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电机与电气控制课件

电机与电气控制课件. 新疆石河子职业技术学院. 2009 年 4 月. 新疆石河子职业技术学院 --------- 电机与电气控制精品课程. 同学们准备好了吗？我们要开始上课了！今天我们要学习直流电机。. 新疆石河子职业技术学院 --------- 电机与电气控制精品课程. 本节课的安排：. 课题一 直流电机的应用 任务一 认识直流电机 任务二 直流电机的运行. 任务一、认识直流电机：. 一、直流电机的相关知识：. 1 、概念：直流电机是实现直流电能与机械电能之间相关转换的电力机械。.

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电机与电气控制课件

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  1. 电机与电气控制课件 新疆石河子职业技术学院 2009年4月

  2. 新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程 同学们准备好了吗？我们要开始上课了！今天我们要学习直流电机。

  3. 新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程 本节课的安排： 课题一 直流电机的应用 任务一 认识直流电机 任务二 直流电机的运行

  4. 任务一、认识直流电机： 一、直流电机的相关知识： 1、概念：直流电机是实现直流电能与机械电能之间相关转换的电力机械。 2、分类：分为直流电动机和直流发电机两大类。 3、直流电机的特点： （1）优点：直流电动机具有优良的调速性能和启动性能、过载能力大等。 直流发电机能提供无脉动大功率直流电源，输出电压可调节、控制。 （2）缺点：制造工艺复杂、成本高；运行时，电刷与换向器易产生火花，可靠 性差维护比较困难。 噢！原来是这样！那直流电机都什么样子呢？ 注：要求调速范围大、控制性能优异场合直流电机应用仍较多。

  5. 新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品程新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品程 直流电动机感性认识（图片）

  6. 主极铁心 励磁绕组 换向极铁心 换向极绕组 主磁极 换向极 机座 端盖 电刷 装置 定子 转子 直流电机 电枢铁心 电枢绕组 换向器 转轴 风扇 新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程 二、直流电机的基本结构： 直流电机结构示意图 直流电机基本结构

  7. （a）电枢 （b）铁心冲片 （c）换向片 （d）换向器 （e）电机剖视图

  8. If Ia If U M U U Uf M M M U 并励 他励 复励 串励 三、直流电机的励磁方式和额定值： 励磁：直流电机产生磁场的过程就称为励磁。 1、根据励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同，励磁式的直流电机又可细分为： 他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。 按励磁方式分 并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。 串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。 复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在同一电源上。 那励磁什么意思呢？

  9. 2、 直流电机的铭牌和额定值 每台电机机座上都有一块铭牌 ，制造厂家为使电机、电器或机械设备能可靠而又充分发挥性能的运行所作出的规定数值，额定值。 直流电动机的铭牌 表里的额定什么意思呢？

  10. 四、直流电机的工作原理 1、直流发电机 工作原理

  11. 2、 受电磁力，顺时针转动 不受电磁力，惯性转动 受电磁力，顺时针转动 不受电磁力，惯性转动

  12. 任务二、直流电机的运行： 一、直流电机的磁场和电枢反应 直流电机运行时除了主磁极产生的主磁场外，若电枢绕组中有电流流 过，还将产生电枢磁场。这两个磁场在气隙中，相互影响合成气隙磁场。 1．空载时的主磁场 电机的空载是指发电机不输出电功率，电动机不输出机械功率。这时电枢电流很小，电枢磁动势也很小，所以电机空载时的气隙磁场就可以看作是主磁场。 空载磁场的部分磁通穿过电枢绕组，当电枢转动时，能在电枢绕组中产生感应电动势，一旦电枢绕组中有电流流过，能够产生电磁转矩，这种磁通称为主磁通Φ。还有少量不穿过电枢绕组的磁通称为漏磁通。

  13. 2．电枢反应 电机带负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。电刷位于相邻两个磁极的分界线(即几何中性线)处时，电枢磁场和主磁极磁场相互垂直 此时的电枢反应称交轴电枢反应。下面分析交轴电枢反应对电机工作的影响。 (1)气隙磁场发生畸变 (2)对主磁场起附加去磁作用 电枢磁场和电枢反应 二、直流电机的电枢电动势和电磁转矩 直流电机在转动时，其电枢绕组中同时存在着电枢电动势和电磁转矩。直流发电机中是电枢电动势在起主要作用，直流电动机中是电磁转矩在起主要作用。

  14. 1．电枢电动势 电枢电动势是指直流电机正、负电刷之间的感应电动势。其电枢电动势Ea可按下式计算： 2．电磁转矩 电磁转矩是由电枢电流与主磁场作用产生的电磁力所形成的。因此直流电机总的电磁转矩T的大小可以表示为：

  15. 三、直流电机的换向： 1．换向过程 直流电机再工作时，绕组元件连续不断地从一条支路退出而进入相邻的支路。电枢绕组元件从一条支路经过电刷转入另一条支路，元件中的电流改变方向，称为换向。 注意：如果换向不良，将会在电刷与换向片之间产生有害的火花，直接影响电机的安全运行，按照国家标准可以分为5个等级。 2．改善换向的方法 改善换向、减小火花就是要设法减小换向元件中的附加电动势和附加电流，常用的方法有以下几种。 (1)安装换向极 (2)正确移动电刷 (3)正确选用电刷 (4)装设补偿绕组

  16. 四、直流电机的基本方程式 直流电机的基本方程式是了解和分析直流发电机、直流电动机性能的主要方法和重要手段，直流电机的基本方程式包括电压方程式、转矩方程式、功率方程式等。 1．直流发电机的基本方程式 (1)电压方程式 U=Ea－IaRa (2)转矩方程式 T1=T+T0 (3)功率方程式： pCuf+P1= pCuf +pm+pFe+pCua+P2 直流他励发电机的功率关系图 2．直流电动机的基本方程式 (1)电压方程式：U=Ea+IaRa (2)转矩方程式：T=T0+TL (3)功率方程式： P1= pCuf + pCua+pm +pFe+P2

  17. 本节课后小结： 1．正确理解直流电机的基本工作原理，外形和内部结构及各部件的作用。 2 ．了解直流电机的磁场、电枢反应以及电动势和电磁转矩。 3 ．正确了解直流电机产生火花的原因和改善换向的方法。 4 ．直流电机所涉及的基本方程。

  18. 新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程新疆石河子职业技术学院---------电机与电气控制精品课程 本节课的安排： 课题一 直流电机的应用 任务三 直流电动机的调速 任务四 直流电机的启动、反转和制动

  19. 任务三、直流电动机的调速： 一、直流他励电动机的调速 调速可以用机械的、电气的或机电配合的方法来实现。 当负载不变时T=TL，只要改变电枢电压U、电枢贿赂串入电阻RP、每极磁通φ三个量中的任意一个都能改变电动机的转速。 1．调速系统的技术指标 直流电动机具有极可贵的调速性能，可在宽广范围内平滑而经济地调速，特别适用于调速要求较高的电气传动系统中。电动机调速性能的好坏，常用下列各项技术指标来衡量： (1)调速范围D (4)调速的经济性 (2)调速的平滑性 (5)调速时电动机的允许输出 (3)调速的稳定性

  20. 2．电枢回路串电阻调速 直流他励电动机驱动负载运行时，保持电源电压U及磁通Φ为额定值，改变电枢回路串入的电阻值，电动机就可运行于不同的转速。 电枢回路串电阻调速的特点是： (1)电动机的转速只能从额定转速往下调。 (2)转速越低，机械特性越软，负载波动时 转速的稳定性越差。 (3)转速越低、电枢串人的电阻越大，电能 损耗也越大，调速的经济性越差。 (4)调速范围小，电机空载时几乎无调速作用。 (5)调速过程中允许的输出转矩不变。 (6)调速系统的设备简单，初次投资小。 注意：电枢回路串电阻调速这种调速方式只适用于对调速性能要求不高，电动机容量不大的中小型直流电动机，例如起重机等负载。

  21. 3．降低电枢电压调速 降低电枢电压调速需要有连续可调的直流电源给电枢供电。由于工作电压不能大于额定电压，因此电枢电压只能从额定电压往下调。 降低电枢电压调速的特点是： (1)电动机的转速只能从额定转速往下调。 (2)由于转速降ΔnN不变，机械特性硬度不变， 所以稳定性好。 (3)调速范围大，最高转速与最低转速之比 可达10倍以上。 (4)当电枢电压连续可调时，转速也连续可调， 可实现无级调速。 (5)调速过程中能量损耗少。 (6)调速过程中允许的输出转矩不变。 (7)需要专用的可调直流电源，初次投资大。 注意：由于降压调速性能好，故常用于对调速要求较高的场合和大中容量电动机的调速。这种调速方式适用于电动机驱动恒转矩负载。

  22. 4．弱磁调速 由于电动机在额定状态运行时，磁路已接近饱和，所以通常只能减小磁通，将转速往上调，故称弱磁调速。 弱磁调速的特点是： (1)磁场电阻小，能连续调节，控制方便，可实现无级调速，调速平滑性好。 (2)励磁回路电流小，调速时能量损耗小，调速的经济性好。 (3)机械特性较硬，稳定性好。 (4)受到换向能力、机械强度等因素的限制，调速范围较小，一般不超过2nN。

  23. 任务四、直流电动机的启动、反转和制动： 一、直流电动机的启动 直流电动机接入电源后转速从零上升到稳定值的过程称启动过程，简称启动。 这种直接加额定电压启动的方法称为直接启动。除了个别容量极小的电动机可以采用直接启动以外，一般直流电动机不允许直接启动。 直流电动机启动的基本要求是： 有足够的启动转矩，一般为额定转矩的2—2.5倍，以便快速启动，缩短启动时间； 启动电流不能过大，要在一定的范围内，一般规定启动电流 不应超过额定电流的2～2．5倍；启动设备安全、可靠、经济。

  24. 1．电枢回路串电阻器启动 启动时，电枢回路串接可变电阻器Rst，Rst称为启动电阻器。电枢回路串电阻器启动，设备简单、初始投资较小，但在启动过程中能量消耗较多，常用于中小容量启动不频繁的直流电动机。技术标准规定，额定功率小于2 kW的直流电动机，允许采用一级启动电阻器启动，额定功率大于2 kW的直流电动机，应采用多级电阻器启动或降低电枢电压启动。

  25. 2．减压启动 当直流他励电动机的电枢回路由专用可调直流电源供电时，可用降低电压的方法来限制启动电流。启动电流与电枢电压降低的程度成正比地减小。

  26. 【例题】 一台直流他励电动机PN=60 kW，UN=440 V，IN=150 A, nN=1000r/min，Ra=0．156 Ω，驱动额定恒转矩负载。 (1)若采用电枢回路串电阻启动，最大启动电流，Ist=2IN，计算串人的总电阻Rst。 (2)若采用减压启动，条件同上，初始启动电压Ust。应降至多少?

  27. 二、直流电动机的反转 反转就是要改变电动机产生的电磁转矩方向。 直流电动机改变转向的方法有两种： (1)在励磁电流方向不变即磁场方向不变的条件下，将电枢电压的正负极性反接，从而改变电枢电流和电磁转矩的方向，使电动机反转。 (2)在电枢电压的极性不变时，将励磁绕组反接，改变励磁电流的方向，即改变了磁场的方向，可使电磁转矩方向改变，实现电动机反转。

  28. 注意：由于励磁绕组的匝数多，电感大，电磁惯性较大，为了实现电动机高效、快速地反转，往往采用电枢反接的方法。注意：由于励磁绕组的匝数多，电感大，电磁惯性较大，为了实现电动机高效、快速地反转，往往采用电枢反接的方法。

  29. 三、直流电动机的制动 电动机大多运行于电动状态，但在电气传动系统中，为了满足生产工艺的要求或者为了安全，有时需要电动机尽快地减速或停车，有时为了限制电动机转速的升 高，以及紧急停车等，需要对电动机进行制动。 1．能耗制动 把生产机械和电动机储存的动能转换为电能，再消耗在电枢回路的电阻上，所以称为能耗制动。用于要求迅速停车的场合。 2．电枢反接制动 在电枢反接的同时，在电枢电路串入制动电阻器，以限制过大的制动电流。电枢反接制动适用于要求迅速反转的场合。 注意：三种制动方法的共同点是：在保持原来磁场大小和方向不变的情况下，使电动机电磁转矩方向与旋转方向相反，使电动机产生制动效果。

  30. 3．倒拉反接制动 当直流电动机驱动位势负载，电枢串入大电阻，会被外力驱动向着与它的接线应有的旋转方向相反的方向旋转，这时便工作在倒拉反接制动状态。 倒拉反接制动一般用于慢速下放重物的场合。 4．回馈制动 回馈制动又称再生制动或发电制动。电动机处于发电状态，把势能转变为电能，并回馈到电网，所以称为回馈制动。回馈制动一般不串电阻，回馈制动一般用于电车下坡或起重机快速下放重物。 注意： 三种制动方法的共同点是：在保持原来磁场大小和方向不变的情况下，使电动机电磁转矩方向与旋转方向相反，使电动机产生制动效果。

  31. 本节课后小结： 1． 重点掌握直流电动机的三种调速方法。 2 ．正确了解直流电动机常用的启动、反转和制动方法。

  32. 本节课的安排： 课题二 变压器的应用 任务一 认识变压器 任务二 单相变压器的运行

  33. 配电变压器 升压变压器 降压变压器 任务一、认识变压器： 一、变压器的用途 变压器的基本作用是在交流电路中变电压、变电流、变阻抗、变相位和电气隔离。 二、变压器的分类 1．根据用途不同分类 (1)电力变压器包括升配电变压器、压变压器、降压变压器、厂用变压器等。

  34. (2)特种变压器包括仪用互感器(又可分为电压互感器和电流互感器)、电炉变压器、整流变压器、高压试验变压器、调压变压器和控制变压器等。 试验、仪用等变压器 电炉、整流变压器 试验、仪用等变压器

  35. 干式变压器 油浸式变压器 强迫油循环电力变压器 2．根据冷却方式和冷却介质不同分类 (I)干式变压器 (2)油浸式变压器包括油浸自冷、油浸风冷、强迫油循环冷却变压器。 (3)充气式变压器

  36. 三、变压器的基本结构 变压器最主要的组成部分是铁心和绕组，称之为器身。 1．铁心 铁心是变压器的磁路部分。为了减少铁心内部的损耗(包括涡流损耗和磁滞损耗)，铁心一般用0．35 mm厚的冷轧硅钢片叠成； 铁心结构 心式 —— 结构简单工艺简单应用广泛 壳式 ——结构复杂，用在小容量变压器和电炉变压器 铁芯结构示意图

  37. 铁心 绕组 • 心式变压器

  38. 铁心 绕组 • 壳式变压器

  39. 变压器铁心叠法——偶数层刚好压着奇数层的接缝，从而减少了磁路和磁阻，使磁路便于流通 ——接逢处气隙小 • 可以避免涡流在钢片之间流通 叠片式铁世交错的叠放方式

  40. 2．绕组 绕组是变压器的电路部分。它由漆包线或绝缘的扁铜线绕制而成，有同心式和交叠式两种。 低压 同心式——铁芯式变压器常用。高压绕组和低压绕组均做成圆筒形，然后同芯地套在铁芯柱上 ，为便于绝缘，通常低压绕组在里面，高压绕组在外面 ，中间加绝缘纸筒绝缘。 高压 三相心式变压器外观示意图

  41. 交叠式——铁壳式变压器常用。高压绕组和低压绕组各分为若干个线饼，沿着铁芯柱的高度交错地排列着 。 交叠式绕组

  42. 3．油箱和其他附件 油箱既是油浸式变压器的 外壳，又是变压器油的容器， 还是冷却装置。 • 油箱 • 储油柜 • 呼吸器 • 冷却器 • 绝缘套管 • 分接开关 • 气体继电器 气体继电器

  43. 储油柜 • 气体继电器 • 绝缘套管 • 油箱 • 冷却器 • 呼吸器

  44. 四、变压器的铭牌

  45. 任务二 单相变压器的运行： 一、变压器的基本工作原理 1．变压器工作时的物理情况 变压器的主体是由铁心及套在铁心上的绕组所组成。接交流电源的绕组称为一次绕组，其匝数用N1表示；接负载的绕组称为二次绕组，其匝数用N2表示。

  46. 变压器变电压：变压器在改变电压的同时，电流也随之成反比例地变化，且一次电流与二次。变压器变电压：变压器在改变电压的同时，电流也随之成反比例地变化，且一次电流与二次。 • 变压器变电流：电流之比等于匝数之反比。变压器一次绕组与二次绕组的电压之比约等于匝数之比。

  47. 二、变压器的基本方程式和等效电路 1．变压器的基本方程式 2．变压器的等效电路 a）一次侧等效图 b）励磁部分等效图 c）二次侧等效图

  48. 4、变压器的相量图

  49. 三、单相变压器的运行特性 2、变压器的损耗 （1）铜损耗 （2）铁损耗 （3） 变压器的效率 1、变压器的电压变化率和外特性 （1）电压变化率 （2）变压器的外特性 （超前 电容性） （电阻性） （滞后 电感性） 变压器外特性 变压器的效率特性

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