电枢绕组串联，其线路电流，电枢电流和励磁电流相等。 串励电动机的磁通随电枢电流变化，因此它们的关系就是电机的磁化曲线。由于磁化曲线难以用准确的数学式表达出来，所以串励电动机的机械特性也很难用数学方程准确地表示出来。只能大体的分析串励电动机机械特性曲线的形状。,串励电动机机械特性： U=Ue，Rtj=0条件下，
8、n=f(M)关系曲线。这时电动机的转速方程为：,当负载增加时，产生转矩的电枢电流 I和磁通也同时增加，所以串励电动机的速度随负载增加而下降，幅度比并励要大。即机械特性软。,将负载的变化分成轻负载和重负载两个区间讨论： 在轻负载区间，电枢电流较小，电机铁心尚未饱和，电枢电流与磁通成正比，,在轻负载，磁路不饱和区域，串励电动机的机械特性为双曲线。,在重负载区间，电枢电流增大，使磁路进入饱和区域，磁通随电流增大而很少增加，可近似认为磁通为常数，这时机械特性为直线。 电机磁化曲线的变化是连续的，磁通到近似为常数不是突然的。因此串励电动机的机械特性曲线，只能说是由轻载的双曲线，随负载增加，逐渐趋向近似的
9、直线。,串励电动机机械特性特点： 1、软特性 2、理想空载转速，当I=0，在理论上为无穷大。因剩磁很小，电动机转速很高，所以串励电动机绝对不允许空载起动和空载运行。串励电动机和拖动的生产机械之间不用皮带传动。 3、当电枢电路串接外加电阻时，特性曲线更加变软。,（二）串励电动机的起动 串励电动机与并励电动机比较，在相同的起动电流倍数（起动电流对额定电流之比）下，起动转矩倍数（起动转矩对额定转矩之比）要大。 串励电动机起动时同样要接入起动电阻限制起动电流。,（三）串励电动机的调速 电枢串电阻；改变磁通；改变电压 （四）串励电动机的制动 能耗制动： 自励； 他励 自励：注意串励绕组头尾调换 反接制动
10、：,二、交流电动机 交流电动机可分为同步电动机和异步电动机；异步电动机根据其转子结构的不同分为笼型和绕线型；根据其所接电源相数不同，分为单相电动机和三相电动机。,1、三相异步电动机 基本结构： 定子：定子铁心、定子绕组、机座 定子铁心：电动机磁路的一部分，由 0.350.5mm硅钢片叠成 机座：固定保护定子铁心和定子绕组安 装端盖、支撑转子及其他零部件 的固定部分。,定子绕组：电动机的电路部分，由绝 缘的漆包线绕制，并嵌放 于定子铁心的凹槽内固定 绕组间按一定规律连接并 构成三相绕组。 接成 Y 形或 形。,转子：转子铁心、转子绕组、转轴 转子铁心：电动机磁路的一部分，由 硅钢片叠成； 转子绕
11、组： 笼型、绕线型 转轴：支撑转子铁心并传递转矩,三相异步电动机的工作原理 1、旋转磁场 （1）旋转方向与三相绕组电流的相序一致。 （2） n1-旋转磁场每分钟的转速（同步转速） f1-定子绕组的电流频率 p-磁极对数,2、工作原理 3、转差及转差率 转差： 转差率：,4、电磁转矩 机械特性 电磁转矩 （1）转差率与转子电流频率的关系 机械特性：转速与电磁转矩的关系,启动转矩Mq： n=0时的转矩 最大转矩Mm 额定转矩Me 稳定区：AB段 不稳定区：BC段 电动机只能在稳定区工作 负载转矩不能大于电动机的最大转矩Mm,额定转矩：电动机在长期持续工作 时，其轴上输出的最大 允许转矩,启动转矩：
12、转速等于0瞬间，电动机所产生的电 磁转矩。 启动转矩越大，电动机的启动性能越好。一般：Mq=1.12Me,启动转矩与加在电动机定子绕组上电压的平方成正比 与漏电抗有关，漏电抗增大，启动转矩减小，漏电抗减小，启动转矩增大 与转子电阻有关，电动机转子电阻增大，启动转矩增大，转子电阻减小，启动转矩减小,最大转矩：电动机电磁转矩的最大值如果电动机的最大转矩小于过负载时的转矩，电动机停止转动，最大转矩越大，电动机的过载能力越强,最大转矩与加在电动机定子绕组上电压的平方成正比 与漏电抗有关 过载系数： 一般：=1.82.5,5、电动机的名牌数据,型号 额定功率：电动机在额定运行条件下转轴上输出的机械功率
13、kW 额定电压：电动机额定运行时加在定子绕组上额定频率下的线电压值 额定电流：电动机额定运行时定子绕组的线电流值 额定转速：电动机在额定频率额定电压和输出额定功率时的转速 温升：电动机在额定运行状态下运行时，电动机绕组的允许温度与周围环境温度之差 工作方式：负载持续率表示：连续运行、断续运行 绝缘等级：电动机内部所有绝缘材料所具备的耐热等级。规定了电动机绕组和其他绝缘材料可承受的允许温度,6、电动机绕组的接法,星形 三角形,7、电动机的启动,有足够大的启动转矩 在具有足够启动转矩前提下，启动电流尽可能小 启动设备应结构简单、经济可靠、操作方便,笼型异步电动机的启动方式,直接启动 降压启动 定子
14、串电阻或电抗启动 星三角型启动 自耦减压启动,绕线型异步电动机的启动方式,转子电路中串联变阻器启动 转子电路中串联频敏变阻器启动,8、异步电动机转向控制,改变输入电动机三相电源的相序，即将三相电源U、V、W三根导线中的任意两根对调,9、异步电动机的调速,变频调速 变极调速 变转差率调速（转子串电阻）,10、异步电动机的制动,机械制动 电力制动 发电制动（再生制动） 能耗制动 反接制动,11、电动机的保护,短路保护 过电流保护（过载保护） 失压保护,变压器 用来升高或降低交流电压又能够保持频率不变的静止电气设备，是电力系统中必不可少的电气设备。,（一）变压器的分类,按变压器的相数分：单相、三相
15、按变压器的绕组分：单绕组、三绕组 按变压器的冷却方式分：油浸自冷、强迫风冷、强迫油冷、水冷式 按变压器的用途分：电力变压器、特殊变压器,（二）变压器工作原理,变压器的工作原理是建立在电磁感应原理上的。 变压器原、副绕组电压的关系： K变比,变压器原、副绕组电流的关系 忽略变压器空载电流 I0,（三）变压器的结构,变压器其最基本的结构都是由铁心和绕组组成。 变压器的铁心和绕组配置有心式和壳式。铁心由0.35-0.5mm高导磁率的硅钢片叠装而成，硅钢片两面涂有绝缘漆，以减小铁心的磁滞损耗和涡流损耗。 变压器的绕组是由带有绝缘的圆形或矩形的铜导线制成一定形状的线圈套在铁心上。按高、低压绕组之间的排放
16、位置及在铁心柱上的排放方法，变压器的绕组可分为同心式和交叠式。,（四）变压器的损耗,铁心损耗 磁滞损耗 涡流损耗 绕组损耗（铜损）,（五）变压器的型号和额定值,型号 表明变压器的产品类型 S7-400/10 S-三相 7-设计序号 400-变压器的额定容量，400kVA 10-变压器高压侧额定电压，10kV 额定容量 变压器在正常工作条件下能够提供最大容量。kVA,变压器的型号和额定值,额定电压 一次额定电压是变压器在正常工作时，一次绕组所应加的电压，代表变压器的电压等级，二次额定电压是变压器空载时，二次出线端的输出电压值 额定电流 变压器在额定一次电压下，满负荷时的一、二次电流即为一、二次额
17、定电流,变压器的型号和额定值,空载电流 变压器空载运行时，一次绕组的电流，用对于额定电流的百分数表示 空载损耗 变压器空载运行时，本身的电能损耗（铁损） 短路损耗 变压器满载运行时，一、二次绕组铜损之和,变压器的型号和额定值,接线方式和接线组别 接线方式 一、二次绕组可接成星型、三角型 接线组别 组别反映了三相变压器二次线电压和对应的一次线电压之间的相位关系。 按照一、二次绕组的不同接线方式（Y或）以及绕组的头尾端的不同连接， 一共可以得出12种不同的相位关系（相位差）， 这12种相位差都是300角的整数倍。用钟表表示法。,（六）冷却方式,变压器的冷却方式代表符号 N-自然通风 F-强迫风冷 D-强迫油循环,（七）变压器的保护,跌开式熔断器保护 瓦斯保护 防雷保护,（八）变压器的并列运行,两台或两台以上的变压器，把它们的一次接到同一个电源上，二次的对应相又接到一起，这种运行方式称为并列运行 并列运行的条件 接线组别相同 一、二次额定变压比相等，允许的最大误差不超过0.5% 短路阻抗相等，允许最大误差不超过0.10% 容量比不超过3：1,