电动机基础知识

  电动机的基础知识 2018年3月 电动机分类 常用电动机的分类: 同步电动机 交流电动机 电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机 他励电动机 直流电动机 自励电动机 三相异步电动机铭牌数据 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如: Y 132 M-4 磁极数( 极对数 p = 2 ) 机座长度代号 机座中心高(mm) 三相异步电动机 电气派生系列 系列名称 高效率电机 如:NE、Y3 高转差率电机 如:YH 高起动转矩电机 如:NC、ND 变极多速电机 如:YD、YBD 变频电机 如:YVF2 性能和结构特点 降低电机运行损耗、提高 效率 适用范围 适用于驱动长期连续高负载率运行 的设备,如纺织机械、风机、水泵、 石油行业 较高的额定转差率,较高 用于驱动转动惯量大且具有冲击性 的起动转矩,较低的起动 负载的机械,如剪床、压力机、锻 电流和较软的机械特性 压机 具有较高的起动转矩 改变定子绕组接线方法以 改变极对数,得到多种转 速 宽调速范围的无级调速 用于驱动静止负载或转动惯量较大 的机械 用于驱动有级变速设备 用于机床风机、水泵等需要调速的 场所 结构派生系列 系列名称 性能和结构特点 适用范围 用于驱动恒转矩或风机型负载设 备(无级变速) 电磁调速电机 由异步电动机和电磁转 如 : YCT 、 差离合器组成,通过控 制器调节离合器的励磁 YCT L 电流而调节转速 电磁制动电机 由异步电动机和电磁制 如 : YEJ 、 动器组成,电动机定子 断电时,转子迅速制动 YDEJ 停转 低 振 动 、 低 操 提高转子动平衡精度及 声电机 关键部位加工精度,降 如:YZC、YJZ 低电动机振动、噪声 风机泵用电机 如:YFP 能承受轴向力 用于驱动要求快速、准确停机的 设备,如起重运输机械、传送机 械 用于驱动精密机床设备 风机、泵 特殊环境派生系列 系列名称 性能和结构特点 适用范围 户外防腐蚀电机 防护等级IP54 或IP55,结构、材料、工艺 用于有腐蚀性气体 或粉尘的户内、外 如 : Y-WF 、 采用防腐蚀措施及密封措施 场所 YFB 隔爆型电机 加强外壳机械强度,并保证各接合面上具 用于石油、化工、 如 : YB2 、 有一定间隙参数,一旦电机内部爆炸亦不 煤矿井下有爆炸危 致引起周围环境的爆炸性混合物爆炸 险的场所 YBVF2 增安型电机 如:YA 在正常运行时不产生火花、电弧或危险温 用于仅在不正常情 度的电动机中,采取适当措施提高其防爆 况下才能形成爆炸 安全性 性混合物的场所 船用电机 Y-H 加强外壳机械强度,使之能承受冲击振 动及一定倾斜角,环境温度较高,并伴 有凝露、盐雾及霉菌的侵蚀 用于驱动船舶上的 一般机械设备 专用系列 系列名称 辊道用电机 如:YG 性能和结构特点 适用范围 高起动转矩、能频繁起 用于驱动轧钢辊道 动、正反转 力矩电机 如:YLJ 振动电机 木工用电机 如:YM 机械特性软,能在堵转 用于驱动恒张力、恒线速、恒转 到接近同步转速范围内 矩的机械 稳定运行 电动机带偏心块,使其 本身整体产生振动 用于传送带上的物料传输及建筑 机械 转动惯量较小,过载能 用于驱动各种木工机械 力大,有多种形状和尺 寸的轴伸 起 重 及 冶 金 用 断续定额,起动转矩较 用于驱动冶金辅助设备及一般起 电机 高,能频繁起动,过载 重机械 如:YZ、YZR 能力大 中型高压电机系列 系列名称 Y系列中型高压三相异步 电动机(H355~ 630) 性能和结构特点 防护等级IP23,箱式结构,安装方式IMB3,机座 钢板焊接,重量轻,刚性好,维护保养方便 具有高效、节能、起动性能好、振动小、噪 声低零部件通用化、标准化程度高 适用范围 适用于各种通用机械,如压缩机、 鼓风机、水泵、切削机床、 运输机床、球磨机、轧钢机、 卷扬机、电铲等 YKK、YKK-W系列中型高 压三相异步电动机 (H355~630) YR系列中型高压三相异 步电动机(H355~ 630) 是Y系列派生产品,适用于周围环境差,防护要求 高的场合,也可用于户外 可驱动水泵、压缩机、破碎机、 运输机械等通用机械 高压绕线型转子,防护等级为IP23,具有结构合 理、工艺先进起动转矩大、起动电流小特点 适用于通用机械和鼓风机、磨煤 机、轧钢机、卷扬机等 YRKK系列中型高压三相 异步电动机 (H355~630) 电动机结构先进可靠、性能优良、具有高效节能、 噪音低、振动小、运行安全可靠等优点。 适合驱动各种不同机械设备、如 通用机、水泵、压缩机、破 碎机、搅拌机、球磨机、运 输机械化工机械,矿山机械 等 YKS系列中型高压三相异 步电动机(H355~ 630) Y2系列全散热结构中型 高压三相异步电动 机 电动机是空水冷却方式,也可做成户外式是90年 代新设计的产品,防护等级为IP44,户外式 为IP54,其它特性同YKK系列 其防护等级为IP23、IP44、IP54甚至还可以做成 防爆增安型结构和变频电机,其有内外独立 的双通道冷却装置,同时采用“三轴承”结 构,其它性能指标与Y系列相同 适用于户外,含有尘埃、盐份、 潮湿的环境中 适用场合为造纸、电力水处理、 化工化肥、石化、钢铁采矿 等众多工业领域中 接法 定子三相绕组的联接方法 电机容量 ? 3kW ? Y联结 电机容量 ? 4kW ? ?联结 U1 W2 U2 V2 W2 U2 V2 W2 U2 V2 W2 U1 W1 W1 V1 Y 联结 U1 V1 W1 V2 U2 U V W 1 1 1 V1 ? 联结 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线V、Y/? 是指线V 时 采用 Y联结;线V 时采用 ? 联结。 说明:一般规定,电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时,电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。 三相异步电动机的额定电压有380V,3000V, 及6000V等多种。 电流 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 例如: Y / ? 6.73 / 11.64 A 表示星形联结 下电机的线A;三角形联结下线A。。 功率 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 大小。 异步电动机产品名称代号 产品名称 异步电动机 新代号 汉字意义 异 异绕 老代号 Y YR YB YQ J、JO JR、JRO JB、JBO JQ、JQO 绕线式异步电动机 防爆型异步电动机 高起动转矩异步电动机 异爆 异起 三相异步电动机的结构 右图是一台三相鼠笼型异步电 动机的外形图。 下面是它主要部件的拆分图。 定子部分 一、定子部分 1、定子铁心——导磁部分。 定子铁心是电机磁路的一部分,并 起固定定子绕组的作用。为了增强导 磁能力和减小铁耗,定子铁心常选用 0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制 叠压而成,片间涂上绝缘漆。定子铁 心内圆均匀冲出许多形状相同的槽, 用以嵌放定子绕组。 一、定子部分 2、定子绕组:放在定子铁心内圆槽内——导 电部分。 定子绕组是异步电动机的电路部分,其材料 主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单 层绕组,大中型异步电动机常采用三相双层短 矩叠绕组形式,三相绕组的六个出线端子均接 在机座侧面的接线板上,可根据需要将三相绕 组接成Y形或△形。 一、定子部分 3、机座 机座是电动机的外壳,支撑电机各 部件,并通过机座的底脚将电机安装固定。 全封闭式电机的定子铁心紧贴机座内壁, 故机座外壳上的散热筋是电机的主要散热 面。中小型电机采用铸铁机座。大型电机 一般采用钢板焊接机座。 转子部分 二、转子部分 1、转子铁心 转子铁心也是电机磁路的组成部分, 并用来固定转子绕组。铁心材料也用 0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制 叠压而成,故通常用冲制定子铁芯冲片 剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固 定在转轴上,其外圆上开有槽,用来嵌 放转子绕组。 二、转子部分 2、转子绕组——根据转子绕组的结构型 式可分为 1)鼠笼式转子:转子铁心的每个槽内 插入一根裸导条,形成一个多相对称短 路绕组。 2)绕线式转子:转子绕组为三相对称 绕组,嵌放在转子铁心槽内。 按转子结构分: 鼠笼型异步电动机 绕线型异步电动机 鼠笼型转子 铁心和绕组 结构示意图 三相绕线型 转子结构图 三相异步电动机工作原理 异步电动机 图为三相异步电动机转动原理 示意图。 三相交流电通入定子绕组 后,便形成了一个旋转磁场, 旋转磁场的磁力线被转子导体 切割,根据电磁感应原理,转 子导体产生感应电动势。转子 绕组是闭合的,则转子导体有 电流流过。 三相电动机的转动原理 旋转磁场的旋转速度 两极三相异步电动机(即2p=2)定子绕组产生的旋转磁 场,由分析可见,当三相交流电变化一周后(即每相经过 360度电角度),其所产生的旋转磁场也正好旋转一周, 故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n1=60f1=3000转/分。 三相异步电动机定子绕组为p对极时,旋转磁场转速为: n1=60f1/P 式中 n1----旋转磁场转速(又称同步转速),转/分 f1-----三相交流电源的频率,赫 p------磁极对数 铭牌电流 额定电流 I计算公式 P(W) I? 3U ? η ? Cos? 交流电机 η提高了3~5%,成本增加20~30% 防护等级 全封闭式(IP44、IP54、IP55) 防护等级(IP22、IP23) 开启式(IP11、IP21) 代号 含义 第一位数 字 2 含 义 防大于12mm固体(如 手指等) 第二位数 字 1 含义 防垂直滴 水 IP 国际 防 护 形式 3 4 防淋水 防溅水 防喷水 4 防大于1mm固体 5 5 防尘 6 防海浪 安装方式 特种三相异步电动机 起重用锥形电动机 多速电动机 振动电动机 防爆电动机等 多速电动机 电机的变速采用改变绕组 的连接方式,也就是说用改变 电机旋转磁场的磁极对数来改 变它的转速。 振动电动机 振动电机可产生 圆形、椭圆形、直 线形、复合形运动 方式。振动电机是 靠自身的高频振动, 来产生振动力的 。 防爆电动机 防爆电机是一种可以在易燃 易爆厂所使用的一种电机,运行 时不产生电火花防爆电机主要用 于煤矿、石油天然气、石油化工 和化学工业。此外,在纺织、冶 金、城市煤气、交通、粮油加工、 造纸、医药等部门也被广泛应用。 防爆电机作为主要的动力设备, 通常用于驱动泵、风机、压缩机 和其他传动机械。 单相异步电动机 1、单相异步电动机的结构 2、单相异步电动机的工作原理 3、单相异步电动机的调速 4、单相异步电动机常见接线方法 单相异步电动机的结构 单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机 类似,转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕 组和一个启动绕组,为了能产生旋转磁场,在启动绕组中还 串联了一个电容器,其结构如图所示。 工作原理 为了能产生旋转磁场,利用启动绕组中串联 电容实现分相,其接线原理如图 a 所示。只要合理选 择参数便能使工作绕组中的电流与启动绕组中的电流 有相位相差,如图 b所示,分相后两相电波形如图所 示。 电容分相单相电动机接线图及相量图 两相电流波形图 单相异步电动机的调速 单相异步电动机的调速方法 主要有变频调速、晶闸管调速、串 电抗器调速和抽头法调速等。变频 调速设备复杂、成本高、很少采用。 下面简单介绍目前较多采用的串电 抗器调速、抽头法调速和晶闸管调 速。 (1)串电抗器调速 在电动机的电源线路中串联 起分压作用的电抗器,通过调速开 关选择电抗器绕组的匝数来调节电 抗值,从而改变电动机两端的电压, 达到调速的目的,如图所示。串电 抗器调速,其优点是结构简单,容 易调整调速比,但消耗的材料多, 调速器体积大。 串电抗器调速接线)抽头法调速 如果将电抗器和电机结合在一起,在电动机定子铁心上嵌入一个中间 绕组(或称调速绕组),通过调速开关改变电动机气隙磁场的大小及椭圆度,可 达到调速的目的。根据中间绕组与工作绕组和启动绕组的接线不同,常用的有 T形接法和L形接法,如图所示。 抽头法调速与串电抗器调速相比较,抽头法调速时用料省,耗电少, 但是绕组嵌线)晶闸管调速 利用改变晶闸管的导通角,来实现加在单相异步电动机上的交流电压的 大小,从而达到调节电动机转速的目的,这种方法能实现无级调速,缺点是 会产生一些电磁干扰。目前常用于吊式风扇的调速上。 (a)T形接法 抽头法调速接线图 (b)L形接法 单相异步电动机常见 接线 图中所示为 电容运转式单相 电容 电动机,常见的 有单相排风扇、 鼓风机、家用水 泵等,它们的主 副绕组不一样。 220v电源 副绕组 主绕组 单相异步电动机常见 接线 图中所示为普通 单相洗衣机电机内部 原理图,其中要注意 的时主副绕组是数据 是一样的,两绕组的 结合点为公共点,两 绕组的另外两端跨接 电容。单相电源一根 直接送给公共点,另 外一根送给跨接电容 绕组的其中一个。 电容 转换 开关 副绕组 220v电源 主绕组 单相异步电动机常见 接线 图中所示 为单相双值电 动机,它一般 应用与功率稍 微较大的单相 电动机使用, 例如木工锯床, 和大功率水泵。 离心 开关 启动 电容 运转电容 副绕组 220v电源 主绕组 直流电动机 直流电动机的构造 直流电动机的工作原理 他励直流电动机 自励直流电动机 直流电动机的构造 直流电机由定子(固 定不动)与转子(旋转) 两大部分组成,定子与转 子之间有空隙,称为气隙。 定子部分包括机座、 主磁极、换向极、端盖、 电刷等装置; 转子部分包括电枢铁 心、电枢绕组、换向器、 转轴、风扇等部件。 1—风扇;2—机座;3—电枢;4—主磁极;5—刷架;6—换向器;7— 接线—端盖 直流电动机的结构图 他励直流电动机 ? 他励直流电动机 的励磁绕组由独 立的励磁电源供 电,它与电枢绕 组互不相连。因 此励磁电流的大 小由励磁电源Uf 的大小决定。 自励直流电动机 并励直流电动机 ? 串励直流电动机 ? 复励直流电动机 ? 并励直流电动机 ? 励磁绕组与电枢 绕组并联,利用 调节电阻的大小 来调节励磁电流, 它的特点是励磁 绕组匝数多,导 线截面较小,励 磁电流只占电枢 电流的一小部分。 串励直流电动机 ? 励磁绕组与电枢绕 组串联,因此流过 励磁绕组的电流与 流过电枢绕组的电 流相等,其特点是 励磁绕组匝数少, 导线截面较大,而 在励磁绕组上的电 压降则很低。 复励直流电动机 ? 它有两组励磁绕 组,一组与电枢 并联,另一组与 电枢绕组串联, 当两组绕组产生 的磁通方向一致 时,称为积复励 电机。 伺服和步进电动机 伺服电动机结构和工作原理 ? 步进电动机结构和工作原理 ? 伺服电动机 从电机结构上看: 感应电机定子和转子 伺服电机定子和转子 线圈 永磁铁 这两种电机动作原理是怎样的? 伺服电动机 1.基本结构 交流伺服电动机主要由定子和转子构成, 定子铁心通常用硅钢片叠压而成。定子 铁心表面的槽内嵌有两相绕组,其中一相绕组是 励磁绕组,另一相绕组是控制绕组,两相绕组在 空间位置上互差90°电角度。工作时励磁绕组f 与交流励磁电源相连,控制绕组k加控制信号电 压 。 ? U k 伺服电动机特点 感应电机动作原理: 交流电通过定子时在内部产生旋转磁场,转子切割磁力线产生感应电 流,感应电流产生与定子磁场相互作用的磁场,这样转子就跟随定子 的旋转磁场旋转起来,但转子转速始终落后于定子旋转磁场。 伺服电机动作原理: 交流电通过定子时在内部产生旋转磁场,因为伺服电机转子自身带磁 铁,这样转子会立刻跟随定子旋转磁场旋转,并且始终与定子旋转磁 场同步。 电机自身结构决定了伺服电机比感应电机反应快,加减速迅速。 伺服电动机三大显著特点 ? 1、起动转矩大 由于转子电阻大,其转矩特性与普通异 步电动机的转矩特性相比,有明显的区别。 它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转 矩特性(机械特性)更接近于线性,而且 具有较大的起动转矩。因此,当定子一有 控制电压,转子立即转动,即具有起动快、 灵敏度高的特点。 伺服电动机三大显著特点 ? ? 2、运行范围较广 3、无自转现象 正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电 机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后, 它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中 两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生 的两个转矩特性以及合成转矩特性使转子不能转 动。 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。 当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、 220、380V;当电源频率为400Hz,电压有 20V、26V、36V、115V等多种。 伺服电动机另一个特点 编码器 伺服电机相比感应电机 的一个重要特征---编码 器,通过编码器反馈给 驱动器的信号,驱动器 可以准确判断伺服电机 的转速和准确位置。 由于有了以上一些特性,伺服电机就可以做高速高精的定位控 制,或者速度控制,或者扭矩控制。 步进电动机 ? 一般电动机都是连续旋转,而步进电 动却是一步一步转动的,故叫步进电 动机。每输入一个冲信号,该电动机 就转过一定的角度。因此步进电动机 是一种把脉冲变为角度位移的执行元 件。 步进电动机的转子为多极分 布,定子上嵌有多相星形连接的 控制绕组,由专门电源输入电脉 冲信号,每输入一个脉冲信号, 步进电动机的转子就前进一步。 由于输入的是脉冲信号,输出的 角位移是断续的,所以又称为脉 冲电动机。 六拍通电方式的基本原理 设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对 齐(图a)。然后在A相继续通电的情况 下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿 2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转 动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因 此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这 时转子的位置如图3b所示,即转子从图 (a)位置顺时针转过了15°。接着A相 断电,B相继续通电。这时转子齿2、4 和定子B、B′极对齐(图c),转子从图 (b)的位置又转过了15°。其位置如图 d所示。这样,如果按A→A、B→B→B、 C→C→C、A→A…的顺序轮流通电,则 转子便顺时针方向一步一步地转动,步 距角15°。电流换接六次,磁场旋转一 周,转子前进了一个齿距角。如果按 A→A、C→C→C、B→B→B、A→A… 的顺序通电,则电机转子逆时针方向转 动。这种通电方式称为六拍方式。 鼠笼异步电动机的起动方法 起动要求: (1)能产生足够大的起动转矩Tst,使电动机顺利地转动 起来。 (2)起动电流Ist不要太大,避免起动时大电流在电网上 产生较大的压降而影响接在电网上的其它电气设备和电动 机的正常运行。 (3)起动的经济性:包括设备简单和低起动损耗等。 如果在额定电压下直接起动三相异步电动机,起动电 流大,而起动转矩并不大,这时的功率因数低。 I st ? ?4 ~ 7 ?I N Tst ? ?0.8 ~ 1.2?TN 直接起动 一般按经验公式核定: I1st 1 S N (kVA) kI ? ? ?3 ? I1 N 4 PN (kW ) ? 式中:kI为起动电流倍数;I1st为电动机的起动电流;I1N为电 动机的额定电流;SN为电源变压器总容量;PN为电动机的 额定功率。 起动电流大,对电动机本身无太大影响(因为是短时的,且现代设计的鼠笼电 机都按直接起动电磁力和发热来考虑机械强度和热稳定的),主要对电网有影 响,如果电源容量较大,可以直接起动。注意:容量大小不是绝对的,只要直 接起动时起动电流在电网中引起电压降不超过电网额定电压的(10~15)% 就允 许直接起动。 定子串电阻或电抗的降压起动 L1 QF 1FU ~ UN L2 L3 KM1:降压起动接触器;SB1:停车按钮; KM2:全压运行接触器;SB2:起动按钮 KT:时间继电器;KA:中间继电器; FR:热继电器;QF:电压断路器 2FU SB1 KM1 KM2 Rst FR SB2 KA KM1 KT KA KA KM1 FR 鼠笼式异步电动机定子串电阻降压起动接线 自耦变压器降压起动 L1 QF 1FU ~ UN L2 L3 KM1:降压起动接触器;SB1:停车按钮; KM2:全压运行接触器;SB2:起动按钮 KT:时间继电器;KA:中间继电器; FR:热继电器;QF:电压断路器 2FU SB1 KM1 KM2 FR SB2 KA KM1 KA KT KA KA KM1 KM2 FR TA KM2 定子串自耦变压器降压起动接线 KT KA 星—三角起动 L1 QS 1FU KM1 FR 2FU SB1 SB2 KM1 KM3 KM3 KT KT KM2 KT3 FR KM1 KM2 KT KM3 L 2 L3 ~ KM1:起动接触器; KM2:星形接法接触器; SB2:起动按钮; KT:时间继电器; FR:热继电器;SB1:停车按钮; QS:刀开关; 1FU,2FU:熔断器 KM3:三角形接法接触器; M 3~ KM2 Y-?降压起动接线 Y-Δ起动电流和起动转矩: 直接起动(Δ接)时: 降压起动( Y接)时: 3U1 N U1N I1st ?? 3 Zk U1N I1st ? 3Z k I1st ? ? I1st Zk U1N 3Z k ?3 起动电流及起动转矩降低同样的倍数,即都为直接起 时的三分之一。 星—三角起动适用条件 1.只适用于空载或轻载起动。 2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线V以下的低压电机(因高压电机定子出6个端头有 困难)。 星—三角起动的优点:不需要专用设备,价格便宜,故在轻载 起动时应优先采用。 星—三角起动的缺点: 应用时要受一定条件的限制。 三相绕线转子异步机的起动方法 1、转子串联电阻起动 分级起动过程: 起动时,电动机在串入全部电阻情况下起动,然后逐级切 掉起电阻,一直加速到稳定运行为止,起动过程结束。起动的快速性和平 稳性与起动级数m、每级起动转矩Tst的大小有关。 2、转子串联频敏变阻起动 频敏变阻器的铁心由厚钢板或铁板迭成,有三相绕组,接成Y形,出线去接转 子绕组。频敏变阻器是一种无触点的变阻器。它结构简单,并且因没有触点和 易磨损元件,寿命长,使用和维护方便,有较好的起动特性。 频敏变阻器的阻抗能随着转子电流的频率下降而 自动下降,所以能克服串电阻分级启动过程中产生 机械冲击的缺点,实现平滑启动。 常见故障 常见故障 常见故障 常见故障 常见故障 思考题 ? 当三相异步电动机发生缺相烧毁时,Y型和 △型连接的绕组有什么不同的现象,为什 么?

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