一文看懂電機(jī)原理、分類和應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯一文看懂電機(jī)原理、分類和應(yīng)用-設(shè)計(jì)應(yīng)用電動機(jī)(Motors)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的一種設(shè)備。它是利用通電線圈(也就是定子繞組)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式式閉合鋁框形成磁電動力旋轉(zhuǎn)扭矩。電動機(jī)按使用電源不同分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，電力系統(tǒng)中的電動機(jī)大部分是交流電機(jī)，可以是同步電機(jī)或者是異步電機(jī)(電機(jī)定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速不保持同步速)。電動機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動的方向跟電流方向和磁感線(磁場方向)方向有關(guān)。電動機(jī)工作原理是磁場對電流受力的作用，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)，由定子、轉(zhuǎn)子和其它附件組成。(一)定子(靜止部分)1、定子鐵心作用：電機(jī)磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。構(gòu)造：定子鐵心一般由0.35～0.5毫米厚表面具有絕緣層的硅鋼片沖制、疊壓而成，在鐵心的內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用以嵌放定子繞組。定子鐵心槽型有以下幾種：半閉口型槽：電動機(jī)的效率和功率因數(shù)較高，但繞組嵌線和絕緣都較困難。一般用于小型低壓電機(jī)中。半開口型槽：可嵌放成型繞組，一般用于大型、中型低壓電機(jī)。所謂成型繞組即繞組可事先經(jīng)過絕緣處理后再放入槽內(nèi)。開口型槽：用以嵌放成型繞組，絕緣方法方便，主要用在高壓電機(jī)中。2、定子繞組作用：是電動機(jī)的電路部分，通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。構(gòu)造：由三個(gè)在空間互隔120°電角度、隊(duì)稱排列的結(jié)構(gòu)完全相同繞組連接而成，這些繞組的各個(gè)線圈按一定規(guī)律分別嵌放在定子各槽內(nèi)。定子繞組的主要絕緣項(xiàng)目有以下三種：(保證繞組的各導(dǎo)電部分與鐵心間的可靠絕緣以及繞組本身間的可靠絕緣)。(1)對地絕緣：定子繞組整體與定子鐵心間的絕緣。(2)相間絕緣：各相定子繞組間的絕緣。(3)匝間絕緣：每相定子繞組各線匝間的絕緣。電動機(jī)接線盒內(nèi)的接線：電動機(jī)接線盒內(nèi)都有一塊接線板，三相繞組的六個(gè)線頭排成上下兩排，并規(guī)定上排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為1(U1)、2(V1)、3(W1)，下排三個(gè)接線樁自左至右排列的編號為6(W2)、4(U2)、5(V2)，.將三相繞組接成星形接法或三角形接法。凡制造和維修時(shí)均應(yīng)按這個(gè)序號排列。3、機(jī)座作用：固定定子鐵心與前后端蓋以支撐轉(zhuǎn)子，并起防護(hù)、散熱等作用。構(gòu)造：機(jī)座通常為鑄鐵件，大型異步電動機(jī)機(jī)座一般用鋼板焊成，微型電動機(jī)的機(jī)座采用鑄鋁件。封閉式電機(jī)的機(jī)座外面有散熱筋以增加散熱面積，防護(hù)式電機(jī)的機(jī)座兩端端蓋開有通風(fēng)孔，使電動機(jī)內(nèi)外的空氣可直接對流，以利于散熱。(二)轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)1、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心：作用：作為電機(jī)磁路的一部分以及在鐵心槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。構(gòu)造：所用材料與定子一樣，由0.5毫米厚的硅鋼片沖制、疊壓而成，硅鋼片外圓沖有均勻分布的孔，用來安置轉(zhuǎn)子繞組。通常用定子鐵心沖落后的硅鋼片內(nèi)圓來沖制轉(zhuǎn)子鐵心。一般小型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心直接壓裝在轉(zhuǎn)軸上，大、中型異步電動機(jī)(轉(zhuǎn)子直徑在300～400毫米以上)的轉(zhuǎn)子鐵心則借助與轉(zhuǎn)子支架壓在轉(zhuǎn)軸上。2、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組作用：切割定子旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及電流，并形成電磁轉(zhuǎn)矩而使電動機(jī)旋轉(zhuǎn)。構(gòu)造：分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子。(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組由插入轉(zhuǎn)子槽中的多根導(dǎo)條和兩個(gè)環(huán)行的端環(huán)組成。若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，整個(gè)繞組的外形像一個(gè)鼠籠，故稱籠型繞組。小型籠型電動機(jī)采用鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組，對于100KW以上的電動機(jī)采用銅條和銅端環(huán)焊接而成。(2)繞線式轉(zhuǎn)子：繞線轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是一個(gè)對稱的三相繞組，一般接成星形，三個(gè)出線頭接到轉(zhuǎn)軸的三個(gè)集流環(huán)上，再通過電刷與外電路聯(lián)接。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，故繞線式電動機(jī)的應(yīng)用不如鼠籠式電動機(jī)廣泛。但通過集流環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子繞組回路中串入附加電阻等元件，用以改善異步電動機(jī)的起、制動性能及調(diào)速性能，故在要求一定范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速的設(shè)備，如吊車、電梯、空氣壓縮機(jī)等上面采用。(三)相異步電動機(jī)的其它附件1、端蓋：支撐作用。2、軸承：連接轉(zhuǎn)動部分與不動部分。3、軸承端蓋：保護(hù)軸承。4、風(fēng)扇：冷卻電動機(jī)。直流電動機(jī)直流電動機(jī)采用八角形全疊片結(jié)構(gòu)，不僅空間利用率高，而且當(dāng)采用靜止整流器供電時(shí)，能承受脈動電流和快速的負(fù)載電流變化。直流電動機(jī)一般不帶串勵繞組，適用于需要正、反轉(zhuǎn)的自動控制技術(shù)中。根據(jù)用戶需要也可以制成帶串勵繞組。中心高100～280mm的電動機(jī)無補(bǔ)償繞組，但中心高250mm、280mm的電動機(jī)根據(jù)具體情況和需要可以制成帶補(bǔ)償繞組，中心高315～450mm的電動機(jī)帶有補(bǔ)償繞組。中心高500～710mm的電動機(jī)外形安裝尺寸及技術(shù)要求均符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)的機(jī)械尺寸公差符合ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。直流電動機(jī)的工作原理：在圖中，線圈連著換向片，換向片固定于轉(zhuǎn)軸上，隨電機(jī)軸一起旋轉(zhuǎn)，換向片之間及換向片與轉(zhuǎn)軸之間均互相絕緣，它們構(gòu)成的整體稱為換向器。電刷A、B在空間上固定不動。在電機(jī)的兩電刷端加上直流電壓，由于電刷和換向器的作用將電能引入電樞線圈中，并保證了同一個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向，繼而保證了該極下線圈邊所受的電磁力方向不變，保證了電動機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能以拖動生產(chǎn)機(jī)械，這就是直流電動機(jī)的工作原理。注意：每個(gè)線圈邊中的電流方向是交變的。2、直流發(fā)電機(jī)的工作原理：當(dāng)用原動機(jī)拖動電樞逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，線圈邊將切割磁力線感應(yīng)出電勢，電勢方向可據(jù)右手定則確定。由于電樞連續(xù)旋轉(zhuǎn)，線圈邊ab、cd將交替地切割N極、S極下的磁力線，每個(gè)線圈邊和整個(gè)線圈中的感應(yīng)電動勢的方向是交變的，線圈內(nèi)的感應(yīng)電動勢是交變電動勢，但由于電刷和換向器的作用，使流過負(fù)載的電流是單方向的直流電流，這一直流電流一般是脈動的。一、電機(jī)的拆卸拆卸電機(jī)之前應(yīng)首先拔開電機(jī)與控制器的引線，此時(shí)一定要記錄下電機(jī)引線顏色與控制器引線顏色的一一對應(yīng)關(guān)系。打開電機(jī)端蓋之前應(yīng)先清潔操作場地，以防止雜物被吸在電機(jī)內(nèi)的磁鋼上。做好端蓋與輪轂相對位置的標(biāo)記。注意：一定要按對角順序松動螺釘，以免電機(jī)外殼變形。電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的徑向間隙叫氣隙(空氣間隙)，一般電機(jī)的氣隙在0.25-0.8mm之間。當(dāng)拆卸完電機(jī)排除了電機(jī)故障之后，一定要按原來的端蓋記號進(jìn)行裝配，這樣可以防止二次裝配后的掃膛現(xiàn)象。二、電機(jī)內(nèi)齒輪的潤滑如果有刷有齒輪轂電機(jī)與無刷有齒輪轂電機(jī)運(yùn)行的噪音開始變大，或者更換了電機(jī)內(nèi)的齒輪，應(yīng)將齒輪所有齒面涂滿潤滑脂，一般使用3號潤滑脂或廠家指定的潤滑油。三、電機(jī)的組裝在組裝有刷電機(jī)之前，請檢查刷握里面彈簧的彈性，檢查碳刷與刷握是否有碰擦，檢查碳刷在刷握里是否能達(dá)到行程，注意碳刷與換相器的正確定位，以免卡壞碳刷或刷握。安裝電機(jī)的時(shí)候，首先應(yīng)清理電機(jī)部件表面的雜質(zhì)，以免影響電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且一定要將輪轂體固定結(jié)實(shí)，以免安裝時(shí)由于受磁鋼的強(qiáng)力吸引，造成部件相互撞擊、損壞。檢測36V正常，控制器輸出5V、12V正常，電動機(jī)電阻正常。把電動機(jī)直接連接到36V電池上，電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。四、接線方法由于換向方式不一樣，有刷電機(jī)和無刷電機(jī)不但內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一樣，而且在接線方式上的區(qū)別也非常大。1、有刷電機(jī)的接線方法。有刷電機(jī)一般有正負(fù)兩根引線。一般紅線是電機(jī)正極，黑線是電機(jī)負(fù)極。如果將正負(fù)極交換接線，只是會使電機(jī)反轉(zhuǎn)，一般不會損壞電機(jī)。2、無刷電機(jī)相角的判斷。無刷電機(jī)的相角是無刷電機(jī)的相位代數(shù)角的簡稱，指無刷電機(jī)各線圈在一個(gè)通電周期里面線圈內(nèi)部電流方向改變的角度。電動車用無刷電機(jī)常見的相位代數(shù)角有120°與60°兩種。觀察霍耳元件安裝空間位置判斷無刷電機(jī)的相角，120°和60°兩種相角電機(jī)的霍耳元件安裝空間位置不一樣。測量霍耳真值信號判斷無刷電機(jī)的相角需要先說明一下的是什么叫無刷電機(jī)的磁拉力角。無刷電機(jī)的磁鋼數(shù)量一般是12片、16片或18片，其對應(yīng)的定子槽數(shù)是36槽、48槽或54槽。電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼的磁力線有沿磁阻方向行走的特性，因此轉(zhuǎn)子磁鋼所停頓的位置恰好為定子槽凸極的位置。磁鋼不會停在定子槽心的位置，這樣轉(zhuǎn)子與定子的相對位置只有36種、48種或54種這有限的幾個(gè)位置。因此無刷電機(jī)的磁拉力角就是360/36°、360/48°或360/54°。無刷電機(jī)的霍耳元件有5根引線，分別是霍耳元件的公共電源正極、公共電源負(fù)極、A相霍耳輸出、B相霍耳輸出和C相霍耳輸出。我們可以利用無刷控制器(60°或120°)的5根霍耳引線，將無刷電機(jī)霍耳元件引線的正負(fù)電源接好，將其余A、B、C三個(gè)相位傳感器的引線，任意接在控制器霍耳信號引線的引線上。接通控制器電源，由控制器給霍耳元件供電，就可以檢測到無刷電機(jī)的相角了。方法如下：用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個(gè)引線的電壓情況，記錄下3根引線的高低電壓。輕微轉(zhuǎn)動電機(jī)，讓電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)磁拉力角度，再次測量并記錄下3根引線的高低電壓，如此測量記錄6次。我們用1表示高電位，用0表示低電位，那么——如果是60°無刷電機(jī)，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個(gè)磁拉力角度，則測量出的霍耳真值信號應(yīng)該是：100、110、111、011、001、000。調(diào)整三個(gè)霍耳元件引線的引腳順序，讓真值的信號嚴(yán)格按照上面的真值順序變化，這樣對于60°無刷電機(jī)的A、B、C三個(gè)相位就判斷出來了。如果是120°無刷電機(jī)，連續(xù)轉(zhuǎn)動6個(gè)磁拉力角度，測量出的霍耳真值信號應(yīng)該是按照100、110、010、011、001、101的規(guī)律變化，這樣霍耳元件引線的通電相序就判斷出來了。如果想快速測出無刷電機(jī)是60°還是120°，用萬用表的+20V直流電壓擋，并將黑表筆接地線，紅表筆分別測量三個(gè)引線的電壓，出現(xiàn)三根線都有電壓或都無電壓時(shí)就確定是60°電機(jī)，否則就是120°3、無刷電機(jī)的接線方法。無刷電機(jī)的線圈引線有3根，霍耳引線有5根，這8根引線必須和控制器相應(yīng)引線一一對應(yīng)，否則電機(jī)不能正常轉(zhuǎn)動。一般講來，60°和120°相角的無刷電機(jī)，需要由與之相對應(yīng)的60°和120°相角的無刷電機(jī)控制器來驅(qū)動，兩種相角的控制器不能直接互換。60°相角的無刷電機(jī)與60°相角控制器相連的8根線的正確接線有兩種，一種正轉(zhuǎn)，一種反轉(zhuǎn)。因?yàn)閷τ?20°相角的無刷電機(jī)，通過調(diào)整線圈引線的相序和霍耳引線的相序，電機(jī)與控制器相連的8根線的正確接線可以有6種，其中3種接法電機(jī)正轉(zhuǎn)，另外3種接法電