第3章 電能轉換技術

1、共216頁第1頁 電能轉換技術電能轉換技術 第三章第三章 共216頁第2頁 第一節(jié)第一節(jié) 直流電機直流電機 第二節(jié)第二節(jié) 變壓器變壓器 第三節(jié)第三節(jié) 交流電機交流電機 第四節(jié)第四節(jié) 微控電機微控電機 第五節(jié)第五節(jié) 電動機的新技術與應用電動機的新技術與應用 第六節(jié)第六節(jié) 電氣控制的基本概念電氣控制的基本概念 共216頁第3頁 概概 述述 電能的生產、轉換、傳輸、分配、使用與控制等，都必電能的生產、轉換、傳輸、分配、使用與控制等，都必 須通過能夠進行能量傳遞與變換的電磁機械來實現(xiàn)，這些電須通過能夠進行能量傳遞與變換的電磁機械來實現(xiàn)，這些電 磁機械稱為電機。磁機械稱為電機。 電機的分類方法很多，按其

2、功能可分為：電機的分類方法很多，按其功能可分為： (1)(1)發(fā)電機：把機械能轉換成電能；發(fā)電機：把機械能轉換成電能； (2)(2)電動機：把電能轉換成機械能；電動機：把電能轉換成機械能； (3)(3)變壓器、變頻機、變流機、移相器：分別用于改變電變壓器、變頻機、變流機、移相器：分別用于改變電 壓、頻率、電流及相位；壓、頻率、電流及相位； (4)(4)微特電機：用作各類自動控制系統(tǒng)的控制元件。微特電機：用作各類自動控制系統(tǒng)的控制元件。 值得指出的是，從基本原理看，發(fā)電機與電動機僅是電值得指出的是，從基本原理看，發(fā)電機與電動機僅是電 機的兩種不同運行方式；從能量轉換角度看，二者是可逆的。機的兩種

3、不同運行方式；從能量轉換角度看，二者是可逆的。 第一節(jié) 直流電機 共216頁第4頁 直流電機的物理模直流電機的物理模 型型 第一節(jié) 直流電機 直直 流流 電電 機機 共216頁第5頁 直流發(fā)電機模型 直流發(fā)電機 第一節(jié) 直流電機 共216頁第6頁 直直 流流 電電 機機 第一節(jié) 直流電機 共216頁第7頁 直直 流流 電電 機機 直流電動機工作原理直流電動機工作原理 第一節(jié) 直流電機 直直 流流 電電 機機 共216頁第8頁 直直 流流 電電 機機 二、直流電機的結構二、直流電機的結構 旋轉電機 定子 轉子 電磁部分 機械部分 機械部分 電磁部分 旋轉電機 定子 轉子 電磁部分 機械部分 機械

4、部分 電磁部分 第一節(jié) 直流電機 共216頁第9頁 直直 流流 繞繞 線線 電電 機機 第一節(jié) 直流電機 共216頁第10頁 作電源用作電源用-直流發(fā)電機直流發(fā)電機 將機械能轉化為直流電能將機械能轉化為直流電能 作動力用作動力用-直流電動機直流電動機 將直流電能轉化為機械能將直流電能轉化為機械能 信號傳遞信號傳遞-直流測速發(fā)電機直流測速發(fā)電機 將機械信號轉換為電信號將機械信號轉換為電信號 信號傳遞信號傳遞-直流伺服電動機直流伺服電動機 將控制信號轉換為機械信號將控制信號轉換為機械信號 第一節(jié) 直流電機 共216頁第11頁 變變 壓壓 器器 一、變壓器的分類一、變壓器的分類 可分為可分為電力變壓

5、器電力變壓器和和特種變壓器特種變壓器兩類。兩類。 電力變壓器在電力系統(tǒng)中主要作為升壓變壓器和降壓變電力變壓器在電力系統(tǒng)中主要作為升壓變壓器和降壓變 壓器及配電變壓器。壓器及配電變壓器。 除電力變壓器之外，其他的變壓器都叫特種變壓器除電力變壓器之外，其他的變壓器都叫特種變壓器. . 第二節(jié) 變壓器 共216頁第12頁 電力變壓器電力變壓器 10kV配電配電 變壓器變壓器 110kV降壓降壓 變壓器變壓器 500kV升壓升壓 變壓器（葛洲壩）變壓器（葛洲壩） 第二節(jié) 變壓器 共216頁第13頁 特種變壓器特種變壓器 控制變壓器控制變壓器電爐變壓器電爐變壓器 整流變壓器整流變壓器 電焊變壓器電焊變壓

6、器 三相同步變壓器三相同步變壓器電流、電壓互感器電流、電壓互感器脈沖變壓器脈沖變壓器 第二節(jié) 變壓器 共216頁第14頁 變變 壓壓 器器 二、變壓器的基本工作原理二、變壓器的基本工作原理 第二節(jié) 變壓器 共216頁第15頁 變變 壓壓 器器 三、變壓器的基本結構三、變壓器的基本結構 第二節(jié) 變壓器 共216頁第16頁 交交 流流 電電 機機 一、交流電機的工作原理一、交流電機的工作原理 ( (一一) )同步發(fā)電機的基本工作原理同步發(fā)電機的基本工作原理 第三節(jié) 交流電機 共216頁第17頁 同步發(fā)電機工作原理同步發(fā)電機工作原理 交交 流流 電電 機機 第三節(jié) 交流電機 共216頁第18頁 交交

7、 流流 電電 機機 第三節(jié) 交流電機 共216頁第19頁 交交 流流 電電 機機 旋轉電磁旋轉電磁 力作用在力作用在 轉子上將轉子上將 產生電磁產生電磁 轉矩，并轉矩，并 驅動轉子驅動轉子 旋轉旋轉 第三節(jié) 交流電機 2 2、異步電機工作原理、異步電機工作原理 共216頁第20頁 三相定子三相定子 繞組繞組 產生的同步產生的同步 旋轉磁場旋轉磁場 三相交流三相交流 電源電源 旋轉磁場的旋轉磁場的 方向方向 第三節(jié) 交流電機 共216頁第21頁 交交 流流 電電 機機 二、同步電機的基本結構二、同步電機的基本結構 同步電機與其他旋轉電機一樣，主要由定子同步電機與其他旋轉電機一樣，主要由定子( (

8、靜止靜止) ) 部分和轉子部分和轉子( (旋轉旋轉) )部分構成。部分構成。 第三節(jié) 交流電機 共216頁第22頁 第三節(jié) 交流電機 共216頁第23頁 交交 流流 電電 機機 電機電機 結構結構 分解分解 第三節(jié) 交流電機 三、異步電機的基本結構三、異步電機的基本結構 共216頁第24頁 微微 特特 電電 機機 一、微控電機的分類及功能一、微控電機的分類及功能 微控電機的種類繁多、用途廣泛，用得最為廣泛微控電機的種類繁多、用途廣泛，用得最為廣泛 的微控電機有：的微控電機有：伺服電動機伺服電動機、測速發(fā)電機測速發(fā)電機、自整角機自整角機、 旋轉變壓器旋轉變壓器、步進電動機步進電動機、微型同步電動

9、機微型同步電動機和和感應同感應同 步器步器等。等。 1. 1. 伺服電動機伺服電動機 分為分為交流伺服電動機交流伺服電動機和和直流伺服電動機直流伺服電動機兩類。兩類。 第四節(jié) 微控電機 共216頁第25頁 交流伺服電機交流伺服電機 微微 特特 電電 機機 3D伺服電機控制卡伺服電機控制卡 直流伺服電機直流伺服電機電腦伺服電機直電腦伺服電機直 接驅動單針自動接驅動單針自動 切線平縫機切線平縫機 應用應用 第四節(jié) 微控電機 共216頁第26頁 微微 特特 電電 機機 2. 2. 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 分為分為交流交流測速發(fā)電機和測速發(fā)電機和直流直流測速發(fā)電機兩大類測速發(fā)電機兩大類 第四節(jié) 微控電機

10、 交流交流 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 永磁直流永磁直流 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 永磁同步永磁同步 測速發(fā)電機測速發(fā)電機 共216頁第27頁 微微 特特 電電 機機 3. 3.自整角機自整角機 運行方式分為力矩式和控制式兩種。運行方式分為力矩式和控制式兩種。 力矩式自整角機輸出力矩比較小，多用于指示系力矩式自整角機輸出力矩比較小，多用于指示系 統(tǒng)，如角度指示器等?？刂剖阶哉菣C的輸出電壓經統(tǒng)，如角度指示器等?？刂剖阶哉菣C的輸出電壓經 放大后作為伺服電動機的控制信號電壓，使伺服電動放大后作為伺服電動機的控制信號電壓，使伺服電動 機轉動并帶負載同步運行。機轉動并帶負載同步運行。 第四節(jié) 微控電機 共21

11、6頁第28頁 微微 特特 電電 機機 4. 4. 旋轉變壓器旋轉變壓器 第四節(jié) 微控電機 用途用途 ： 在隨動系統(tǒng)中提供位置反饋或解算信號在隨動系統(tǒng)中提供位置反饋或解算信號 2532旋轉旋轉 變壓器變壓器(高頻高頻) 2914旋轉旋轉 差動變壓器差動變壓器 2595旋轉旋轉 變壓器變壓器(高頻高頻) 共216頁第29頁 微微 特特 電電 機機 5. 5. 步進電動機步進電動機 步進電動機是數字控制系統(tǒng)中一種執(zhí)行元件。步進電動機是數字控制系統(tǒng)中一種執(zhí)行元件。 步進電動機工作原理與凸極式同步電動機相似步進電動機工作原理與凸極式同步電動機相似. . 第四節(jié) 微控電機 一相勵磁一相勵磁二相勵磁二相勵磁

12、一、二相勵磁一、二相勵磁 共216頁第30頁 微微 特特 電電 機機 6. 6. 微型同步電動機微型同步電動機 按轉子結構形式及材料不同，微型同步電動機主按轉子結構形式及材料不同，微型同步電動機主 要有要有永磁式永磁式、磁阻式磁阻式和和磁滯式磁滯式三種。三種。 第四節(jié) 微控電機 磁滯同步電機磁滯同步電機 永磁永磁同步電機同步電機 可逆可逆同步電機同步電機 共216頁第31頁 微微 特特 電電 機機 7. 7. 感應同步器感應同步器 第四節(jié) 微控電機 感應同步器感應同步器用于精確定位系統(tǒng)中用于精確定位系統(tǒng)中 共216頁第32頁 電機的新技術新應用電機的新技術新應用 超微型電機超微型電機 1 1、

13、概念概念 電機一般分為電機一般分為電磁型電磁型和和靜電型靜電型兩類兩類 2 2、超微型電機的制造技術超微型電機的制造技術 (1 )(1 )微細加工光刻技術微細加工光刻技術 (2 )(2 )光刻電鑄光刻電鑄 ( () )技術。技術。 第五節(jié) 共216頁第33頁 電機的新技術新應用電機的新技術新應用 超聲波電機（超聲波電機（USMUSM） 第五節(jié) 共216頁第34頁 第五節(jié) 共216頁第35頁 第五節(jié) 共216頁第36頁 （b b）柱體行波型電機）柱體行波型電機 （a）環(huán)形行波型電機）環(huán)形行波型電機 九十年代中期，佳能公司又研制了一種直徑九十年代中期，佳能公司又研制了一種直徑 8mm8mm、長、長

14、24mm24mm的柱體行波型超聲波電機用于照相的柱體行波型超聲波電機用于照相 機的調焦，如圖機的調焦，如圖 (b)(b)所示。所示。 佳能公司生產的用于照相機的超聲波電機佳能公司生產的用于照相機的超聲波電機 第五節(jié) 共216頁第37頁 用于太空機器人的環(huán)形行波型超聲波電機用于太空機器人的環(huán)形行波型超聲波電機 太空機器人在收集小巖石（左）和安放科學儀器（右）太空機器人在收集小巖石（左）和安放科學儀器（右） 第五節(jié) 共216頁第38頁 由于超導電機采用了超由于超導電機采用了超 導體，超導電機的運行電流導體，超導電機的運行電流 密度和磁通密度都大大地提密度和磁通密度都大大地提 高了。超導電機的基本結

15、構高了。超導電機的基本結構 和常規(guī)電機相似和常規(guī)電機相似. . 第五節(jié) 四、超導電機四、超導電機 共216頁第39頁 直線電機的應用直線電機的應用 第五節(jié) 五、五、 直線電機直線電機 共216頁第40頁 直線電機應用范圍廣泛直線電機應用范圍廣泛 第五節(jié) 共216頁第41頁 下一節(jié)下一節(jié) 三刀開關的手動控制電路及過載保護三刀開關的手動控制電路及過載保護 手手 動動 控控 制制 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第42頁 控制按鈕控制按鈕 常開常開(動合動合)按鈕按鈕 電路符號電路符號 SB 常閉常閉(動斷動斷)按鈕按鈕 電路符號電路符號 SB 復合按鈕復合按鈕 電路符號電路符號 SB 第六節(jié) 電

16、氣控制與器件 共216頁第43頁 1.目的目的 : 用于接通或斷開輔助電路，靠手動操作。用于接通或斷開輔助電路，靠手動操作。 2. 結構：結構： 1 常閉觸點或動斷觸點常閉觸點或動斷觸點 2 常開觸點或動合觸點常開觸點或動合觸點 觸點觸點1 1 觸點觸點2 2 上一頁上一頁返返 回回下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié) 圖圖 按鈕按鈕 緊急按鈕緊急按鈕 自鎖按鈕自鎖按鈕 用指示燈表示其工作狀態(tài)用指示燈表示其工作狀態(tài) 3.作用作用: 起停自動控制起停自動控制 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第44頁 起起 停停 自自 動動 控控 制制 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第45頁 行程開關行程開

17、關(ST) 也稱限位開關也稱限位開關 用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。用作電路的限位保護、行程控制、自動切換等。 動作原理動作原理: :運動部件撞擊產生動作。運動部件撞擊產生動作。 符號：符號： 動斷觸點：動斷觸點： 動合觸點：動合觸點： ST 上一頁上一頁返返 回回下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié) 行程控制行程控制 結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。結構與按鈕類似，但其動作要由機械撞擊。 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第46頁 主電路：主電路：一臺電機正反轉。一臺電機正反轉。 STA1STA2STB1STB2 例例:工作臺前進、后退往復運動。工作臺前進、后退往復運動。

18、控制電路：控制電路：應在正反轉的基礎上，在每套支路應在正反轉的基礎上，在每套支路 中分別串聯(lián)行程開關的動斷觸點。中分別串聯(lián)行程開關的動斷觸點。 上一頁上一頁返返 回回下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié) 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第47頁 STA1 STA2 STB2 STB1 ( (二二) )控制電路控制電路 KMF KMR KMF KMR SBstF SBstR KMR KMF SBstp FR 上一頁上一頁返返 回回下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié) 圖圖 自動往返行程控制自動往返行程控制 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第48頁 STA1 上一頁上一頁返返 回回下一節(jié)下一節(jié)

19、下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié) STA1 STA2 STB2 STB1 KMF KMR KMF KMR SBstF SBstR KMR KMF SBstp FR 圖圖 自動往返行程控制自動往返行程控制 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第49頁 1. 作用作用: 接通或斷開接通或斷開 電路的，利用電電路的，利用電 磁吸力的作用而磁吸力的作用而 動作的。動作的。 2. 結構結構: 按狀態(tài)分按狀態(tài)分 按用途分按用途分 動合觸點動合觸點 動斷觸點動斷觸點 主觸點主觸點 輔助觸點輔助觸點 上一頁上一頁下一節(jié)下一節(jié)下一頁下一頁上一節(jié)上一節(jié)圖圖 交流接觸器交流接觸器 交流接觸器交流接觸器(KM)(KM) 第六節(jié)

20、 電氣控制與器件 共216頁第50頁 線圈線圈 鐵芯鐵芯 銜鐵銜鐵 主觸頭主觸頭 彈簧彈簧 輔助輔助 觸頭觸頭 M 3 電機電機 接觸器接觸器動作過程動作過程 線圈通電線圈通電 銜鐵被吸合銜鐵被吸合 觸頭閉合觸頭閉合 電機接通電機接通 電源電源 380 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第51頁 M 3 接觸器接觸器 動作過程動作過程 線圈通電線圈通電 銜鐵被吸合銜鐵被吸合 觸頭閉合觸頭閉合 電機接通電機接通 電源電源 220 380 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第52頁 接觸器有關符號：接觸器有關符號： 接觸器線圈接觸器線圈 接觸器主觸頭用于主電路接觸器主觸頭用于主電路 （流過的電流大

21、，（流過的電流大，需加滅弧裝置需加滅弧裝置） 常開常開 常閉常閉 接觸器輔助觸頭用于控制電路接觸器輔助觸頭用于控制電路 （流過的電流小，無（流過的電流小，無需加滅弧裝置需加滅弧裝置） 接觸器控制對象：電動機及其它電力負載接觸器控制對象：電動機及其它電力負載 接觸器技術指標：額定工作電壓、電流、觸點數目等。接觸器技術指標：額定工作電壓、電流、觸點數目等。 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第53頁 簡單的接觸器控制簡單的接觸器控制 ABC M 3 刀閘起隔離作用刀閘起隔離作用 自保持自保持 停止停止 按鈕按鈕 起動起動 按鈕按鈕 特點：特點：小電流控小電流控 制大電流。制大電流。 第六節(jié) 電氣控

22、制與器件 共216頁第54頁 繼電器繼電器 中間繼電器中間繼電器 電壓繼電器電壓繼電器 電流繼電器電流繼電器 時間繼電器（具有延時功能）時間繼電器（具有延時功能） 熱繼電器（做過載保護）熱繼電器（做過載保護） . 繼電器類型：繼電器類型： 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第55頁 發(fā)熱元件發(fā)熱元件 功能：過載保護功能：過載保護 熱繼電器熱繼電器 結構：結構： I I 常閉觸頭常閉觸頭 雙金雙金 屬片屬片 扣板扣板 第六節(jié) 電氣控制與器件 共216頁第56頁 1.作用作用: 用于過載保護用于過載保護,靠電流熱效應產生動作的?？侩娏鳠嵝a生動作的。 2.結構與動作原理結構與動作原理: 3.符號符號: 發(fā)熱元件發(fā)熱元件 FR 動斷觸點動斷觸點 FR 返返 回回 圖圖 熱繼電器熱繼電器