第3章电能转换技术

电能转换技术第三章1第一节直流电机第二节变压器第三节交流电机第四节微控电机第五节电动机的新技术与应用第六节电气控制的基本概念2概述

电能的生产、转换、传输、分配、使用与控制等，都必须通过能够进行能量传递与变换的电磁机械来实现，这些电磁机械称为电机。电机的分类方法很多，按其功能可分为：(1)发电机：把机械能转换成电能；(2)电动机：把电能转换成机械能；(3)变压器、变频机、变流机、移相器：分别用于改变电压、频率、电流及相位；(4)微特电机：用作各类自动控制系统的控制元件。值得指出的是，从基本原理看，发电机与电动机仅是电机的两种不同运行方式；从能量转换角度看，二者是可逆的。第一节直流电机3直流电机的物理模型第一节直流电机直流电机

4直流发电机模型直流发电机第一节直流电机5直流电机

第一节直流电机6直流电机

直流电动机工作原理第一节直流电机直流电机7直流电机

二、直流电机的结构

第一节直流电机8直流绕线电机第一节直流电机9作电源用-直流发电机

将机械能转化为直流电能作动力用-直流电动机

将直流电能转化为机械能

信号传递-直流测速发电机将机械信号转换为电信号

信号传递-直流伺服电动机将控制信号转换为机械信号第一节直流电机10变压器一、变压器的分类可分为电力变压器和特种变压器两类。电力变压器在电力系统中主要作为升压变压器和降压变压器及配电变压器。除电力变压器之外，其他的变压器都叫特种变压器.第二节变压器11电力变压器10kV配电变压器110kV降压变压器500kV升压变压器（葛洲坝）第二节变压器12特种变压器控制变压器电炉变压器整流变压器电焊变压器三相同步变压器电流、电压互感器脉冲变压器第二节变压器13变压器二、变压器的基本工作原理第二节变压器14变压器三、变压器的基本结构

第二节变压器15交流电机一、交流电机的工作原理

(一)同步发电机的基本工作原理第三节交流电机同步发电机的结构16同步发电机工作原理交流电机第三节交流电机17三相电动势波形图交流电机第三节交流电机18交流电机旋转电磁力作用在转子上将产生电磁转矩，并驱动转子旋转第三节交流电机2、异步电机工作原理19异步电动机的工作原理图三相定子绕组产生的同步旋转磁场三相交流电源旋转磁场的方向第三节交流电机20交流电机二、同步电机的基本结构

同步电机与其他旋转电机一样，主要由定子(静止)部分和转子(旋转)部分构成。同步电机构造示意图第三节交流电机21定子绕组

第三节交流电机22交流电机电机结构分解第三节交流电机三、异步电机的基本结构23微特电机一、微控电机的分类及功能

微控电机的种类繁多、用途广泛，用得最为广泛的微控电机有：伺服电动机、测速发电机、自整角机、旋转变压器、步进电动机、微型同步电动机和感应同步器等。1.伺服电动机

分为交流伺服电动机和直流伺服电动机两类。

第四节微控电机24交流伺服电机微特电机3D伺服电机控制卡直流伺服电机电脑伺服电机直接驱动单针自动切线平缝机应用第四节微控电机25微特电机2.测速发电机

分为交流测速发电机和直流测速发电机两大类

第四节微控电机交流测速发电机永磁直流测速发电机永磁同步测速发电机26微特电机3.自整角机运行方式分为力矩式和控制式两种。力矩式自整角机输出力矩比较小，多用于指示系统，如角度指示器等。控制式自整角机的输出电压经放大后作为伺服电动机的控制信号电压，使伺服电动机转动并带负载同步运行。第四节微控电机27微特电机4.旋转变压器

第四节微控电机用途：在随动系统中提供位置反馈或解算信号2532旋转变压器(高频)2914旋转差动变压器2595旋转变压器(高频)28微特电机5.步进电动机

步进电动机是数字控制系统中一种执行元件。步进电动机工作原理与凸极式同步电动机相似.第四节微控电机一相励磁二相励磁一、二相励磁步进电机工作原理示意图29微特电机6.微型同步电动机按转子结构形式及材料不同，微型同步电动机主要有永磁式、磁阻式和磁滞式三种。

第四节微控电机磁滞同步电机永磁同步电机可逆同步电机30微特电机7.感应同步器

第四节微控电机感应同步器用于精确定位系统中31电机的新技术新应用超微型电机1、概念

电机一般分为电磁型和静电型两类2、超微型电机的制造技术

(1)微细加工光刻技术(2)光刻电铸(ＬＩＧＡ)技术。

第五节32电机的新技术新应用超声波电机（USM）第五节超声波电机的工作原理示意图33超声波电机结构图第五节34环形行波型超声波电机工作原理第五节35（b）柱体行波型电机（a）环形行波型电机九十年代中期，佳能公司又研制了一种直径8mm、长24mm的柱体行波型超声波电机用于照相机的调焦，如图(b)所示。佳能公司生产的用于照相机的超声波电机第五节36用于太空机器人的环形行波型超声波电机

太空机器人在收集小岩石（左）和安放科学仪器（右）

第五节37由于超导电机采用了超导体，超导电机的运行电流密度和磁通密度都大大地提高了。超导电机的基本结构和常规电机相似.第五节四、超导电机38直线电机的应用第五节五、直线电机39直线电机应用范围广泛第五节40下一节三刀开关的手动控制电路及过载保护手动控制第六节电气控制与器件41控制按钮常开(动合)按钮电路符号SB常闭(动断)按钮电路符号SB复合按钮电路符号SB第六节电气控制与器件421.目的:用于接通或断开辅助电路，靠手动操作。2.结构：

1—常闭触点或动断触点2—常开触点或动合触点触点1触点2上一页返回下一节下一页上一节图按钮紧急按钮自锁按钮用指示灯表示其工作状态3.作用:起停自动控制第六节电气控制与器件43起停自动控制第六节电气控制与器件44行程开关(ST)

——也称限位开关用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。

动作原理:运动部件撞击产生动作。符号：动断触点：动合触点：ST上一页返回下一节下一页上一节行程控制结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。第六节电气控制与器件45主电路：一台电机正反转。向右工作台撞块向右（电机正转）ABSTA1STA2STB1STB2例:工作台前进、后退往复运动。控制电路：应在正反转的基础上，在每套支路中分别串联行程开关的动断触点。上一页返回下一节下一页上一节第六节电气控制与器件46STA1STA2STB2STB1(二)控制电路KMFKMRKMFKMRSBstFSBstRKMRKMFSBstpFR上一页返回下一节下一页上一节图自动往返行程控制第六节电气控制与器件47STA1上一页返回下一节下一页上一节STA1STA2STB2STB1KMFKMRKMFKMRSBstFSBstRKMRKMFSBstpFR图自动往返行程控制第六节电气控制与器件481.作用:

接通或断开电路的，利用电磁吸力的作用而动作的。2.结构:按状态分按用途分动合触点动断触点主触点辅助触点上一页下一节下一页上一节图交流接触器交流接触器(KM)第六节电气控制与器件49线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机接触器动作过程线圈通电衔铁被吸合触头闭合电机接通电源~380~~第六节电气控制与器件50M3~接触器动作过程线圈通电衔铁被吸合触头闭合电机接通电源~220~380~~第六节电气控制与器件51接触器有关符号：接触器线圈接触器主触头－－用于主电路（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常闭接触器辅助触头－－用于控制电路（流过的电流小，无需加灭弧装置）接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器技术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。第六节电气控制与器件52简单的接触器控制ABCM3~刀闸起隔离作用自保持停止按钮起动按钮特点：小电流控制大电流。第六节电气控制与器件53继电器中间继电器电压继电器电流继电器时间继电器（具有延时功能）热继电器（做过载保护）…...继电器类型：第六节电气控制与器件54发热元件功能：过载保护热继电器结构：I常闭触头双金属片扣板第六节电气控制与器件551.作用:用于过载保护,靠电流热效应产生动作的。2.结构与动作原理:双金属片静触点动触点发热元件I3.符号:发热元件FR动断触点FR返回图热继电器热继电器（FR）第六节电气控制与器件56热继电器的符号发热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头FRFR第六节电气控制与器件571.作用:用于辅助电路,弥补触点的不足。2.工作原理:与交流接触器相同。上一页返回下一节上一节中间继电器第六节电气控制与器件58上一页返回下一节上一节控制电路第六节电气控制与器件单向控制电路591.保护环节:短路保护过载保护失压保护(欠压保护)2.可实现点动控制:3.画电路时应注意:①控制电路电源②元件采用展开法SBstKMKMSBstpFRQFUKMFR