电动机的原理及结构高教知识

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1、20062006年电机班培训课程内容及时间安排年电机班培训课程内容及时间安排 1 1、电动机的原理及结构、电动机的原理及结构 2 2、电动机巡检内容及运转异常诊断、电动机巡检内容及运转异常诊断 3 3、轴承的检修方法、轴承的检修方法 4 4、电动机常用电气试验方法、电动机常用电气试验方法 5 5、汽轮发电机通用检修工艺、汽轮发电机通用检修工艺 6 6、HECHEC及东方及东方600MW600MW发电机简介发电机简介 7 7、ALSTOM1000MWALSTOM1000MW发电机穿转子录象发电机穿转子录象 8 8、发电机检修常用电气试验方法、发电机检修常用电气试验方法 1全面分析电动机的原理及结

2、构电动机的原理及结构授授 课课 人：张宇人：张宇授课重点：授课重点：直流电动机及直流电动机及3 3相交流异步电动相交流异步电动机原理及结构机原理及结构授课目标：授课目标：了解电动机原理和熟悉电动机了解电动机原理和熟悉电动机 结构结构 2全面分析电机：电机： 与电能有关的能量转换机械，是实现与电能有关的能量转换机械，是实现电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制电能的生产、变换、传输、分配、使用和控制的电磁机械装置。的电磁机械装置。 第一章第一章 绪论绪论 电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提电动机驱动的优点：减轻繁重的体力劳动；提高生产率；可实现自动控制和远距离操纵高生产率；可实现自动控制

3、和远距离操纵3全面分析2 2、电机分类、电机分类 静止电机静止电机-变压器变压器 旋转电机旋转电机 直流电机交流电机4全面分析异步电机异步电机同步电机同步电机异步与同步的概念：所谓异步及同步是指电动异步与同步的概念：所谓异步及同步是指电动机的转子转数与气隙中的旋转磁场的旋转方向机的转子转数与气隙中的旋转磁场的旋转方向及速度是否相同，相同即称为同步反之就是异及速度是否相同，相同即称为同步反之就是异步。步。 交流电机5全面分析第二章第二章 直流电动机直流电动机 直流电机的用途直流电机的用途电源电源励磁机励磁机测速测速伺服伺服6全面分析直流电机的特点直流电机的特点 直流发电机的电势波形较好，对电磁干

4、扰的影响小。直流发电机的电势波形较好，对电磁干扰的影响小。 直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机的调速范围宽广，调速特性平滑。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。直流电动机过载能力较强，热动和制动转矩较大。 由于存在换向器，其制造复杂，价格较高由于存在换向器，其制造复杂，价格较高7全面分析直流电动机原理演示直流电动机原理演示直流电动机原理的必要条件：直流电动机原理的必要条件：1 1、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。、将直流电源通过电刷接通电枢绕组，使电枢导体有电流流过。2 2、电机内部有磁场存在。、电机内部有磁场存在。 3 3、载流的转子（即电枢）导

5、体将受到电磁力的作用、载流的转子（即电枢）导体将受到电磁力的作用 （左手定（左手定则）则）4 4、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子旋转，以便拖动、所有导体产生的电磁力作用于转子，使转子旋转，以便拖动机械负载。机械负载。8全面分析主要由定子、转子两部分组成主要由定子、转子两部分组成直流电机直流电机定子定子转子转子机座机座换向极换向极主磁极主磁极电刷装置电刷装置电枢铁心电枢铁心轴承轴承换向器换向器风扇风扇 转轴转轴电枢绕组电枢绕组第二节直流电动机结构第二节直流电动机结构9全面分析定子定子 主磁极主磁极 机机 座座 换向极换向极 端端 盖盖 电刷装置电刷装置 10全面分析转子部分包括电枢铁心、

6、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。转子部分包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、转轴、轴承、风扇等。11全面分析直流电动机铭牌 一、型号一、型号Z2-42Z2-42。Z Z表示直流电机，表示直流电机，2-2-设计序号，设计序号，4-4-机座号，机座号，2 2是铁芯长度是铁芯长度二、直流电机的额定值二、直流电机的额定值额定容量额定容量P PN N： 输出功率输出功率额定电压额定电压U UN N：额定状态下出线端电压；：额定状态下出线端电压；额定电流额定电流I IN N：额定状态下出线端电流；：额定状态下出线端电流；额定转速额定转速n n： 额定状态下的电机转速额定状态下的电机转速12全面分析第3篇

7、 异步电机 异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感动势、电流，从而产生电磁转矩。所以，异步电机又叫感应电机。应电机。异步电动机定义：异步电机（也叫感应电机）是一种交异步电动机定义：异步电机（也叫感应电机）是一种交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载而变。而变。 13全面分析 异步电动机的主要用途及优缺点异步电动机的主要用途及优缺点

8、 一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。械。 异步电动机的优点异步电动机的优点: :结构简单、容易制造、价格低结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。用的工作特征。 异步电动机的缺点异步电动机的缺点: :功率因数较差。异步电动机运功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。功率因数总是小于。 14全面分析二、异步电动机的种类很多，从不同角度看，有不二、异步电动机的种类

9、很多，从不同角度看，有不同的分类法：同的分类法：（1）按定子相数分有）按定子相数分有 单相异步电动机；单相异步电动机； 两两相异步电动机；相异步电动机； 三相异步电动机。三相异步电动机。（2）按转子结构分有）按转子结构分有 绕线式异步电动机；绕线式异步电动机； 鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角

10、度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。步电机、高转速异步电机等等。15全面分析 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理1.1.电生磁：电生磁：定子绕组接到三相电源上，定子绕组中将流过三相对定子绕组接到三相电源上，定子绕组中将流过三相对称相位角相差称相位角相差120120度的电流，气隙中将建立旋转磁动势，从而度的电流，气隙中将建立旋转磁动势，从而产生旋转磁场；产生旋转磁场； 2. 2. 动磁生电动磁生电：转子绕组产生电动势并在转子绕组中产生相应的电：转子绕组产生电动势并在转子绕组中产生相应的电流；流；3. 3. 电磁力定律

11、：电磁力定律：转子带电导体在磁场中受电磁力的作用，并形转子带电导体在磁场中受电磁力的作用，并形成电磁转矩，推动电机旋转起来。成电磁转矩，推动电机旋转起来。16全面分析三相异步电动机的极数三相异步电动机的极数三相异步电动机定子产生旋转磁场的三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数磁极个数，称为极数。，称为极数。A AB BC CX XA A X X B B Y Y Y YZ ZZ Z C C 转子转子P=2P=2A AX XX X A A B BC CY Y Z Z A AB BC CX XA A X X B B Y Y Y YZ ZZ Z C C 2 2对磁极的示意图对磁极的示意图17全面分析

12、二、三相异步电动机的转速二、三相异步电动机的转速 电动机的转速是与旋转磁场有关的。而磁场极数不同则磁场的转速就不同，在一对磁极的情况下，交流电经历一个周期磁场恰好在空间转过一圈，若定子电流的频率为f1，旋转磁场在每分钟将转过60f1 周。当磁极对数为 p时，磁场的转速为（转每分）pfn1060在我国(f1=50Hz)，磁极对数为 p的磁场转速n0为p）（min/0rn12345630001500100075060050018全面分析1. 转子转速 n电动机运行时的实际转速也就是转子转速 n。2. 同步转速 n0电动机旋转磁场的转速也称为同步转速 n0。根据电动机的转动原理，转子转速将小于磁场的

13、转速，即n n0。若二者相等，转子就没有切割磁力线作用，转矩也就消失了，因此转子不可能以n0的转速正常运行。3. 转差率 s 转差率 s 是表示转子转速n与磁场转速n0 之间差别程度的，即00nnns它是异步电动机的重要参量之一，额定时约为19%19全面分析例例某三相异步电动机的额定转速n=570r/min。求电动机的极数和额定时的转差率(f1=50Hz)。解：由于电动机的额定转速应接近且略小于同步转速 n0，而 n0 对应于磁极对数p有一系列固定值。显然，与570r/min最接近的是min/6000rn 因此，额定时的转差率为%560057060000nnns5p20全面分析异步电动机的主要

14、结构异步电动机的主要结构(basic structure) 异步电动机在结构上也是由定子异步电动机在结构上也是由定子(stator)、转、转子子(rotor)、气隙、气隙(gap)组成。组成。21全面分析 一、异步电动机的定子一、异步电动机的定子(stator)： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。组三个部分组成的。 1、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机、定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢

15、厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型是半开口槽，用于中型500V以以下的异步电动机中；下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。小型异步电动机中。22全面分析 2、定子绕组、定子绕组:是电路重要的组成部分定子绕组用是电路重要的组成部分定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。23全面分析 3、机座：主要是

16、为了固定与支撑定子铁心。、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。同一个底板上。 二、气隙（二、气隙（gap）：）： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙

17、小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为气隙一般为0.21.5mm左右。左右。24全面分析三、异步电动机的转子：三、异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的的 。 1 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm0.5mm厚的厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。转子的外表呈圆柱形。 2 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 25全面分析 1）笼型转子：笼型

18、绕组是一个自己短路的绕组。）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有个松鼠笼子，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。用铜的，也有用铝的。如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的转子铁心上的槽里，再用铜端

19、环套在伸了两端的铜条上，最后焊在一起，如图铜条上，最后焊在一起，如图(b)所示。如果用的所示。如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图是铸铝，就连同端环、风扇一次铸成，如图(c)所所示示 。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、。笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、耐用的电机，所以应用极广。耐用的电机，所以应用极广。26全面分析 2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装

20、置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。或需平滑调速的场合使用。27全面分析 三相电动机的铭牌数据三相电动机的铭牌数据 要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数据的意义。28全面分析1、

21、型号、型号 为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。29全面分析异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号30全面分析2、接法、接法U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V231全面分析3、电压、电压 铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压。4、电流、电流 铭牌上所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的线电流。5、功率与效率、功率与效率 铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值。所谓效率就是输出功率与输入功率的比值。32全面分析6 6、功率因数、功

22、率因数 因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电因为电动机是电感性负载，定子相电流比相电压滞后一个压滞后一个 角。角。cos cos 就是功率因数。就是功率因数。7 7、转速、转速 由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不由于生产机械对转速的要求不同，需要生产不同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等同磁极数的异步电动机，因此有不同的转速等级。最常用的是四磁极的（级。最常用的是四磁极的（n n0 0=1500r/min)=1500r/min)。8 8、绝缘等级、绝缘等级 绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，

23、是时容许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。Y YF FH HC C9090155155180180大于大于18018033全面分析第二节同步电机第二节同步电机 同步电机转速与频率之间保持严格不变的关同步电机转速与频率之间保持严格不变的关系，即同步电机在恒定频率下的转速恒为同系，即同步电机在恒定频率下的转速恒为同步速度，这是同步电机和异步电机的基本差步速度，这是同步电机和异步电机的基本差别别 。一基本结构一基本结构(basic structure)(basic structure)(以隐极式同以隐极式同步汽轮发电机

24、为例步汽轮发电机为例) )同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。组，通入直流电流后，能产生磁场。34全面分析 定子：定子铁心、电枢绕组、机座以及若定子：定子铁心、电枢绕组、机座以及若干紧固连接部件构成；干紧固连接部件构成；35全面分析 同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。由于材料标准尺寸的限制，必须做成成。由于材料标准尺寸的限制，必须做成 扇扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。形冲片，然后按圆周拼

25、合起来叠装而成。 如图所示：如图所示：36全面分析定子铁芯压板采取铜屏蔽结构定子铁芯压板采取铜屏蔽结构 作用：是为了减少铁芯的端部漏磁通引起的损失和作用：是为了减少铁芯的端部漏磁通引起的损失和发热，结构上采取铁芯压板表面装设铜屏蔽板，以发热，结构上采取铁芯压板表面装设铜屏蔽板，以抵消大部分的端部轴向漏磁通。屏蔽板的电阻是铁抵消大部分的端部轴向漏磁通。屏蔽板的电阻是铁芯压板的芯压板的1/51/5，热导率为其的，热导率为其的5 5倍。倍。37全面分析转子：由铁心（转轴）、激磁绕组、护环、中心环、滑环、风扇环和阻尼绕组等。 38全面分析转子阻尼系统简介转子阻尼系统简介组成：组成：l l 整长槽楔整长

26、槽楔 l l 阻尼齿阻尼齿 l l 阻尼环阻尼环复合式复合式作用作用: :一是对电力系统的扰动起到阻尼的作用，二是对定子绕一是对电力系统的扰动起到阻尼的作用，二是对定子绕组里的负序电流产生的反向旋转磁场在转子里产生的感应电流组里的负序电流产生的反向旋转磁场在转子里产生的感应电流提供通路。提供通路。( (用来拟制短路电流和减弱电机振荡用来拟制短路电流和减弱电机振荡) 阻尼绕组由阻尼齿和阻尼条阻尼绕组由阻尼齿和阻尼条组成组成，形成一个和异步电动机类似，形成一个和异步电动机类似的鼠笼。的鼠笼。原理原理: :就是一旦定子磁场和转子磁场有了相对运动，就会在这就是一旦定子磁场和转子磁场有了相对运动，就会在

27、这个鼠笼里产生感应电流，形成附加磁场（起阻尼作用）。个鼠笼里产生感应电流，形成附加磁场（起阻尼作用）。 阻尼绕组阻尼绕组梳齿状梳齿状39全面分析 转子：转子： 同步电机的转子有两种结构型式，即凸极同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。这是根据定转子之间的气式和隐极式。这是根据定转子之间的气隙的分布情况来定义的。隙的分布情况来定义的。见图：见图：40全面分析1）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的）凸极式：有上图可见，转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。磁极，气隙分布不均匀。2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。 区别：对于高速旋转区别

28、：对于高速旋转 的同步电机，在转子结构的同步电机，在转子结构上，采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由上，采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。 大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。为水轮发电机。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。汽轮发电机：转速高，采用隐极式。水轮发电机：转速低，采用凸极式。水轮发电机：转

29、速低，采用凸极式。41全面分析同步电机原理同步电机原理 基本工作原理：导体切割磁力线，在导体中产生感应电动势；42全面分析 四、分类四、分类(classification)(classification) 1.1.按运行方式，同步电机可分为发电机、电动机和按运行方式，同步电机可分为发电机、电动机和调相机三类。调相机三类。 2.2.按结构型式，同步电机可分为旋转电枢式和旋转按结构型式，同步电机可分为旋转电枢式和旋转磁极式两种。磁极式两种。 3.3.按原动机类别，同步电机可分为汽轮发电机、水按原动机类别，同步电机可分为汽轮发电机、水轮发电机和柴油发电机等。轮发电机和柴油发电机等。 4.4.按冷却介质和冷却方式：空气冷却、氢气冷却和按冷却介质和冷却方式：空气冷却、氢气冷却和水冷却。水冷却。 43全面分析铭牌：型号 例如：QFQS-200-2 Q-原动机为汽轮机拖动 F -发电机QS-冷却方式 转子氢内冷 定子水内冷200-额定容量为200MW2-极数44全面分析