電機基本原理及預防性試驗,廣西恒達電機科技有限公司,電機基本原理,一,電機現(xiàn)場周期預防性試驗,二,七,電機基本原理及預防性試驗,3,一.電機基本原理,一.電機的基本原理與分類,電機是一種機電能量轉換或信號轉換的電磁機械裝置。就能量轉換的功能來看，電機可分為兩大類。 第一類是發(fā)電機，它把機械能轉換為電能；通過原動機先把各類一次能源蘊藏的能量轉換為機械能，然后通過發(fā)電機把機械能轉換為電能。 第二類是電動機，它是把電能轉換為機械能，用來驅動各種用途的生產(chǎn)機械和其他裝置。它們的工作原理都是以電磁感應原理為基礎。,由于一次能源形態(tài)的不同，可制成不同的發(fā)電機。利用水力資源，與水輪機配合，可制成水輪發(fā)電機；利用煤、石油等資源的熱能，和鍋爐、汽輪機配合，可制成汽輪發(fā)電機。此外，還有利用風能、原子能、地熱能、垃圾等能源的各類發(fā)電機。 根據(jù)應用場合的要求和電源的不同，電動機有交流感應電動機、交流同步電動機、直流電動機，以及滿足不同需求的控制電機和特種電機等。,一.電機的基本原理與分類,二.異步電機 異步電機亦稱感應電機，定、轉子間靠電磁感應作用，在轉子內感應電流以實現(xiàn)機電能量轉換，感應電機一般用作電動機。 異步電動機是由電能轉換為機械能的一種交流電機，其負載時的轉速與所接電源頻率之比不是恒定值。而感應電動機是一種應用最為普遍的異步電動機，僅一套繞組(一般為定子繞組)連接電源，而轉子繞組不需與其他電源相連接，轉子繞組電流是感應產(chǎn)生的。在不致引起誤解或混淆的情況下，也可稱感應電動機為異步電動機。這里論及的電動機其實質為感應電動機。,二 .異步電機 異步電動機具有結構簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠，以及重量較輕，成本較低等優(yōu)點。同時有較高的運行效率和較好的工作特性，從空載到滿載范圍內接近恒速運行，能滿足大多數(shù)工農業(yè)生產(chǎn)機械和家用電器的傳動要求。異步電動機還便于派生成各種防護型式，以適應不同環(huán)境條件的需要。隨著電力電子器件及交流變頻調速技術的發(fā)展，由異步電動機和變頻器組成的交流調速系統(tǒng)的調速性能及經(jīng)濟性已可與直流調速系統(tǒng)相媲美，且使用維護簡便，因而應用愈來愈廣泛。 異步電動機在各種電動機中應用最廣，需要量最大，在各種電氣傳動系統(tǒng)中，有90左右采用異步電動機驅動，在電網(wǎng)總負載中，異步電動機占60左右。從用電量而言，使用量最大的是中小型三相異步電動機。,三. 同步電機,同步電機也是一種常用的交流電機，同步電機的特點是穩(wěn)態(tài)運行時，轉子的轉速n與電網(wǎng)頻率 f 之間具有固定不變的關系n=ns=60 f / p（轉分），轉速ns稱為同步轉速。若電網(wǎng)頻率不變，則穩(wěn)態(tài)時，同步電機的轉速恒為常值而與負載的大小無關。 從原理上看，同步電機既可用作發(fā)電機，亦可用作為電動機或補償機?，F(xiàn)代發(fā)電站中的交流發(fā)電機幾乎全部都是同步發(fā)電機，在工礦企業(yè)和電力系統(tǒng)中，同步電動機和補償機用得也不少 。,四. 直流電機,直流電機是電機的主要類型之一。直流電動機以其良好的起動性能和調速性能著稱，直流發(fā)電機供電質量較好，常常作為勵磁電源和某些工業(yè)中的直流電源。與交流電機相比，直流電機的結構較復雜，成本較高，可靠性較差，使它的應用受到限制。近年來，與電力電子裝置結合而具有直流電機性能的電機不斷涌現(xiàn)，使直流電機有被取代的趨勢。盡管如此，直流電機仍有一定的理論意義和實用價值。,五.電動機的主要性能指標,1.效率 電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，通常以百分數(shù)表示。 效率是電動機最重要的技術經(jīng)濟指標之一，直接影響電動機有效材料用量和運行費用。較高的運行效率可以為用戶帶來顯著的節(jié)能效果，但電動機的有效材料用量增加，成本及售價將要提高。同時，較高的效率能否充分發(fā)揮作用還與電動機的年運行時間和運行時負載率有關，電動機年運行時間越長，運行負載率越高，提高效率后的節(jié)能效果越顯著。2. 功率因數(shù) cos 電動機輸入有效功率與視在功率之比。3. 堵轉電流 I1（起動電流Ist） 電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時從供電回路輸入的最大穩(wěn)態(tài)方均根電流。,4. 電機的轉矩 電機額定輸出轉矩的工程計算公式為式中：T：電機的額定輸出轉矩（單位N.m） Pmech：電機的軸功率（單位kW） n：電機的額定轉速（單位r/min）5. 堵轉轉矩T1（起動轉矩Tst） 電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時所產(chǎn)生的轉矩的最小測得值。 增大轉子電阻，起動轉矩Tst將隨之增大，直到達到最大轉矩值為止。對于繞線型電機，可以在轉子中接入外加電阻來實現(xiàn)這一點。,五.電動機的主要性能指標,6. 最小轉矩Tu（Tmin） 電動機在額定電壓、額定頻率下，在零轉速與對應于最大轉矩的轉速之間所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)異步轉矩的最小值。7. 最大轉矩Tb（Tmax） 電動機在額定電壓、額定頻率下所能產(chǎn)生的最大穩(wěn)態(tài)異步轉矩。最大轉矩與電源電壓的平方成正比，與定、轉子漏抗之和近似成反比；最大轉矩的大小與轉子電阻值無關，最大轉矩與額定轉矩之比稱為過載能力，如果負載的制動轉矩大于最大轉矩，電動機就會停轉。為保證電動機不因短時過載而停轉，通常最大轉矩倍數(shù)取1.62.5。8. 噪聲 電動機在空載穩(wěn)態(tài)運行時A計權聲功率級（dB(A)），以及在額定負載運行時超過空載運行的噪聲聲功率級增量。9. 振動 電動機在空載穩(wěn)態(tài)運行時振動速率有效值（mm/s）,五.電動機的主要性能指標,13,13,1. 旋轉磁場的產(chǎn)生,旋轉磁場：按一定規(guī)律分布的磁場，極性和大小不變，圍繞一個軸心在空間以一定轉速不斷旋轉的磁場。,A-X、B-Y、C-Z三個線圈的始端（或末端）在空間上彼此互隔120分布在定子鐵心內圓的圓周上，構成了對稱三相繞組。把三個繞組接成星形，并接通對稱的三相電源上，于是，在定子三相繞組中通過三相電流。,旋轉磁場是如何產(chǎn)生的？,六. 三相異步電動機的工作原理,三相繞組作星形連接,14,14,B相從A相后移120C相從B相后移120A相從C相后移120,當三相對稱繞組接上三相對稱電源，就產(chǎn)生旋轉磁場。,N,S,N,N,N,S,S,S,以記號 表示流入，以記號流出,15,15,1. 旋轉磁場的產(chǎn)生,獲得旋轉磁場的條件：1） 有一組三相對稱的繞組，也即三個線圈組成的三相繞組在空間位置必須互成120。2） 在對稱的三相繞組中通過對稱的三相電流。,旋轉磁場的轉向與三相電流的相序一致。若要改變磁場的轉向，只要改變通入定子繞組的三相電流的相序，即變更任意兩根電源的進線，便可達到改變磁場轉向的目的。,如何改變旋轉磁場的轉向？為什么？,六. 三相異步電動機的工作原理,16,16,N1,N2,S2,S1,N1,S1,S2,N2,N1,S1,N1,S1,N2,N2,S2,S2,4 極旋轉磁場示意圖,17,17,式中，ns為同步轉速，單位r/min；,p 極對數(shù)； f1 交流電源的頻率。,可以看出，當交流電流變化一周時，一對磁極的旋轉磁場在空間轉過360，兩對磁極的旋轉磁場只轉過180。顯然兩對磁極較一對磁極旋轉磁場的速度慢了一半，以此類推，電流變化一周時（360電角度），其旋轉磁場就在空間轉過1/p 轉，若定子電源的頻率為 f1，則旋轉磁場每分鐘轉速ns為,六. 三相異步電動機的工作原理,18,18,2. 三相異步電動機的工作原理,三相異步電動機圓柱形的轉子鐵心上，嵌有均勻分布的導條，導條兩端分別用端環(huán)將它們連接成一個整體。 三相異步電動機的定子鐵心上嵌有三相對稱繞組，接通三相對稱電源后，在定子、轉子之間的氣隙內產(chǎn)生了以同步轉速旋轉的旋轉磁場。 轉子導條被這種旋轉磁場切割，在導條內產(chǎn)生感生電流，磁場又對導條產(chǎn)生電磁力。于是轉子就跟著旋轉磁場旋轉。,右手定則決定電流方向,左手定則決定導條受力方向,六. 三相異步電動機的工作原理,19,19,三相異步電動機定子接三相電源后，定子中會有三相電流，定子電流產(chǎn)生圓形旋轉磁動勢，圓形旋轉磁密，若轉子靜止，轉子鼠籠導條與旋轉磁密有相對運動而感應電動勢，由于轉子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流的方向同電動勢方向，這樣，導條就在磁場中受力，用左手定則確定受力方向。轉子受力，產(chǎn)生電磁轉矩，如果電磁轉矩能克服負載轉矩，轉子便就能旋轉起來，并加速旋轉。,轉子旋轉后，轉速為n，只要nns(ns為旋轉磁動勢同步轉速），轉子導條與磁場仍有相對運動，產(chǎn)生與轉子不轉時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉矩仍舊為逆時針方向，轉子繼續(xù)旋轉，穩(wěn)定運行?？梢?，異步電動機轉子的轉速n不可能達到同步轉速ns，異步二字就由此而來。,2. 三相異步電動機的工作原理,六. 三相異步電動機的工作原理,20,20,3. 三相異步電動機的結構,六. 三相異步電動機的工作原理,21,21,22,22,3. 三相異步電動機的結構,六. 三相異步電動機的工作原理,23,23,3. 三相異步電動機的結構,六. 三相異步電動機的工作原理,3.1 定子,定子是異步動機的靜止部分，由定子鐵心、定子繞組和機座等部件組成。,機座,有繞組定子鐵心,定子繞組電路部分感應電勢。定子鐵心磁路部分，放置定子繞組。 一般采用導磁性能良好和比損耗小的電工硅鋼片疊成。 為了嵌放定子繞組，在定子鐵心內圓沖出許多形狀相同的槽定子槽。,（1）定子鐵心：,定子鐵心作為電機的磁路，一般由0.350.5mm厚的硅鋼片沖制、疊壓而成。鋼片的表面涂有絕緣漆，內園表面沖有均勻分布的槽，槽內嵌韓定子繞組，槽形可分為開口、半開口等幾種形式。,異步電機定子沖片,(a) 半閉口槽 (b) 開口槽 (c)半開口槽感應電動機的定子槽形,（1）定子鐵心：,半閉口槽形的優(yōu)點是電動機的效率和功率因數(shù)較高，缺點是繞組絕緣和嵌線比較困難，一般用于中小型電動機中。 半開口槽形可以嵌放成型繞組，一般用于大型低壓電動機中。 開口槽形可以嵌放成型繞組，繞組可以事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內，因此繞組的絕緣處理比半閉口槽形方便，用于高壓電動機中。,(a) 半閉口槽 (b) 開口槽 (c)半開口槽感應電動機的定子槽形,（1）定子鐵心：,（2）定子繞組：,定子繞組的作用是通入三相交流電流，產(chǎn)生旋轉磁場。通常繞組是用高強度漆包線繞制成各種型式的線圈，嵌入定子槽內。大容量的電動機采用成型線圈，經(jīng)過絕緣處理后，再嵌放在定子槽內。,（2）定子繞組：,電機每相繞組的匝數(shù)和導線截面積，是按照每相額定電壓和電流設計的。使用時，如果三相電源電壓（線電壓）等于電動機每相額定電壓，繞組可采用三角形接法；如果電源電壓是每相繞組電壓的 ，則需采用星形接法。,（2）定子繞組：,a)形接法 b）Y形接法三相電動機接線板端子排列,（2）定子繞組：,三相繞組可接成星形（Y）或接成三角形（）。為了便于接線，常將三相繞組的六個出線頭引至接線盒中，,（2）定子繞組：,三相繞組可接成星形（Y）或接成三角形（）。為了便于接線，常將三相繞組的六個出線頭引至接線盒中，,（2）定子繞組：,三相繞組可接成星形（Y）或接成三角形（）。為了便于接線，常將三相繞組的六個出線頭引至接線盒中，,（3）機座：,機座的作用是固定定子鐵心和定子繞組，并以兩個端蓋支承轉子，同時期保護整個電動機和散發(fā)電動機運行中所產(chǎn)生的熱量的作用。 機座一般采用鑄鐵件、鋼件等制成。,3.2 轉子,轉子是電動機的旋轉部分，由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸和滑環(huán)等部件組成。,籠型轉子,（1）.轉子鐵心,轉子鐵心作為電動機磁路的一部分，是由0.350.5mm厚的硅鋼片沖制、疊壓而成。固定在轉軸上。轉子表面沖有均勻分布的槽，槽內嵌放轉子繞組。為了改善電動機的起動性能，鼠籠式電動機轉子的鐵心，一般采用斜槽結構（即轉子的槽并不與軸線平行，而是傾斜一個角度）。此外，還有雙鼠籠和深槽結構。,繞線轉子鐵心,轉子鐵心槽形,鑄鋁轉子,（1）.轉子鐵心,（2）.轉子繞組,用以切割定子磁場，產(chǎn)生感應電勢和電流，并在旋轉磁場作用下使轉子轉動。按結構型式不同，可分為鼠籠式轉子和繞線式轉子兩種。 鼠籠式轉子繞組是由安放在槽內的裸銅導體，這些導體兩端焊接在端環(huán)上，因其形狀和鼠籠一樣，所以叫鼠籠式轉子，采用離心鑄鋁或低壓鑄鋁一次澆鑄成型。,銅排籠型轉子,鑄鋁籠型轉子,（2）.轉子繞組,繞線式轉子繞組和定子繞組基本相同。其極對數(shù)和定子繞組一樣，三相繞組的末端連在一起作星形連接，三個始連接在三個滑環(huán)上，與外電路相連接。,繞線轉子,U,V,W,KLM,（3）.轉軸,用以傳遞轉矩，支撐轉子的重量，一般由鋼及合金鋼經(jīng)過機械加工而成。,轉軸,（4）.滑環(huán)與電刷,作為繞線式異步電動機轉子繞組與電路連接的部件，三個滑環(huán)與轉軸之間，都要彼此絕緣。通過電刷和滑環(huán)與起動變阻器相連接。滑環(huán)在材料有青銅、黃銅、低碳鋼等。電刷常用的有石墨、電化石墨、金屬石墨等。,集電環(huán)與刷架,（5）.氣隙,氣隙大小對電機性能影響很大。 氣隙越大，磁阻越大，產(chǎn)生同樣大小的旋轉磁場需要的勵磁電流越大。使功率因數(shù)變壞。 但氣隙大可以減小氣隙磁場中的諧波含量，減小附加損耗，改善啟動性能。 氣隙過小，安裝困難，運行不安全。,（6）.其它,異步電動機的結構件還包括端蓋（分別裝在機座的兩側，起支撐轉子的作用，軸承（連接轉動部分與靜止部分，采用滾動軸承或滑動軸承，減少摩擦）軸承蓋。,鑄鐵端蓋,滾動軸承,45,45,假定線圈abcd在恒定磁場中勻速旋轉，則線圈中會感應出一個交變的電動勢。,1、直流電動勢的產(chǎn)生,七 直流電機的工作原理和基本結構,46,46,換向器的構成,七 直流電機的工作原理和基本結構,將集電環(huán)1、2改成為對徑放置的兩個弧形導電片，兩導電片在未與線圈相聯(lián)時，彼此間是相互絕緣的，這就是簡單的換向器，導電片稱為換向片。,47,47,如果線圈旋轉，在交變電動勢改變方向的過程中，將電刷A、B與集電環(huán)1、2的接觸加以變換，則可以在電刷A、B兩端獲得直流電動勢。,1、直流電動勢的產(chǎn)生,七 直流電機的工作原理和基本結構,48,48,當原動機驅動電機轉子逆時針旋轉 后，如右圖。,可見，和電刷A接觸的導體總是位于N極下，和電刷B接觸的導體總是位于S極下，,導體ab在S極下，a點低電位，b點高電位；導體cd在N極下，c點低電位，d點高電位；電刷A極性仍為正，電刷B極性仍為負。,1、直流電動勢的產(chǎn)生,49,49,2.直流發(fā)電機基本工作原理,E,E,輸出直流電,換向,原動機,感應電動勢、電流,電磁轉矩（阻轉矩）,驅動,電磁 關系,直流發(fā)電機就將機械能轉變成電能,50,50,換向器和電刷作用,將線圈中的交流電勢整流成刷間的直流電勢；把轉動的電路與外面不轉的電路連接。,2、直流發(fā)電機的基本工作原理,從刷間電勢波形看，電勢脈動很大，為了減小電勢的脈動程度，實際電機采用很多元件組成電樞線圈，均勻分布在電樞表面，并按一定規(guī)律連接，刷間串聯(lián)元件數(shù)增多，脈動減小，就得到所需的直流電。,平滑波形,51,51,有4個線圈的直流電機，在電刷A、B間的電動勢等于其間串聯(lián)各線圈的電動勢的代數(shù)和。從波形看，電刷間電動勢的脈動大為減小，若每極下有8個線圈時，脈動值最大也不會達其平均值的1%。,2、直流發(fā)電機的基本工作原理,有4個線圈的直流電機及其電動勢波形,52,52,平均電磁轉矩的產(chǎn)生,當線圈中電流流動，根據(jù)左手定則載流導體受電磁力而產(chǎn)生的轉矩方向與驅動方向相反，如果電流的大小不變，磁通密度在垂直于導體運動方向的空間按正弦規(guī)律分布，線圈勻速旋轉，其波形如下所示；,2、直流發(fā)電機的基本工作原理,由于電磁轉矩方向與驅動方向相反，因此是阻力距。,53,53,平均電磁轉矩的產(chǎn)生,左圖中，在具有集電環(huán)結構的電機中，由電刷A、B通入直流電流，根據(jù)左手定則，要想產(chǎn)生一個單方向的平均電磁轉矩是不可能的。因為，當導體位于不同機型的磁極下時，導體中流過的電流必須改變方向，才能使電磁轉矩的方向保持不變。,3、直流電動機的基本工作原理,54,54,平均電磁轉矩的產(chǎn)生,采用與發(fā)電機相同結構，通過電刷A、B流過直流電流，電流從電刷A流進，自B流出，根據(jù)左手定則，載流導體受電磁力而產(chǎn)生的轉矩方向都是逆時針方向，如果電流的大小不變，磁通密度在垂直于導體運動方向的空間按正弦規(guī)律分布，線圈勻速旋轉，其波形如下所示；,3、直流電動機的基本工作原理,55,55,平均電磁轉矩的產(chǎn)生,由波形圖可以看出，轉矩是變化的，除了平均轉矩外，還包括交變轉矩。為了減小交變轉矩的脈動，可以增多線圈的數(shù)目。,3、直流電動機的基本工作原理,直流電動機就將電能轉變成機械能。,換向器恰好又擔負了把電刷外的直流電流改變?yōu)榫€圈內的交流電流的任務。,換向器和電刷作用,56,56,電樞繞組,N,S,a,b,c,d,電刷,換向片,轉動方向,磁極,3、直流電動機的基本工作原理,57,57,4. 直流電機的基本結構,58,58,4. 直流電機的基本結構,1風扇；2機座；3電樞；4主磁極；5刷架；6換向器；7端蓋；8-換向極；9出線盒；10接線板,59,59,4. 直流電機的基本結構,(1)、定子,定子通常指磁路中靜止部分及其機械支撐，包括機座、磁軛、主極、換向極等。 1）機座與磁軛 機座有兩種型式：整體（磁軛）和疊片（磁軛）機座。 整體（磁軛）機座，擔負雙重任務，即作為電機的機械支撐（機座），又是磁極間磁通的通路（磁軛）。所用的材料要求具有良好的導磁性能，因此一般不用鑄鐵，而用鑄鋼或鋼筒做成。并且，為了使磁路中的磁通密度不致太高，要求有一定的導磁面積，這常使其在機械強度和剛度上大有富余。 在調速要求高的電機中，這種整塊鋼做成的磁軛，比較不利。因為調速而要求主極磁通相應的有快速變化時，定子磁軛中的渦流效應常常阻尼了這種變化，使時間常數(shù)變大，同樣的原因會對換向不利，在這種情況下，就必須采用疊片（磁軛）機座以減少渦流效應。其磁軛用幾毫米厚的薄鋼板疊成，鋼板間涂漆，相互絕緣，整個疊片磁軛固定在機座上，此時機械支撐與磁軛的作用分開，這樣的機座可以用鑄鐵；中大型電機常用鋼板焊成。,4. 直流電機的基本結構,(1)、定子,2）主磁極 主磁極的作用，是使電樞表面的氣隙磁通密度在空間按一定形狀分布，并且能在磁極上固定勵磁繞組。 主磁極通常用0.5-3mm厚的低碳鋼板沖成一定的形狀的沖片，然后疊壓成凸形磁極，主極疊片一般用鉚釘鉚成整體，再用螺釘固定在機座內腔（磁軛）上。,4. 直流電機的基本結構,中大型直流電機主極沖片,主磁極裝配,主極裝配圖,2）主磁極-勵磁繞組 主極勵磁繞組又稱為主極繞組，它是集中式矩形線圈，繞制好后套裝在凸極上，是產(chǎn)生主磁場的基本部件。當繞組通過電流時，每個磁極將交替呈現(xiàn)N極和S極，應使相鄰的主磁極的極性相反，因此定子相鄰主極線圈必須反接串聯(lián)。容量大的電機采用并聯(lián)接線，但必須保持其極性不變。 永磁式的主磁極采用永久磁鐵制成，故沒有主極繞組。,4. 直流電機的基本結構,勵磁繞組極性與接線a）串聯(lián)接線 b)并聯(lián)接線,2）主磁極-補償繞組 補償繞組，嵌裝在主磁極的極靴上，補償繞組與電樞繞組串聯(lián)，其電流方向與所對應的主磁極下電樞繞組的電流方向相反，從而補償交軸電樞反應。,4. 直流電機的基本結構,補償繞組示意圖,2）主磁極-補償繞組 大中型的直流電機一般電樞電流較大，電樞反應將使氣隙磁場嚴重畸變，從而形成換向片間的電位差火花而導致環(huán)火。如果在主磁極的極靴槽中安裝補償繞組，并和電樞繞組串聯(lián)，補償繞組產(chǎn)生的磁動勢與電樞繞組磁動勢方向相反，從而消除交軸電樞磁動勢的影響，使氣隙磁場在負載時不產(chǎn)生畸變，可消除電位差火花，防止環(huán)火。另一方面補償繞組與換向極繞組同軸，兩者在交軸所建立的磁動勢方向相同，從而可使換向極繞組安匝數(shù)減小，以減小換向極的漏磁通，提高換向極磁路的線性度。改善電機運行和承受沖擊負荷的換向性能。,補償繞組示意圖,2）主磁極-補償繞組 由于補償繞組用銅量較多，結構復雜，因此只在大中容量的直流電機中才采用。 補償繞組的接線方式有三種： 1）全部補償線圈串聯(lián)后，與換向極繞組串聯(lián)于電樞一端。 2）全部補償線圈串聯(lián)后，與換向極繞組分別串接在電樞兩端。 3）每極補償繞組分別與同極性的換向極逐個穿插串聯(lián)。,4. 直流電機的基本結構,帶換向繞組和補償繞組的電樞繞組,補償繞組的安置展開圖,2）主磁極-補償繞組 補償繞組的基本結構型式有三種： 1）菱形補償繞組，一般由漆包園線繞制，用于梨形補償槽的小型電機。 2）同心式補償繞組由外包絕緣的扁銅線繞制，用于開口補償槽的中型電機，為了減少補償齒槽對電樞表面鐵耗的影響，采用磁性槽楔。 3）條式補償繞組由裸銅排制成，分直線和端線兩部分，嵌線時，將外包絕緣的直線部分穿入半閉口或閉口的補償槽內，然后聯(lián)接端線部分，組成線圈。為了防止補償繞組在電磁力的作用下發(fā)生移動，在端部用絕緣墊塊和玻璃絲帶綁扎。,4. 直流電機的基本結構,(1)、定子,3）換向極 換向極安裝在相鄰兩主極之間，故稱為間極或附加極，其作用是幫助換向，減小火花而設置。一般有幾個主極就有幾個換向極。 換向極形狀簡單，常用厚鋼板刨削而成，同樣，在磁通變化快而換向要求高的場合，換向極也要求用鋼片絕緣后疊裝而成。 換向極上裝有換向極線圈，一般有粗的扁銅線繞成，只有幾匝，換向極繞組總是與電樞繞組串聯(lián)。,4. 直流電機的基本結構,換向極結構,3）換向極 換向極繞組的極性不能接錯，否則會產(chǎn)生環(huán)火而把換向器損壞。換向極與主極極性必須遵循一定的關系，即運用于電動機時，換向極極性應與順轉向前面的主極極性相反，用作發(fā)電機則與順轉向前面的主極極性相同。,4. 直流電機的基本結構,換向極與主磁極的極性關系,用作電動機,用作發(fā)電機,3）換向極 換向極的作用是：當電機有負載時，電樞電流流過換向極繞組產(chǎn)生磁動勢，其方向與交軸電樞磁動勢相反，其大小則應除抵消換向極下交軸電樞反映磁動勢外，還要在換向區(qū)內建立一個適當?shù)耐獯艌?，即換向磁場，使換向元件產(chǎn)生附加電動勢，以抵消電抗電動勢，就可使換向元件的總電動勢接近零值，從而改善電機的換向。,4. 直流電機的基本結構,裝置換向極改善換向,(2)、轉子,轉子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇、轉軸和軸承。 1）電樞鐵心 它提供主極下的通路，當電樞在磁場中旋轉時，鐵心中的磁通方向不斷變化，因而也會產(chǎn)生渦流和磁滯損耗，通常用0.5mm厚的硅鋼片或冷軋硅鋼片疊成，片間涂絕緣漆以減少損耗，硅鋼片上還沖出轉子槽，以便嵌放電樞繞組。,4. 直流電機的基本結構,電樞沖片,容量稍大的電機，電樞鐵心在軸向分成幾段，各段留出10mm左右的間隙，作為徑向通風溝。,(2)、轉子,轉子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、風扇、轉軸和軸承。,4. 直流電機的基本結構,1風扇；2繞組；3電樞鐵心；4綁帶；5換向器；6軸,(2)、轉子,2）電樞繞組 用帶絕緣的銅導線繞成一個一個的線圈元件，嵌放在電樞鐵心的槽中，各元件按一定的規(guī)律連接的相應的換向片上，全部這些元件就組成了電樞繞組。 元件可以是多匝的，也可能只有一匝，繞組導線的截面積決定于元件內通過電流的大小，小電機一般用帶絕緣的園導線；電流較大的用矩形截面的導線。,4. 直流電機的基本結構,繞組元件在槽中的位置,(2)、轉子,3）換向器 換向器由許多換向片組成，這些換向片彼此以云母片相互絕緣，全部又以云母環(huán)對地絕緣，換向片由梯形銅排制成，尾端開溝或接有連接片（稱升高片），以供電樞繞組元件端線焊于其中。 換向器的結構型式有多種，中小型電機常用燕尾式，以使用V形截面的壓圈夾緊，在燕尾與V形壓圈間墊以V形云母環(huán)，使其互相絕緣。,4. 直流電機的基本結構,1套筒；2壓圈；3V形云母環(huán)；4換向片；5云母片；6壓圈,(2)、轉子,3）換向器 換向器的直徑總是小于電樞直徑，為了使電樞繞組的接頭與換向片相連接，升高片是換向片與電樞繞組的中間聯(lián)接零件。在小型電機中，換向器直徑與電樞直徑相差較小，也可將換向片的一端加高來省去升高片。,4. 直流電機的基本結構,升高片與換向片的聯(lián)接,3)換向器,常用的中小型換向器結構1-螺母；2-V形壓圈；3-V形絕緣環(huán)；4-換向片；5-絕緣套筒；6-套筒；7-螺釘；8-緊固螺釘,(3)、其他部分,1）電刷裝置 直流電機電樞繞組和電流均通過電刷裝置與外電路相接，電刷本身是由石墨等做成的導電塊，放在刷握內，刷握再裝于刷架上，根據(jù)電流大小的不同，每個刷架上裝有一個電刷或一組并聯(lián)的電刷，同極性刷架上的電流匯集成一起后，引向接線板，再通向機外。電刷組的數(shù)目一般等于主極的數(shù)目，各電刷組在換向器表面的分布應是等距的，電刷有一定的正確位置。,4. 直流電機的基本結構,1電刷；2刷握；3彈簧壓板；4刷架座；5刷桿,(3)、其他部分,2）軸承支撐 中小電機一般用滾動軸承，大型電機用滑動軸承。中小電機的軸承座固定于機座兩端的端蓋上，安裝運行比較方便。在大型電機中，用座式軸承直接支撐在電機底板上。安裝時，要求來調整軸的中心位置。,4. 直流電機的基本結構,直流電機軸承,(3)、其他部分,3）結構型式 直流電機的結構型式與其他交流電機一樣，根據(jù)不同的冷卻方式，分為開啟式、防護式、封閉式幾種。 氣隙 為了使電機能夠運轉，定子和轉子之間要留有一定大小的間隙，此間隙稱為氣隙，它是主磁路的重要組成部分，氣隙磁場是電機進行能量轉換的媒介，氣隙的大小和氣隙磁場的分布及其變化對電機運行影響很大。在小容量電機中，氣隙約13mm；在大電機中，可達1012mm 。,4. 直流電機的基本結構,(3)、其他部分,4）銘牌和額定值 額定值 是制造廠對直流電機在指定工作條件下運行時所規(guī)定的一些量值。在額定狀態(tài)下運行時，可以保證電機長期可靠地工作。并具有優(yōu)良的性能。額定值也是制造廠和用戶進行產(chǎn)品設計或試驗的依據(jù)。額定值通常標在各電氣的銘牌上，故又叫銘牌值。,4. 直流電機的基本結構,直流電機機組,(3)、其他部分 4)銘牌和額定值,4. 直流電機的基本結構,直流電機的額定數(shù)據(jù)主要有以下幾種。1、電機型號：說明電機總的特點（它適宜應用的場所、功率范圍、尺寸等的大致概念）2、額定容量（功率）PN （單位：kW） 直流電動機 PN =UNINN （輸出機械能） 直流發(fā)電機 PN =UNIN （輸出電能）3、額定電壓UN （單位：V） 在額定情況下，電刷兩端輸出（發(fā)電機）或輸入（電動機）的電壓。4、額定電流IN （單位：A） 在額定工況下，電刷流入或流出的電流。5、額定轉速nN （單位：r/min） 在額定功率、額定電壓、額定電流時電機的轉速。6、勵磁電壓UfN （單位：V）/ 勵磁電流IfN （單位：A）,4）.銘牌和額定值,7、勵磁方式： 電機勵磁繞組供電方式；指并勵、串勵、他勵、復勵。8、定額：表示電機在額定情況下連續(xù)運轉時，溫升不會超過允許值。9、絕緣等級：絕緣等級越高，允許溫升就高。10、銘牌上沒有的額定值：額定轉矩TN 、額定效率N 其中TN =9.55 PN / nN N ：在帶額定負載運行時，輸出的機械功率與輸入功率之比。,4）.銘牌和額定值,5)、線端標志,在實際運行時，電機各物理量在額定值時的運行，稱為額定運行。電機處于額定運行狀態(tài)，具有良好的性能，工作可靠。當電機電流小于額定電流時的運行，稱為欠載運行，電機長期欠載，效率不高，造成浪費；當電機電流大于額定電流時的運行，稱為過載運行，長期過載，使電機過熱，降低使用壽命甚至損壞電機。所以額定值是選擇電機的依據(jù)，應根據(jù)實際使用情況，合理選擇電機容量，使電機工作在額定運行狀態(tài)。,6）電機使用時注意事項,5、 勵磁方式,直流電機的勵磁方式是指勵磁繞組獲得勵磁電流的方式。除永磁式直流電機外，直流電機的磁場都是通過勵磁繞組通入電流激勵而建立的。按勵磁方式不同可分為四種：他勵、并勵、串勵和復勵。 （1）他勵 勵磁繞組接在獨立的電源上，與電樞繞組無關。 （2）并勵 勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。 （3）串勵 勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。 （4）復勵,5、 勵磁方式,直流電動機的勵磁方式,直流發(fā)電機的勵磁方式,（1）他勵：直流電機的勵磁電流由其它直流電源單獨供給。如圖所示。,他勵直流發(fā)電機的電樞電流和負載電流相同，即：,（2）并勵：發(fā)電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯(lián)。且滿足。 。,5、 勵磁方式,（3）串勵：勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián)。滿足 。,5、 勵磁方式,（4）復勵：并勵和串勵兩種勵磁方式的結合。電機有兩個勵磁繞組，一個與電樞繞組串聯(lián)，一個與電樞繞組并聯(lián)。,5、 勵磁方式,直流發(fā)電機勵磁方式分類,他勵,串勵,復勵,并勵,一種靜止的電機將一種電壓的電能轉換為另一種電壓的電能。用途分類：電力變壓器，電力系統(tǒng)傳輸電能電爐變壓器，專給煉鋼爐供電整流變壓器，大型電解電鍍、直流電力機車供電儀用變壓器、控制變壓器無線電變壓器，僅傳輸信號。,3.1 變壓器的分類、基本結構、額定值一、變壓器的分類,電力變壓器,變壓器的總容量大致相當于發(fā)電機容量的三倍。輸電過程中，通常將電壓升高，通過高壓輸電線傳送到遠方的城市，經(jīng)過降壓變壓器降為10kv電壓，再經(jīng)過配電降壓變壓器分配給用戶。輸送同樣的功率，電壓低則電流大，一方面由于大電流在輸電線路上引起損耗，另一方面大電流在線路阻抗上產(chǎn) 生大的壓降，受電端電壓很低，電能傳送不出去。只有高電壓能將電能輸送到遠方。,配電變壓器,變壓器類別-變壓方式,升壓變壓器升高電壓的變壓器降壓變壓器降低電壓的變壓器特殊變壓器 ，如試驗用高壓變壓器、電爐用變壓器、電焊用變壓器、晶閘管線路中的變壓器、用于測量儀表的電壓互感器和電流互感器等等,變壓器類別-線圈數(shù)目,雙繞組變壓器，在鐵芯中有兩個繞組，一個為初級繞組，一個為次級繞組 自耦變壓器，初級、次級繞組合為一個 三繞組變壓器，三個繞組連接三種不同電壓的線路多繞組變壓器，如分裂變壓器,變壓器類別-冷卻方式,油浸式變壓器鐵芯和繞組都一起浸入灌滿了變壓器油的油箱中，可以加強絕緣和改善冷卻散熱條件干式變壓器 ，能滿足特殊要求，如安全,變壓器類別-相數(shù),單相變壓器三相變壓器,二、電力變壓器的基本結構,基本結構：油浸式變壓器的主要結構部件：鐵心、繞組、油箱、絕緣套管等。,（一）鐵心,由心柱和鐵軛兩部分組成，心柱用來套裝繞組，鐵軛將心柱連接 起來，使之形成閉合磁路為減少鐵心損耗，鐵心用厚0.300.50mm的硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。在大型電力變壓器中為提高磁導率和減少鐵心損耗，常采用冷軋硅鋼片；為減少接縫間隙和激磁電流，有時還采用由冷軋硅鋼片卷成的卷片式鐵心。,1、心式 心柱被繞組所包圍,心式結構的繞組和絕緣裝配比較容易，所以電力變壓器常常采用這種結構。,特點,鐵心包圍繞組的頂面、底面和側面。,殼式變壓器的機械強度較好，常用于低壓、大電流的變壓器或小容量電訊變壓器。,特點,2、殼式,（二）繞組,定義：變壓器的電路部分，用紙包或紗包的絕緣扁線或圓線繞成。一次繞組輸入電能的繞組二次繞組輸出電能的繞組同異點：一次和二次繞組具有不同的匝數(shù)、電壓和電流，其中電壓較高的繞組稱為高壓繞組，電壓較低的稱為低壓繞組。,從高低壓繞組的相對位置來看，變壓器繞組可以分為同心式和交疊式兩類。,同心式：高低壓繞組同心的套在鐵心柱上。為便于絕緣，一般低壓繞組在里面高壓繞組在外面。 交疊式：高低壓繞組互相交疊放置，為便于絕緣，上下兩組為低壓。,（三）油箱,油浸式變壓器的器身浸在變壓器油的油箱中。油是冷卻介質，又是絕緣介質。油箱側壁有冷卻用的管子（散熱器或冷卻器）。機械支撐、冷卻散熱,當變壓器出現(xiàn)故障時，產(chǎn)生的熱量使變壓器油汽化，氣體繼電器動作，發(fā)出報警信號或切斷電源。如果事故嚴重，變壓器油大量汽化，油氣沖破安全氣道管口的密封玻璃，沖出變壓器油箱，避免油箱爆裂。,（四）絕緣套管,將線圈的高、低壓引線引到箱外，是引線對地的絕緣，擔負著固定的作用。（瓷質）套管外形常做成傘形，電壓愈高、級數(shù)愈多。,此外，還有儲油柜、吸濕器、安全氣道、凈油器和氣體繼電器。,三、變壓器的額定值,1、額定容量SN：額定視在功率雙繞組變壓器，一、二次側額定容量S1N=S2N ；三繞組變壓器三側容量不一定相等。對三相變壓器指三相的總容量。單位：VA、KVA、MVA。容量在630kVA以下的為小型電力變壓器；8006300kVA的為中型電力變壓器；800063000kVA為大型電力變壓器；90000kVA及以上的為特大型電力變壓器。,2、額定電壓UN：一次側額定電壓U1N，二次側額定電壓U2N。額定電壓均指線電壓。 U2N：一次側外加額定電壓U1N時的二次側空載電壓。單位：V、KV3、額定電流IN：一次側額定電流I1N，二次側額定電流I2N。額定電流均指線電流。單位：A,4、額定頻率fN ：我國規(guī)定為50HZ。,單相變壓器三相變壓器,額定值的關系,了解：變壓器銘牌數(shù)據(jù),每臺變壓器都有一銘牌，上面標注著型號、額定值及其它數(shù)據(jù)，便于用戶了解變壓器的運行性能。,電力變壓器產(chǎn)品型號 SL7315/10 產(chǎn)品編號 額定容量 315kVA 使用條件 戶外式額定電壓 10000/400V 冷卻條件 ONAN額定電流 18.2/454.7A 短路電壓 4%額定頻率 50 Hz 器身吊重 765kg相 數(shù) 三相 油 重 380kg聯(lián)接組別 Yyno 總 重 1525kg制 造 廠 生產(chǎn)日期 圖 電力變壓器銘牌示意圖,型號說明,例如型號為：SL7-630/10，其中“S”代表三相，“L”代表鋁導線，“7”代表設計序號，“630”代表額定容量為630kVA，“10”代表高壓繞組額定電壓為10kV。我國生產(chǎn)的各種變壓器系列產(chǎn)品有：S7、SL7、S9、SC8等。其中SC8型為環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器。,113,二.電機現(xiàn)場周期預防性試驗,114,1.概述,為滿足在用電機在現(xiàn)場進行周期預防性試驗的需要，在周期預防性試驗工作中依據(jù)相關標準，利用儀器、儀表及相關設備，對電機進行在線和離線檢測，預防性試驗是電機設備運行和維護工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電機安全運行的有效手段之一。對電機設備的電氣絕緣技術指標進行檢測，是保證電機設備安全運行的重要措施，是絕緣監(jiān)督工作的基礎。通過試驗，可以掌握電機設備的絕緣狀況，用以判斷設備是否符合運行條件，預防設備損壞，及時發(fā)現(xiàn)缺陷，進行相應的維護與檢修，以免運行中的設備絕緣在工作電壓或過電壓作用下?lián)舸┰斐墒鹿?，保證安全運行和經(jīng)濟運行。,115,2. 總則,1.1 電機設備按照本實施方案進行直流耐壓試驗，耐壓試驗電壓值以額定電壓的倍數(shù)計算時，發(fā)電機和電動機應按銘牌額定電壓計算。1.2 進行電機絕緣試驗時，除制造廠裝配的成套設備外，宜將連接在一起的各種設備分離開來單獨試驗。同一試驗標準的設備可以連在一起試驗。,116,2. 總則,1.3 進行電氣絕緣的測量和試驗時，當只有個別項目達不到本標準的規(guī)定時，則應根據(jù)全面的試驗記錄進行綜合判斷，經(jīng)綜合判斷認為可以投入運行者，可以投入運行。1.4 當電機設備的額定電壓與實際使用的額定工作電壓不同時，應按下列規(guī)定確定試驗電壓的標準：采用較高電壓等級的電機設備，可以按照設備實際使用的額定工作電壓的試驗標準進行。,117,2. 總則,1.5 在進行與溫度及濕度有關的各種試驗時，應同時測量被試電機周圍的溫度及濕度。絕緣試驗應在良好天氣且被試電機及儀器周圍溫度不宜低于 5，空氣相對濕度不宜高于80% 的條件下進行。對不滿足上述溫度、濕度條件情況下測得的試驗數(shù)據(jù)，應進行綜合分析，以判斷電機是否可以投入運行。 本實施方案中規(guī)定的常溫范圍為 1040。,118,2. 總則,1.6 本實施方案中所列的絕緣電阻測量，應使用 60s 的絕緣電阻值；吸收比的測量應使用 60s 與 15s 絕緣電阻值的比值；極化指數(shù)應為 10min 與1min 的絕緣電阻值的比值。1.7 電機多繞組進行絕緣試驗時，非被試繞組應予短路接地。,119,2. 總則,1.8 測量絕緣電阻時，采用兆歐表的電壓等級，在本實施方案未作特殊規(guī)定時，應按下列規(guī)定執(zhí)行：1） 100V 以下的電氣設備或回路，采用 250V 50M 及以上兆歐表； 2） 500V 以下至 100V 的電氣設備或回路，采用 500V 100M及以上兆歐表；3） 3000V 以下至 500V 的電氣設備或回路，采用 1000V 2000M 及以上兆歐表； 4） 10000V 以下至 3000V 的電氣設備或回路，采用 2500V 10000M 及以上兆歐表； 5） 10000V 及以上的電機，采用 2500V 或 5000V 10000M 及以上兆歐表。6） 用于極化指數(shù)測量時，兆歐表短路電流不應低于2mA。,120,2. 總則,1.8 測量絕緣電阻時，采用兆歐表的電壓等級，在本實施方案未作特殊規(guī)定時，應按下列規(guī)定執(zhí)行：1） 100V 以下的電氣設備或回路，采用 250V 50M 及以上兆歐表； 2） 500V 以下至 100V 的電氣設備或回路，采用 500V 100M及以上兆歐表；3） 3000V 以下至 500V 的電氣設備或回路，采用 1000V 2000M 及以上兆歐表； 4） 10000V 以下至 3000V 的電氣設備或回路，采用 2500V 10000M 及以上兆歐表； 5） 10000V 及以上的電機，采用 2500V 或 5000V 10000M 及以上兆歐表。6） 用于極化指數(shù)測量時，兆歐表短路電流不應低于2mA。,121,2. 總則,1.9 本實施方案的高壓試驗方法，應按現(xiàn)行國家標準高電壓試驗技術 第一部分 一般試驗要求GB/T 16927.1、高電壓試驗技術 第二部分 測量系統(tǒng)GB/T 16927.2、現(xiàn)場絕緣試驗實施導則DL/T 474.15及相關設備標準的規(guī)定進行。1.10 試驗結果應與該電機歷次實驗結果相比較，與同類電機實驗結果相比較，參照相關的試驗結果，根據(jù)變化規(guī)律和趨勢，進行全面分析后做出判斷。,122,2. 總則,1.11 有條件進行帶電測試或在線監(jiān)測的電機，采取帶電測試或在線監(jiān)測。當帶電測試或在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題時，應進行停電試驗進一步核實。1.12 如不拆引線不影響對試驗結果的相對判斷時，宜采用不拆引線試驗的方法進行。,123,2. 總則,1.13 電機交流耐壓試驗前，需經(jīng)甲方同意并確認交流耐壓試驗的標準值。 交流耐壓試驗時加至試驗標準電壓后的持續(xù)時間，無特殊說明時，應為 1min。 耐壓試驗電壓值以額定電壓的倍數(shù)計算時，發(fā)電機和電動機應按銘牌額定電壓計算。進行絕緣試驗時，除制造廠裝配的成套設備外，宜將連接在一起的各種設備分離開來單獨試驗。同一試驗標準的設備可以連在一起試驗。,124,3. 預防性試驗,2.1同步發(fā)電機一、同步發(fā)電機的試驗項目：1 測量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)；2 測量定子繞組的直流電阻； 3 定子繞組直流耐壓試驗和泄漏電流測量； 4 測量轉子繞組的絕緣電阻；5 測量轉子繞組的直流電阻；,125,3. 預防性試驗,2.1同步發(fā)電機一、同步發(fā)電機的試驗項目：6 埋入式測溫計的檢查； 7 測量軸電壓；8 軸承溫度測量； 9 振動測量。10. 定子繞組交流耐壓試驗；11. 轉子繞組交流耐壓試驗。,126,3. 預防性試驗,二、 測量定子繞組的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，應符合下列規(guī)定：1 各相絕緣電阻的不平衡系數(shù)不應大于 2； 2 吸收比：對烘卷云母絕緣不應小于1.3；對環(huán)氧粉云母絕緣不應小于1.6。測量極化指數(shù)，極化指數(shù)不應小于2.0。 3 試驗合格的電機，當其絕緣電阻折算至運行溫度后（環(huán)氧粉云母絕緣的電機在常溫下） 不低于其額定電壓1M/kV 時，可不經(jīng)干燥投入運行。但在投運前不應再拆開端蓋進行內部作業(yè)。,127,3. 預防性試驗,三、測量定子繞組的直流電阻，應符合下列規(guī)定：1直流電阻應在冷狀態(tài)下測量，測量時繞組表面溫度與周圍空氣溫度之差應在3的范圍內；2各相或各分支繞組的直流電阻，相互間差別不應超過其平均值的2%；與產(chǎn)品出廠時測得的數(shù)值換算至同溫度下的數(shù)值比較，其相對變化也不應大于2%。,128,3. 預防性試驗,四、定子繞組直流耐壓試驗和泄漏電流測量，應符合下列規(guī)定： 1試驗電壓為電機額定電壓的3 倍； 2試驗電壓按每級 0.5 倍額定電壓分階段升高，每階段停留1min，并記錄泄漏電流；在規(guī)定的試驗電壓下，泄漏電流應符合下列規(guī)定：,129,3. 預防性試驗,1）各相泄漏電流的差別不應大于最小值的100%，當最大泄漏電流在 20A 以下，根據(jù)絕緣電阻值和交流耐壓試驗結果綜合判斷為良好時，各相間差值可不考慮；2）泄漏電流不應隨時間延長而增大； 當不符