中级电工学习课件

1、中级维修电工理论培训n 同步电机同步电机 特种电机特种电机 返回一、同步电机的结构一、同步电机的结构动画动画1. 同步电机的旋转同步电机的旋转动画动画2. 同步电机的结构图同步电机的结构图思考：思考： 同步电机的同步电机的同步同步是什么意思是什么意思? 同步电机包括定子和转子两大部分组成。包括定子和转子两大部分组成。定子：定子铁心、定子绕组和机座转子：主磁极、励磁绕组、电刷、集电环、转轴等。同步电机机械端口机械端口转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心电端口电端口ABC返回二、同步电机的分类按按运行运行方式，同步电机分发电机、电动机和调相机方式，同步电机分发电机、电动机和调相机( (补偿机补

2、偿机) )。按按结构结构型式，同步电机分转磁式型式，同步电机分转磁式和转枢式和转枢式。转磁式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。转磁式同步电机按磁极形状，又分隐极式和凸极式两种。按原动机类别按原动机类别, ,同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。同步电机分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为汽轮发电机一般作成隐极式，现代汽轮发电机均为2 2极，转速为极，转速为30003000转转/ /分分钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。钟，水轮发电机采用凸极式，极数多，转速低。同步电动机、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电动机

3、、柴油发电机和调相机一般作成凸极式。同步电机转转磁磁式式：主磁极安装在转子上，三相绕组与异步交流电机一样安装在定子上：主磁极安装在转子上，三相绕组与异步交流电机一样安装在定子上。转转枢枢式式：三相绕组安装在转子上，主磁极安装在定子上。：三相绕组安装在转子上，主磁极安装在定子上。凸凸极式极式：转子上有明显突出的磁极，转子为扁平的盘状，适合于低速旋转。转子上有明显突出的磁极，转子为扁平的盘状，适合于低速旋转。隐隐极式极式：转子没有明显突出的磁极，转子为细长圆柱形，适合于高速旋转。转子没有明显突出的磁极，转子为细长圆柱形，适合于高速旋转。同步电机三、同步电动机的工作原理三相定子绕组通三相对称交流电产

4、生三相定子绕组通三相对称交流电产生旋转磁场旋转磁场转子励磁绕组通直流电产生与定子级数相同的转子励磁绕组通直流电产生与定子级数相同的恒定磁场恒定磁场转子的转动：依靠定子、转子之间异性磁极转子的转动：依靠定子、转子之间异性磁极的吸引力，由旋转磁场带动磁性转子旋转。的吸引力，由旋转磁场带动磁性转子旋转。理想空载时：定、转子磁极轴线重合理想空载时：定、转子磁极轴线重合负载时：定子磁极轴线超前转子磁极轴线一个负载时：定子磁极轴线超前转子磁极轴线一个角，称为功角。角，称为功角。角：角：在一定范围内，在一定范围内，角越大，电磁转矩越大，磁力线被拉得越角越大，电磁转矩越大，磁力线被拉得越长。但但负载过重时，长

5、。但但负载过重时，角增大，磁力线会被拉断，导致两个磁场角增大，磁力线会被拉断，导致两个磁场转速不同，产生驱动力的同时也会有阻碍力，平均力矩为零，电转速不同，产生驱动力的同时也会有阻碍力，平均力矩为零，电机停转，称机停转，称“失步失步”，此时必须切断电源。，此时必须切断电源。强行励磁可克服强行励磁可克服“失失步步”。同步电机同步电动机启动转子无启动转矩（旋转磁场转速n1，而转子由于惯性转速是0，即产生失步现象），不能自行启动，须采取其他方式：四、同步电动机的启动1. 辅助电动机启动（他机启动）选用与同步电机同极数、容量约为同步电机容量的（10 15）% 的异步电动机带动同步电机转子旋转,当n 接

6、近同步转速时，切断异步电机，同步电机转子励磁绕组加入If ，由同步转矩拖入同步。适合空载，基本不用。2.异步启动在同步电机转子上装笼型起动绕组，启动时，同步电机定子加三相对称电压，转子励磁绕组通过R = (5 10)Rf的附加电阻短路构成闭合回路，启动过程就是三相异步电动机的启动，当转子转速达到同步转速的95%时，迅速切断附加电阻，通入励磁电流， 使转子拉入同步转速运行。常用的启动方法。3. 变频启动启动时f1 很低，旋转磁场转速低，转子可启动，随着n逐步增加f1 最后达到 fN。需要变频装置。目前采用不多。同步电机七、同步补偿机 （同步调相机）同步电动机均采用能耗制动能耗制动方法：切断同步电

7、动机定子绕组的三相交流电源，然后将三相定子绕组接到一组Y连接的外接电阻上，并保持转子励磁绕组的直流励磁，此时，同步电动机就成为一台发电机，将动能转换成电能很快消耗在外接电阻上，电动机即被制动。动画动画六、同步电动机的机械特性同步电动机的转速不会随负载的变化而变化，只要频率一定，电机的转速就严格保持不变，即“绝对硬特性”。同步电机工作在过励状态，可见效功角角。五、同步电动机的制动同步补偿机就是空载运行的同步电动，在过励状态下空载运行，提高功率因素。一般采用辅助电动机起动法或异步启动法。同步电机七、同步发电机的工作原理励磁绕组通入直流电流后建立恒定磁场，原动机拖动转子以转速n旋转时，其磁场切割定子

8、绕组而感应交流电动势 频率频率：60pnf 相序相序：大小大小：01104 44wE.fN k 由转子的转向决定由转子的转向决定 我们日常生活及办公场所通常是单相供电，因此很我们日常生活及办公场所通常是单相供电，因此很多仪器、各种电动小型工具、家用电器等，都采用单相多仪器、各种电动小型工具、家用电器等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在量多在0.75KW0.75KW以下。以下。电容运转单相机洗衣机电动机电风扇电动机制冷压缩机 三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子

9、绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？单相交流异步电动机单相异步电动机的定子磁场单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子t0i在定子绕组中通入单相交流电 电流正半周，线圈导体中通过电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值的电流始终为正值 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。 电流的负半周，线圈导体中电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负通过的电流方向始终为负 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴

10、线的位置始终不变。显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场脉动磁场。所以单向异步机的转子不会自行所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。单相交流异步电动机电容分相法可让单相异步机转动如何使单相异如何使单相异步电动机旋转步电动机旋转起来呢？起来呢？ 电容分相式异步电动机的定子有两个电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕一个是工作绕组；另一

11、个是起动绕组，两个绕组在组在空间相差空间相差90嵌放。起动绕阻与电容嵌放。起动绕阻与电容C C串联，使起动串联，使起动绕组绕组电流电流i i2 2和工作绕组电流和工作绕组电流i i1 1产生产生9090的相位差，即：的相位差，即： M 1 C i2 i1 t i i1 i2 0 (a) 电电路路图图 (b) 波波形形图图 4590 360 加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。 可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以

12、自行起动了。位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。AXBYAXBYAXBY0t 90t180t单相异步电动机改变转动方向改变转动方向和速度的方法和速度的方法？特种电机电磁调速异步电动机又称滑差电动机，是一种交流无级调速电动机。一、电磁调速异步电动机电磁调速异步电动机机械特性较软。实际工作时要有自动调节励磁电流的控制装置，如利用测速发电机检测信号并反馈到控制装置。电磁转差离合器从动部分的转速小于主动部分的转速，两者有转速差，否则就无法正常工作，与异步电动机类似，所以叫电磁转差离合器。调速方法：改变励磁绕组中直流电流的大小，也就改变了磁极的磁场强度，达到改变速度的目的。特种电机一

13、、电磁调速异步电动机电磁转差离合器工作原理交流电机转动时,假设带动电枢顺时针转动,转速为n，励磁不通电, 则电枢和磁极之间既无电的联系也无磁的联系,磁极及所联的负载不动.。励磁接直流电后，磁极有了磁性，电枢和磁极之间有向相对运动，电枢绕组产生感应电动势，并产生电磁转矩，与电动机输出的转矩相反，磁极则受到与电枢同样大小、方向相反的电磁转矩，也就是顺着交流电机运行方向同向的转矩。 励磁无电流：特种电机二、伺服电机 伺服电动机的作用是把输入的电压控制信号转换成输出的角位移或角伺服电动机的作用是把输入的电压控制信号转换成输出的角位移或角速度。速度。在运动控制系统中，伺服电动机是以执行机构的身份出现的，

14、所以在运动控制系统中，伺服电动机是以执行机构的身份出现的，所以又称为又称为执行电动机执行电动机。 对伺服电动机的基本要求是：对伺服电动机的基本要求是： 1）可控性好，即无电压控制信号时转子不自转，控制信号一旦出现，）可控性好，即无电压控制信号时转子不自转，控制信号一旦出现，电动机马上转动，而控制信号一旦消失，电动机立刻停转；电动机马上转动，而控制信号一旦消失，电动机立刻停转； 2）运行稳定，即电动机具有线性的机械特性和调节特性。）运行稳定，即电动机具有线性的机械特性和调节特性。 伺服电动机可分为伺服电动机可分为直流伺服电动机直流伺服电动机和和交流伺服电动机交流伺服电动机，下面分别加，下面分别加

15、以介绍。以介绍。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1600瓦，瓦，有的甚至可达上千瓦；有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1100瓦瓦。特种电机二、伺服电机直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机有两种：直流伺服电动机有两种： 一种是一种是电励磁式直流伺服电动机电励磁式直流伺服电动机，另一种是，另一种是永磁式直永磁式直流伺服电动机流伺服电动机，其工作原理与普通，其工作原理与普通他励他励直流电动机相同。结构直流电动机相同。结构也也基本基本相同，区别是相同，区别是伺服电机转子细

16、长或空心，减小转动惯量，电枢直流电阻大。伺服电机转子细长或空心，减小转动惯量，电枢直流电阻大。 直流伺服电动机主要有两种控制方式，直流伺服电动机主要有两种控制方式， 一种是一种是电枢控制电枢控制，即通过改变电枢电压，即通过改变电枢电压来实现对转子转速的控制；另一种是来实现对转子转速的控制；另一种是磁场控制磁场控制，即通过改变励磁电压来实现对转子，即通过改变励磁电压来实现对转子转速的控制（对电磁式直流伺服电动机而言）。转速的控制（对电磁式直流伺服电动机而言）。 电枢控制电枢控制的优点是电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，系的优点是电动机的机械特性和调节特性的线性度好，调速范围广，系

17、统响应迅速统响应迅速。nCUe - -2TCCReTa e特种电机二、伺服电机交交流伺服电动机流伺服电动机伺服电动机就是伺服电动机就是单单相异步电动机，定子侧绕组相异步电动机，定子侧绕组在在空间相差空间相差90度摆放，转子是鼠笼式的。度摆放，转子是鼠笼式的。 Uf f If c Uc IcS M自转现象：自转现象：如果电机参数与一般的单相异如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象

18、称为续旋转的失控现象称为“自转自转”。消除自转：为使电动机断电后能进入制动消除自转：为使电动机断电后能进入制动状态，要状态，要增加转子电阻增加转子电阻。因此交流伺服电。因此交流伺服电机的转子电阻要比单相交流电机转子等效机的转子电阻要比单相交流电机转子等效电阻大。电阻大。控制电机转速控制电机转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种电机三、测速发电机测速发电机的作用是把输入的转速信号转换成输出的电压信号测速发电机的作用是把输入的转速信号转换成输出的电压信号。 对测速发电机的基本要求是：对测速发电机的基本要求是： 1）输出电压与转速之间有严格的正比关系，以达到高

19、精度）输出电压与转速之间有严格的正比关系，以达到高精度的要求；的要求； 2）在一定的转速时所产生的电动势及电压应尽可能的大，）在一定的转速时所产生的电动势及电压应尽可能的大，以达到高灵敏度的要求。以达到高灵敏度的要求。 测速发电机可分为测速发电机可分为直流测速发电机直流测速发电机和和交流测速发电机交流测速发电机。特种电机直流测速发电机直流测速发电机 直流测速发电机有两种：直流测速发电机有两种： 一种是一种是电励磁式直流测速发电机电励磁式直流测速发电机，另一种是另一种是永磁式直流测速发电机永磁式直流测速发电机，其基本结构和工作原理与普通直流发，其基本结构和工作原理与普通直流发电机相同。电机相同。 三、测速发电机Ea=Ce n 交流测速发电机交流测速发电机 交流测速发电机的定子上嵌有两相绕组，一相是交流测速发电机的定子上嵌有两相绕组，一相是励磁绕组励磁绕组，另