毕业设计（论文）-电动机的认识、应用和维护文档格式.docx
《毕业设计（论文）-电动机的认识、应用和维护文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-电动机的认识、应用和维护文档格式.docx（32页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
正序：
U—V—W，此时电动机正转；
逆序：
任意两相对调，此时电动机反转。
即只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场反转，电动机反转。
2.1.3旋转磁场的旋转速度
（一）、P（磁极对数）=1在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度，即n（转速）=60f（频率）=3000r/min。
（二）、P=2两套三相绕组，在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度的一半，故当磁极对数增加一倍，旋转磁场的转速减少一半。
1、P对磁极旋转磁场的转速为
n=60f1
1 p
（2-1）
f1为交流电的频率，Hz；
p为电动机的磁极对数；
n1为旋转磁场的转速，
又称同步转速，r/min。
2.1.4转差率s
同步转速n1与电动机转速n只差称为转速差，转速差与旋转磁场转速n1之比称为异步电动机的转差率s，
s=n1-n
n1
n=60f1（1-s）p
（2-2）
（2-3）
2.1.5异步电动机的三中运行状态
1、电动机运行状态（0<
s<
1）
（1）当异步电动机刚开始启动的一瞬间，s=1；
（2）如转子转速n=n1则转差率s=0；
（3）异步电动机在正常状态下运行时，0<
1。
2、发电机状态（-∞<
0）
3、电磁制动状态（1<
+∞）
2.2三相异步电动机的结构
2.2.1分类
按其外壳防护方式的不同可分为开启型、防护型、封闭型三大类；
按电动机的不同结构又可分为笼型异步电动机和绕组转自异步电动机；
按其外形尺寸及功率的大小可分为大型、中型、小型异步机电动机等。
2.2.2结构
三相笼型异步电动机的结构如图1-1所示。
图1-1三相笼型异步电动机的结构图
1、定子
定子是指电动机中静止不动的部分，主要包括定子铁心、定子绕组、机座、端盖、罩壳等部件。
各部件作用如下：
定子铁心（由表面有绝缘层的硅钢片叠压而成）：
磁路的一部分，嵌放定子绕组；
定子绕组：
电路的一部分，能量转换的场所；
机座：
固定定子铁心和定子绕组；
端盖：
固定支撑转子，密闭。
（1）定子绕组
三相定子绕组根据其在铁心槽内的布置方式不同可分为单层绕组和双层绕组。
单层绕组用于功率较小的三相异步电动机中，而功率较大的三相异步电动机则采用双层绕组。
三相异步电动机定子绕组的主要绝缘项目有以下三种：
a、对地绝缘定子绕组整体与定子铁心之间的绝缘。
b、相间绝缘各相定子绕组之间的绝缘。
c、匝间绝缘每相定子绕组各线匝之间的绝缘。
（2）机座
封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积，防护式电机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气可以直接对流，有利于散热。
2、转子
转自指电动机的旋转部分。
包括转子铁心、转子绕组、风扇、转轴。
转子铁心作用磁路的一部分，嵌放转子绕组。
转子绕组是电路的一部分，分为笼型转子和绕线型转子两类。
3、其他附件
包括轴承、轴承端盖、风扇。
4、气隙
属于磁路部分，气隙大，则磁阻大，有电源提供的励磁电流大，使电动机运行的功率因数低，一般气隙约0.2至1.5mm。
2.2.3额定参数
1、额定功率PN
电动机在额定工作状态下运行时，允许输出的机械功率（kW）。
2、额定电流IN
电动机在额定工作状态下运行时，定子电路输入的线电流（Ａ）。
3、额定电压UN
电动机在额定工作状态下运行时，定子电路所加的线电压（380V）。
4、额定转速nN
电动机在额定工作状态下运行时的转速（r/min）。
5、接法
电动机三相绕组与交流电源的连接方法，分星接和角接两种。
6、定额工作制
a、连续定额电动机按铭牌值工作时可以长期连续运行。
b、短时定额电动机按铭牌值工作时只能在规定的时间内短时运行。
c、断续定额电动机按铭牌值工作时，运行一段时间就要停止一段时间，周而复始的按一定周期重复运行。
第三章三相异步电动机电力拖动
3.1电力拖动的基本知识
电力拖动系统由电源、电动机、控制设备、工作机构组成。
3.1.1电力拖动系统的运动状态（T：
拖动转矩
TL：
负载转矩）
1、T=TL
系统处于静止不动或匀速运动的稳定状态；
2、T>
TL
系统处于加速状态；
3、T<
系统处于减速状态。
3.1.2负载的机械特性
1、恒转矩负载的机械特性
a、反抗性恒转矩负载：
负载转矩大小不变但方向始终与工作机械运动的方向相反。
总是阻碍电动机的转动。
b、位能性恒转矩负载：
负载转矩大小和方向始终保持不变。
2、恒功率负载的机械特性：
转矩与转速成反比
3、泵、风机类负载的机械特性：
转矩与转速的平方成正比
3.2三相异步电动机的起动
3.2.1概述
起动是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程。
异步电动机的起动要求：
1、电动机应具有足够大的起动转矩；
2、在保证足够的起动转矩前提下，电动机的起动电流应尽量小；
3、起动所需的控制设备应尽量简单、力求价格低廉操作及维护方便；
4、起动过程中的能量消耗应尽量小。
3.2.2起动方式
1、三相笼型异步电动机的起动方式有两类。
（1）在额定电压下的直接起动（又称全压起动，用于容量小的电动机）
（2）降压起动（降低加在定子绕组上的电压）：
a、Y—D降压起动（起动电流小，起动转矩小，只能用于轻载或空载的设备上）；
b、定子串电阻（电抗）降压起动（不宜频繁起动）；
c、定子串自耦变压器降压起动（用于轻载或空载起动）；
d、延边三角形降压起动。
2、三相绕线型异步电动机的起动方式有两类：
（1）转子串电阻起动（逐级切除）；
（2）转子串频敏变阻器起动（铁心中产生的涡流损耗和磁滞损耗较大）。
3.3三相异步电动机的调速
调速就是用人为的方法来改变异步电动机的转速。
常用的调速方法有以下三种：
1、变极调速——改变定子绕组的磁极对数；
2、变频调速——改变供电电网的频率；
3、变转差率调速——改变电动机的转差率。
3.3.1变极调速
改变定子绕组的接线方式，就能改变磁极对数。
当每相定子绕组中有一般的电流方向改变时，磁极对数减半。
变极调速的优点是所需设备简单，缺点是绕组引出头较多，调速技术少，只用于笼型异步电动机。
3.3.2变频调速
变频调速具有调速范围宽、平滑性好、机械特性较硬等优点，有很好的调速性能，是异步电动机最理想的调速方法。
变频调速主要有两种控制方式，即恒转矩变频调速和恒功率变频调速。
3.3.3变转差率调速
其方式有降电压调速和转子串电阻调速。
改变转子电阻调速适用于绕线型异步电动机，改变定子电压调速适用于笼型异步电动机。
3.4三相异步电动机的制动
电动机的制动是指在电动机的轴上加一个与其旋转方向相反的转矩，使电动机减速或停转。
3.4.1分类
根据制动转矩产生的方法不同，可分为机械制动和电气制动两类。
机械制动通常是靠摩擦方法产生制动转矩，如电磁抱闸制动。
电气制动是使电动机所产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反来实现的。
三相异步电动机的电气制动有反接制动（包括倒拉反转制动、电源反接制动）、能耗制动和再生制动（又称回馈制动）三种。
3.4.2制动
1、机械制动
机械制动最常用的装置是电磁抱闸，它主要有制动电磁铁和闸瓦制动器两部分组成。
制动电磁铁包括铁心、电磁线圈和衔铁，闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦、杠杆和弹簧。
起动：
电磁线圈通电产生电磁力，闸瓦离开转轴，电机正常运行；
制动：
电磁线圈断电电磁力消失，在弹簧的作用下闸瓦抱住转轴，电机开始制动。
2、反接制动
a、倒拉反转制动：
转子串入足够大的电阻；
b、电源反接制动：
定子绕组串入限流电阻。
3、能耗制动
能耗制动控制就是在断开电动机三相电源的同时接通直流电源，此时直流电流流入定子的两相绕组，产生恒定磁场。
这种制动方法是利用转子转动时的惯性切割恒定磁场的磁通而产生制动转矩，把转子的动能消耗在转子回路的电阻上，所以称为能耗制动。
4、再生制动
电动机在额定工作状态下运行时，由于某种原因，是电动机的转速超过了旋转磁场的同步转速，则转子导体切割旋转磁场的方向与电动机运行状态时相反，从而使转子电流几所产生的电磁转矩改变方向，成为与转子转向相反的制
动转矩，电动机即在制动状态下运行，这种制动称为再生制动。
它可将机械能转变为电能反送回电网，因此又称回馈制动。
有两种情况：
一种是出现在位能负荷下放时，另一种出现在电动机变极调速或变频调速的过程中。
第四章单相异步电动机
在单项交流电源下工作的电动机称为单相电动机。
按其工作原理、结构和转速等的不同可分为三大类，即单相异步电动机、单相同步电动机和单相串励电动机。
4.1单相异步电动机的结构和工作原理
4.1.1单相异步电动机的结构
（1）定子铁心：
嵌放定子绕组，作为磁通的通路；
（2）定子绕组：
一般采用两项绕组的形式，即工作绕组和起动绕组，它们在空间相差90度电度角。
其作用是通入交流电，形成旋转磁场；
（3）机座：
支持固定电子铁心和绕组；
（4）端盖：
固定支撑转子，密封。
（1）转子铁心：
嵌放定子绕组，磁路的一部分；
（2）转子绕组：
采用笼型结构，切割磁场产生电磁转矩；
（3）转轴：
支撑固定定子铁心和绕组。
4.1.2单相异步电动机的工作原理
1、单相绕组的脉动磁场
单相异步电动机定子绕组通入单相交流电后，产生的磁场大小即方向在不断变化，但磁场的轴线却固定不变，把这种磁场成为脉动磁场。
2、两相绕组的旋转磁场（椭圆形）
在单相异步电动机定子上放置在空间相差90度的两相定子绕组，向这两项定子绕组中通入在时间上相差90度电角度的两项交流电流，产生旋转磁场。
4.1.3单相异步电动机分类
单相异步电动机分为电容分相式（包括电容运行单相异步电动机、电容起动单相异步电动机、双电容单相异步电动机）、电阻分相式、罩极式。
4.2电容分相单相异步电动机
4.2.1工作原理
工作绕组和起动绕组在空间的分布位置互差90度电角度。
在起动绕组的贿赂中串入电容，使两个绕组中电容相位互差90度，通入空间互差90度的两个定子绕组中，产生旋转磁场。
4.2.2分类
1、电容运行单相异步电动机
这类电动机起绕组和电容始终参与电动机的运行工作。
任意改变起动绕组
（或工作绕组）首端和末端与电源的接线，即可改变旋转磁场的转电容向，从而实现电动机的反转。
电容运行单相异步电动机常用于吊扇、台扇、电冰箱、洗衣机、空调器、通风机、录音机、复印件、电子仪表及医疗器械等各种空载或轻载起动的机械上。
2、电容起动单相异步电动机
这类电动机的起动绕组和电容只在电动机起动时起作用，当电动机起动即将结束时，将起动绕组和电容从电路中切除（可以用在电路中串联离心开关来实现）。
它在小型空气压缩机、电冰箱、磨粉机、医疗机械、水泵等满载起动的机械中适用。
3、双电容单相异步电动机
在起动绕组上接有两个电容器，其中一个电容仅在起动时接人，另一个电容则在全过程中均接入。
这类电动机主要用于要求起动转矩大，功率因数较高的设备上，如电冰箱、空调器、水泵、小型机车等。
4.3电阻分相单相异步电动机
电阻分相单相异步电动机的定子铁心上嵌放有两套绕组，即工作绕组和起动绕组。
在电动机运行过程中，工作绕组自始至终接在电路中。
为了增加起动时流过工作绕组和起动绕组之间的相位差（希望为90度电角度），通常可在起动绕组回路中串联或增加起动绕组本身的电阻。
由于起动绕组导线细，故流过
起动绕组导线的电流相应地比工作绕组中的大，因此，起动绕组只能短时工作，起动完毕必须立即从电源上切除。
电阻分相单相异步电动机具有结构简单，价格低廉；
使用方便等优点，主要用于小型机床，鼓风机，电冰箱压缩机，医疗器械等设备中。
4.4单相罩极电动机
单相罩极异步电动机按磁极形式的不同可分为凸极式和隐极式两种，凸极式按励磁绕组不值的位置不同又可分为集中励磁和单独励磁两种。
在单相罩极电动机每个磁极面的1/3至1/4处开有小槽，在小槽的部分极面上套有铜制的短路环，就好像把这部分磁极罩起来一样，所以称罩极电动机。
4.5单相异步电动机的调速及反转
4.5.1单相异步电动机的调速
单相异步电动机的调速原理与三相异步电动机一样可以用改变电源频率
（变频调速）、改变电源电压（调压调速）和改变绕组的磁极对数（变极调速）等多种，常用的调速调压（定子回路中调节工作绕组电压）又分为串电抗器调速、自耦变压器调速、串电容调速、绕组抽头法调速、晶闸管调速、PTC元件调速。
4.5.2单相异步电动机的反转
要使异步电动机反转就必须改变旋转磁场的方向，方向：
一种是把工作绕组（或起动绕组）的首端和末端与电源的接线对调；
另一种是把电容器从一组绕组中改接到另一组绕组中（此法只适用于电容运行单相异步电动机）。
第五章同步电动机
5.1电动机的工作原理和结构
5.1.1工作原理
1、在三相对称定子绕组中通入三相对称交流电，产生旋转磁场；
2、在励磁绕组中通入电流，磁极被磁化形成“磁铁”；
3、旋转磁场与磁极相互吸引，于是磁极以同速与旋转磁场通向转动。
同步电机是可逆的既可作为发电机也可作为电动机。
5.1.2基本结构
定子由定子铁心、定子绕组（三相对称）、机座、端盖、挡风装置等部件组成。
转子由隐极和凸极两种，凸极式同步电动机的转子主要有磁极（在励磁绕组中被通入的电流磁化）、励磁绕组（通入电流产生磁场）和转轴组成。
5.2起动方式
同步电动机的定子与异步电动机相似，在定子铁心中嵌入三相绕组，通入三相交流电后产生磁场。
同步电机的转子分为隐机式和凸极式。
转子有励磁绕组，通过电刷，滑环引入直流电，使转子产生一个磁场。
这个磁场由定子旋转磁场拖动，与旋转磁场同步转动。
同步电动机不能自行起动，要介入其他方法起动。
异步起动法是目前常用的方法。
这种方法是在凸极式同步电动机的转子上，装有与笼型异步电动机相似的起动绕组来实现，所以同步电动机的起动可分为两阶段：
异步起动、牵入同步。
5.3特点
同步电动机最大的特点是转速恒定，即有绝对硬的机械特性。
同步电动机还具有良好的过载能力。
同步电动机另一个特点是功率因数可以调节，改变同步电动机转子的励磁电流，可改变定子取用交流电源的功率因数。
当转子处于欠励状态时，同步电动机作为感性负载吸收电网感性无功功率；
当转子处于过励状态时，同步电动机变成容性负载，向电网输送感性无功功率。
因此，利用同步电动机这一特点，可使得电网的功率因数得以改善。
5.4应用
同步电动机是一种大型的电动机，它用来拖动送风机、水泵、球磨机、空气压缩机等大型的机械设备，其功率达数百千瓦甚至数兆千瓦（如蓄能电站的同步电机）。
第六章直流电动机
常见的旋转电机可以分为交流电机和直流电机两大类。
直流电机包括直流
发电机和直流电动机。
6.1直流电动机的工作原理
直流电经电刷、换向器被引入了电枢绕组，载流导体在磁场中会受到作用力，在磁场作用下产生电磁转矩，转子转动。
直流电动机固定部分成为定子，转动部分的铁心和线圈称为电枢，线圈的两端与两个半圆形的铜环相接，两个环称为换向片。
不论何时，N极下和S极上的导体中电流方向总是不变的，因此导体收到磁场力方向也不会变，转子总是按同一个方向旋转。
电机发出的电流方向不变，但大小还是在变化，有的瞬间是最大，有的瞬间是零，把这种方向不变，大小在变的电流称为脉动电流。
如上所述，直流电动机的电磁转矩是载流导体在磁场中受作用力而产生的。
电磁转矩T与定子磁通F，电枢电流Ia成正比。
即
T=CTFIa
（6-1）
式中，CT为与电动机结构有关的转矩常数。
直流电机转动时，电枢绕组切割磁感线而感应的电动势称为电枢电动势。
电枢电动势Ea与定子磁通F成正比，还与转子的转速n成正比，即
Ea=CEFn
（6-2）
式中CE为与电动机的结构有关的电动势常数。
6.2直流电动机的结构与分类
直流电动机和所有旋转电机一样，具有静止部分和转动部分，静止和转动部分之间要有一定的间隙。
静止部分称为定子，由主磁极、换向磁极、机座和电刷组成。
转动部分称为转子，在直流电动机中转子产生感应电动势及电磁转矩，因而称为电枢，它由电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴和风扇组成。
6.2.1静止部分
1、主磁极
主磁极的作用是产生一个恒定的主磁场，它由铁心（磁路部分）和励磁绕组（电路部分）组成。
2、换向磁极
他也是由铁心及绕在上面的绕组组成,与电枢绕组并联。
其作用是改善换向，减少电火花。
3、机座
机座的作用是固定支撑主磁极、换向磁极和端盖，是磁路的一部分。
4、端盖
端盖的作用是密封，支撑固定转轴。
5、电刷装置
电刷装置是电路引入引出场所。
6.2.2转动部分
1、电枢铁心
为了减少涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚且彼此绝缘的硅钢片叠压而成。
其作用除了嵌放电枢绕组外，它还是磁路的一部分。
2、电枢绕组
它是能量转换（机械能与电能）场所，也是电路的一部分。
3、换向器
换向器通过与电刷的摩擦接触，将两个电刷之间固定极性的直流电流变换成为绕组内部的交流电流，以形成固定方向的电磁转矩。
因此，它可改变电流的方向。
6.2.3直流电动机按励磁方式分类
励磁方式是指直流电动机主磁场产生方式。
直流电动机主磁场的获得通常有两类。
一类是由永久磁铁产生；
另一类是利用给主磁极绕组通入直流电产生，根据主磁极绕组与电枢绕组连接方式的不同，可分为他励、并励、串励、复励电动机。
1、永磁电动机
永磁电动机由永久性磁铁提供磁场。
它由于具有体积小、结构简单、重量轻；
损耗低、效率高、节约能源；
温升低、可靠性高、使用寿命长；
适应性强等突出优点而使用越来越广泛。
它在军事上的应用占有绝对优势，几乎取代了绝大部分电磁电动机；
其他
方面的应用如汽车用永磁电动机、电动自行车用永磁电动机、直流变频空调用永磁电动机等。
2、他励电动机
电枢绕组和励磁绕组分别有两个独立的直流电源供电，电枢电压与励磁电压彼此无关。
3、并磁电动机
f
励磁绕组与电枢绕组并联，由同一电源供电，励磁电压等与电枢电压，总电流I等于电枢电流Ia和励磁电流If之和，即I=Ia+I。
4、串励电动机
励磁绕组与电枢绕组串联后再接于直流电源，这时I=Ia=If。
5、复励电动机
这种电动机的励磁绕组分两部分；
并励绕组匝数多面线径细，与电枢并联，串励绕组匝数少而线径粗与电枢绕组串联。
6.3直流电动机的换向
电枢旋转时，一部分绕组元件在一定的时间内被电刷断路。
从这时刻起，元件由电枢绕组的一个支路转换到另一个支路，元件中电流的数值与方向都要改变，这个过程称为转换过程。
方法是把通入直流电动机的直流电变为交流电，实现换向。
6.3.1附加电流
换向时，换向元件C会产生电动势，引起附加电流，这就使得实现换向与理想换向存在着差别。
它产生的根本原因是存在自感电动势和旋转电动势。
1、自感电动势eL
直流电机一般换向周期很短，约为元件C中的电流变化很快，因而在元件
C上产生自感电动势eL
eL=-LC
diCdt
（6-3）
式中，LC为元件C的电感，符号表示自感电动势的方向阻碍磁场变化。
根据电磁感应定律，自感电动势的作用是阻碍换向元件中电流变化，因而
它的方向应和元件换向前的电流方向相同。
2、旋转电动势er
电枢旋转时，由于换向元件C在换向区域内切割外界磁场的磁通而产生感应电动势，称为旋转电动势。
旋转电动势er的方向取决于换向区域磁极的极性，
因而er与eL可能方向相同也可能相反。
一般应使er与eL方向相反。
因为eL是
阻止iC换向，这不是希望的。
由于上述两种电动势的存在，在换向元件C被点刷缩短路的回路中，将产生一个附加电流iK，iK的数值由下式求得
k
i=eL+er
（6-4）
r1+r2
附加电流iK对换向的影响，
升级会员 