电机基础知识教学

1、电机基础知识教学,经验交流 知识共享 互相学习 携手共进,目 录,1.电机的基本概述 2.电机的分类 3.常见电机 4.电机选型 5.直流电动机工作原理 6.交流电动机工作原理 7.单相异步电动机 8.空气净化器塑封电机 9.齿轮减速永磁同步电动机 10.永磁直流电动机 11.直流无刷电动机 12.变压器（静止电机） 13.电机、变压器相关技术资料 14.电机、变压器历史问题及解决方案,主要内容,一、电机基本概述,电机：也称电动机（俗称马达），是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。,随着大功率电力电子元件、微电子技术、变流技术、计算机控制技术的发展， 研究和开发了很多性能优良、高效率、满足不同要求的电动机控制系统。,电机发展简史,直流电机：1821年，法拉第（Faraday）发现电磁力定律 1831年，法拉第（Faraday）发现电磁感应定律 1833年，皮克西 （Pixii）利用永磁铁和线圈间相对运动，加上一个换向装置， 制成一台旋转磁极式直流发电机(现代直流发电机的雏形) 1885年，电机的可逆原理，励磁，

2、电枢绕组，铁芯，换向 交流电机：1825年，阿拉戈 （Arago）利用金属圆环的旋转，使悬挂在其中的磁针得到 一定的偏转多相感应电动机的原始基础 1885年，费拉里斯 （Ferraris）制成第一台两相感应电动机 交流电机控制：1971年，Blaschke和Hasse提出矢量变换控制 电机的发展已有200年得历史，80年代以后，得益于永磁材料、电力电子和自动控制 技术的发展，使永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得到较快发展。,右手定则,喝水不忘掘井人,电机在工农业、医疗、航天、民生等领域扮演着重要的角色，是所有机械、家电等设备的动力源。 电机设计涉及到电磁、材料、机械、电力电子等学科，是一门比较综合的专业。,解放前我国地电机工业极端落后，全国只有少数几个城市有电机制造厂。这些厂规模小，设备差，生产能力低下，产品规格混乱，材料多依赖进口。建国以后，我国电机制造工业得到快速发展。经过50多年的努力，在大型交直流电机方面，已研制成功2*5000KW的直流电动机，4700KW的直流发电机和42MW的同步电动机。在大型发电设备方面，已研制出300MW和600MW水氢氢冷汽轮发电机，300MW双

3、水内冷和全氢冷汽轮发电机，650MW核电机组，还相继研制出125、250、300、400、550MW的水轮发电机。变压器的最大容量已做到400MVA，电压最高为500KV。（2001年） 在中、小型核微型电机方面，已开发和制成125个系列，900多个品种，几千个规格的各种电机。在特殊电机方面，由于新的永磁材料的出现，制成了许多高效节能、维护简单的永磁电机。由于电机和电力电子装置、微型计算机相结合，出现了各种性能和形态各异的 “一体化电机”。,我国电机工业发展概况,电能的生产、传输和分配,电 机：机械能与电能相互转换的一种器械 按能源转换方式分： 电动机：电能转换成机械能 发电机：把机械能转换电能 按电源分： 直流电机：电流大小恒定 交流电机：电流按一定频率(50Hz/60Hz)交变 按功率大小分： 大型电机： 中小型电机： 微电机：中心高小于90mm或1500r/min时的折算功率小于1.1KW. 按应用领域分： 驱动电机 控制电机,二、电机的分类,电动机按电气类主要有以下几种类型：,电容运转电机,电机可按用途、工作方式、工作原理、防护方式、功率等许多形式进行分类，针对小功率电动机，分

4、类如下：,我司电机主要是：1）、单相电容运转电机、 2）、齿轮减速电容分相（单相异步起动）爪极式永磁同步电动机 3）、蜗轮蜗杆减速永磁直流电动机,异步电机 特点 1）单相交流异步电动机 优点：有结构简单,成本低廉,维修方便等特点 不足：与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大、运行性能较差、功率因数及过载能力都较低、效率较低，一般只制成小型和微型系列的电机（微型，几瓦750瓦；小型：550瓦3700瓦）。 广泛地应用家用电器上，风扇、冰箱、油烟机、洗衣机、吸尘器、自动控制、医疗机械、小型鼓风机等。,三、常见电机,2)三相交流异步电动机 优点：结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。（同功率、同转速的直流电动机相比，前者重量只及后者的二分之一，成本仅为三分之一） 不足：它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率（见异步电机），因而调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如传动轧机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变坏。因此，在大功率、低转速场

5、合（如拖动球磨机、压缩机等）不如用同步电动机合理。 广泛地应用在工业设备上，如机床、矿山机械、中央空调等,常见电机,同步电机 优点： 转速不随负载和电压而变化，只与频率相关。 运行稳定性好，具有较强的过载能力。 运行效率高，在低速时，同步电动机这一点尤为突出。 能以超前功率因数运行，有利于改善电网功率因数。 缺点： 不连续启动 应用范围： 恒速运行大型机械的驱动，如球磨机、至压机、鼓风机、各类大泵、主要用于发电机，现代工农业生产所需电能几乎都是有同步发电机 发出的）,常见电机,直流电机 1）直流有刷电机 优点：1.优良的调速特性，调速范围宽广、调速平滑、方便。 2.过载能力大，能承受频繁冲击负载，而且能设计成与负载 机械相适应的各种机械特性。 3.现快速起动、制动和逆向运转。 4.能适应生产过程自动化所需要的各种特殊运行要求。 缺点：有机械换向火花，有电刷的机械磨损 应用范围： 功率较大，用于轧钢机械、纺织机械；功率较小，用于汽车、小家电等 2） 直流无刷电机 优 点：启动电流小，响应快，力矩稳定，其电子换相方式灵活 ，可以方波换相或正弦波换相，容易实现智能化；免维护方便，效率 很高、

6、噪音小，长寿命，体积小。 不 足：造价高 应用范围：电动车、航空航天、数控机床，机器人，计算机外围设备。,常见电机,串激电动机 特点： 1）可交流、直流两用； 2）转速高，一般800035000转/分； 3）调速方便（调压调速），且转速与电源频率无关； 4）启动转矩大，46倍额定转矩； 5）机械特牲较软，过载能力强； 6）体积小，用料省； 7）不足：碳刷和换向器有磨损、换向火花、电磁干扰等 主要用途： 1）电动工具（电钻、角磨、电锯、砂光机、电刨） 2）园林工具（割草机、修枝剪、电链锯） 3）医疗器械（牙床机） 4）家用电器（吸尘器、电吹风、榨汁机、滚筒洗衣机）,常见电机,电动机选型原则 电机的发热和冷却 电动机运行条件 电机防护等级 电动机工作制 电动机绝缘等级 电动机额定电压 电动机额定功率 电动机额定转速 电动机功率选择,四、电机选型,主要内容,选择电动机的原则是电动机性能满足生产机械要求的前提下，优先选用结构简单、价格便宜、工作可靠、维护方便的电动机。在这方面交流电动机优于直流电动机，交流异步电动机优于交流同步电动机，笼型异步电动机优于绕线式异步电动机。 电动机的选择包括选择电

7、动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率，其中以额定功率的选择较为复杂。确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发热、过载能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。 电动机运行时的损耗，转变为热能，使电动机各部分温度升高。电动机允许温度主要决定于电动机所用绝缘材料的耐热等级。 根据耐热程度的不同，电动机常用绝缘材料分为五个等级。A E B F H 105 120 130 155 180 电动机的额定功率是指环境温度为标准值40时，电动机带额定负载长期连续工作，其稳定工作温度接近或等于绝缘材料允许的最高温度。研究电动机发热时，常用“温升”这一概念。所谓“温升”是电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值定为40。,四、电机选型,1、电动机选型原则,负载平稳，对起、制动无特殊要求的连续运行的生产机械，宜优先选用普通笼型异步电动机，普通的笼型异步电动机广泛用于机械、水泵、风机等。深槽式和双鼠笼是异步电动机用于大中功率，要求起动转距较大的生产机械、如空压机、皮带运输机等。 起动、制动比较频繁，要求有较大的起动、制动转矩的生产机械，如桥式起重机、矿井提升机、空气压缩机、不可

8、逆轧钢机等，应采用绕线式异步电动机。 无调速要求，需要转速恒定或要求改善功率因数的场合，应采用同步电动机，例如中、大容量的水泵，空气压缩机等。 调速范围要求在13以上，且需连续稳定平滑调速的生产机械，宜采用他励直流电动机或用变频调速的鼠笼式异步电动机，例如大型精密机床、龙门刨床、轧钢机、造纸机等。 要求起动转距大，机械特性软的生产机械，使用串励或复励直流电动机，例如电车、电机车、重型起重机等。,电机选型,（ 1）、电动机的发热 电动机运行过程中，各种能量损耗最终变成热能，使得电动机的各个部分温度上升，因而会超过周围环境温度。温度升高的热过渡过程，称之为电动机的发热过程，电动机温度高出环境温度的值称为温升。一旦有了温升，电动机就要向周围散热。当电动机单位时间发出的热量等于散出的热量时，温度不再增加，而保持一个稳定不变的温升，称为动态热平衡。 （2）、电动机的冷却 负载运行的电动机，在温升稳定以后，如果减少或去掉负载，那么电动机内耗及单位时间发热量都会随之减少。这样，原来的热平衡状态被破坏，变为发热少于散热，电动机温度就要下降，温升降低。降温过程中，随着温升减小，单位时间散热量也减少。当重

9、新达到平衡时，电动机不再继续降温，而稳定在一个新的温升上。这个温升下降的过程称为电动机的冷却过程。 （ 3 ）、电机的冷却方式 根据电机功率的大小及现场类型选择；如空冷、水冷、空水冷等电机。,2、电动机的发热与冷却,电机选型,环境条件: 海拔不超过 1000米。当运行地点的海拔指定超过1000米或冷却介质温度随海拔升高而下降时，电机的温升限值应做修正。 最高环境空气温度随季节而变化，但不超过40。当运行地点最高环境温度高于或低于40时，电机温升应做修正。 最低环境空气温度为 -15。但对功率小于600W（或VA）和带换向器或滑动轴承的电机最低环境温度为5。对用水作为冷却介质的电机，水和环境空气的最低温度为5。 环境空气相对湿度，运行地点的最湿月月平均最高相对湿度为90%，同时该月月平均最低温度不高于25,3、电动机的运行条件,电机选型,3、电动机的运行条件,电机选型,电气条件： 电源：交流电机应能适用于三相50Hz电源。 电压和电流的波形和对称性：交流电机的电源电压为实际正弦波形，对于多相电机，还应为实际平衡系统。 电动机当电源电压（如为交流电源时，频率为额定）在额定值的95%-105%之间变化，输出功率应仍能维持额定值。当电压发生上述变化时，电机的性能允许与标准的规定不同，但在电压变化达上述极限而电机做连续运行时，温升限值允许超过的最大值为：额定功率为1000KW（或KVA）及以下的电机-10K； 额定功率为1000KW（或KVA）及以上的电机-5K；交流电机当频率（电压为额定值）与额定值的变化不超过1%时，输出功率应仍能维持额定值。电压和频率同时发生变化（两者变化分别不超过5%和1%），若两者变化都是正值，两者之和不超过 6%；或两者变化都是负值或分别为正与负值，两者绝对值之和不超过5%时，交流电机输出功率仍能维持额定值。 负载条件： 电动机的性能应与启动、制动、不同定额的负载以及变频或调速等负载条件相适应，使用时，注意保持负载不要超越电机规定的能力；电机从空载到满载时，转子转少有下降，基本不变，轻负载时，功率因数及效率很低。,3、电动机的运行条件,电机选型,电机常用的防护等级有IP23、IP44、IP54、IP55、IP56、IP65,4、电动机的防护等级,电

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