《電機(jī)與電器》課件

《電機(jī)與電器》課程簡(jiǎn)介本課程旨在為學(xué)生提供電機(jī)與電器領(lǐng)域的基礎(chǔ)知識(shí)和應(yīng)用技能。涵蓋電機(jī)的工作原理、類型、控制、以及電器設(shè)備的使用和維護(hù)等內(nèi)容。電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的裝置，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中。電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)系統(tǒng)組成。定子是電機(jī)靜止部分，轉(zhuǎn)子是電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分，磁場(chǎng)系統(tǒng)用來產(chǎn)生磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作原理基于電磁感應(yīng)定律，當(dāng)電流通過線圈時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)線圈產(chǎn)生力的作用，使線圈發(fā)生旋轉(zhuǎn)。直流電機(jī)的分類和特點(diǎn)11.勵(lì)磁方式直流電機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式分為他勵(lì)、自勵(lì)和復(fù)勵(lì)三種，每種勵(lì)磁方式都有其獨(dú)特的特點(diǎn)，適合不同的應(yīng)用場(chǎng)景。22.電樞繞組類型直流電機(jī)電樞繞組可分為波繞組和單層疊繞組，不同的繞組類型會(huì)影響電機(jī)的性能和特點(diǎn)。33.電機(jī)結(jié)構(gòu)直流電機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)分為直流串勵(lì)電機(jī)、直流并勵(lì)電機(jī)和直流復(fù)勵(lì)電機(jī)等，不同結(jié)構(gòu)的電機(jī)性能會(huì)有所區(qū)別。44.應(yīng)用領(lǐng)域直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域，如起重機(jī)、機(jī)床、電梯等，其應(yīng)用領(lǐng)域取決于電機(jī)類型和性能特點(diǎn)。交流異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理定子定子由機(jī)座、定子鐵芯、定子繞組構(gòu)成。定子鐵芯由疊壓的硅鋼片組成，定子繞組是三相繞組，在定子繞組中通入三相交流電，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子分為鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子，鼠籠式轉(zhuǎn)子是由鋁或銅制成的導(dǎo)條插入轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中，兩端短接而成，而繞線式轉(zhuǎn)子則是由繞組繞在轉(zhuǎn)子鐵芯上，并在端部引出導(dǎo)線。工作原理交流異步電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律，當(dāng)定子繞組通入三相交流電時(shí)，定子中就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，并在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)出電流，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)與定子磁場(chǎng)相互作用，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與工作原理同步電機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度相同。同步電機(jī)主要由定子、轉(zhuǎn)子、機(jī)座、軸承等組成。定子由定子鐵芯、定子繞組和定子外殼組成，轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子外殼組成。同步電機(jī)的工作原理是：定子繞組通入交流電后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；轉(zhuǎn)子繞組通入直流電后，產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)。定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生一個(gè)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子的力矩，使轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。電機(jī)額定參數(shù)的含義及其測(cè)量額定功率電機(jī)在額定工作條件下所能輸出的最大機(jī)械功率。單位為瓦特（W）或千瓦（kW）。額定電壓電機(jī)正常工作所需的電壓，單位為伏特（V）。額定電流電機(jī)在額定電壓下正常工作時(shí)的電流，單位為安培（A）。額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定負(fù)載下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速，單位為轉(zhuǎn)/分鐘（r/min）。電機(jī)啟動(dòng)方式及控制技術(shù)電機(jī)啟動(dòng)方式的選擇取決于負(fù)載類型、電機(jī)類型和運(yùn)行環(huán)境。直流電機(jī)啟動(dòng)方式包括直流調(diào)速啟動(dòng)、弱磁啟動(dòng)等，交流電機(jī)啟動(dòng)方式包括直接啟動(dòng)、降壓?jiǎn)?dòng)、軟啟動(dòng)等。1直接啟動(dòng)簡(jiǎn)單高效，適用于輕負(fù)載2降壓?jiǎn)?dòng)減小啟動(dòng)電流，適用于重負(fù)載3軟啟動(dòng)平滑啟動(dòng)，保護(hù)電機(jī)4變頻調(diào)速可實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，節(jié)能高效電機(jī)控制技術(shù)主要包括電機(jī)保護(hù)、電機(jī)調(diào)速、電機(jī)同步控制等?，F(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)主要運(yùn)用電力電子器件、微處理器、傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、高可靠性的電機(jī)控制。常見電機(jī)故障分析與維修過熱電機(jī)過熱可能導(dǎo)致絕緣老化、軸承損壞、甚至燒毀。應(yīng)檢查負(fù)載、通風(fēng)、冷卻系統(tǒng)等。振動(dòng)振動(dòng)可能源于軸承磨損、定子繞組松動(dòng)、轉(zhuǎn)子不平衡等?；鸹娝⑴c換向器或滑環(huán)之間產(chǎn)生火花，可能是電刷磨損、換向器或滑環(huán)表面粗糙等原因。噪音噪音可能由軸承損壞、風(fēng)機(jī)故障、定子繞組松動(dòng)等引起。變壓器的基本結(jié)構(gòu)與工作原理變壓器是電力系統(tǒng)中必不可少的元件，用于改變交流電壓和電流。變壓器主要由鐵芯、線圈和絕緣材料組成。鐵芯由疊片鐵心組成，用于提供磁路。線圈由繞在鐵芯上的導(dǎo)線組成，分為初級(jí)線圈和次級(jí)線圈。變壓器工作原理基于電磁感應(yīng)原理，利用交變磁場(chǎng)使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而改變電壓。變壓器的基本參數(shù)及其測(cè)量額定電壓額定電壓指變壓器在額定負(fù)荷下，其繞組兩端的電壓值。測(cè)量方法是使用電壓表測(cè)量繞組兩端的電壓。額定電流額定電流指變壓器在額定負(fù)荷下，其繞組中流過的電流值。測(cè)量方法是使用電流表測(cè)量繞組中的電流。額定容量額定容量指變壓器在額定電壓和額定電流下，能傳遞的最大功率。測(cè)量方法是使用功率表測(cè)量變壓器的輸出功率。短路阻抗短路阻抗反映變壓器內(nèi)部繞組的電阻和電抗。測(cè)量方法是使用短路試驗(yàn)方法測(cè)量短路阻抗。變壓器的主要類型和特點(diǎn)電力變壓器用于電力系統(tǒng)中，將高壓電能轉(zhuǎn)換為低壓電能，滿足各種用電設(shè)備的需求。具有功率大、效率高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)。配電變壓器用于配電系統(tǒng)中，將高壓電能轉(zhuǎn)換為低壓電能，供給用戶使用。通常安裝在用戶的附近，方便供電?？刂谱儔浩饔糜诳刂齐娐分?，將高壓電能轉(zhuǎn)換為低壓電能，用于控制設(shè)備的工作。通常功率較小，但對(duì)電壓穩(wěn)定性要求較高。特殊變壓器用于特殊場(chǎng)合，例如焊接、冶金、電子等領(lǐng)域。具有特殊的性能和特點(diǎn)，以滿足特定的應(yīng)用需求。變壓器的電壓調(diào)整和短路特性電壓調(diào)整短路特性反映變壓器輸出電壓隨負(fù)載變化情況。描述變壓器在短路狀態(tài)下的性能。電壓調(diào)整率越小，輸出電壓越穩(wěn)定。短路阻抗越小，短路電流越大，對(duì)變壓器沖擊更大。影響因素：變壓器參數(shù)、負(fù)載類型、運(yùn)行方式等。影響因素：變壓器參數(shù)、短路方式、運(yùn)行方式等。變壓器的保護(hù)和維護(hù)保護(hù)措施變壓器需要各種保護(hù)裝置來確保安全運(yùn)行，如過載保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)和過電壓保護(hù)。這些裝置能夠及時(shí)切斷電源，防止事故發(fā)生。維護(hù)工作定期檢查變壓器油位、溫度和絕緣性能，并清潔油箱和散熱器。定期更換變壓器油，并進(jìn)行干燥處理，確保變壓器的正常運(yùn)行。開關(guān)電器的基本概念和組成開關(guān)電器是電氣控制系統(tǒng)中重要的組成部分。開關(guān)電器主要用于接通或斷開電路，控制電路的通斷，并保護(hù)電氣設(shè)備。接觸器的工作原理和主要特性11.電磁吸合通電后，電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，吸引銜鐵，閉合主觸點(diǎn)。22.機(jī)械觸點(diǎn)接觸器主要由主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)組成，用于控制電路的通斷。33.保護(hù)功能接觸器通常具有過載保護(hù)和短路保護(hù)功能，防止電機(jī)過載或短路損壞。44.輔助觸點(diǎn)輔助觸點(diǎn)用于信號(hào)控制，例如控制指示燈或其他電氣設(shè)備。斷路器的工作原理和主要特性斷路器關(guān)閉狀態(tài)當(dāng)電路正常工作時(shí)，斷路器的觸頭閉合，電流通過。斷路器開啟狀態(tài)當(dāng)電路發(fā)生故障，如短路或過載時(shí)，斷路器會(huì)自動(dòng)切斷電路，防止事故發(fā)生。斷路器結(jié)構(gòu)斷路器通常由觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置、操作機(jī)構(gòu)、保護(hù)裝置等組成。熔斷器的工作原理和主要特性熔斷器熔斷器是一種過電流保護(hù)裝置，當(dāng)電路中電流超過額定值時(shí)，熔體熔斷，切斷電路，保護(hù)電氣設(shè)備。主要特性額定電流熔斷時(shí)間熔斷特性電能傳輸與配電系統(tǒng)概述電能傳輸系統(tǒng)是指將發(fā)電廠產(chǎn)生的電能輸送到用戶端的電力網(wǎng)絡(luò)。配電系統(tǒng)是電能傳輸系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)將高壓電能降壓后分配給各個(gè)用戶。電能傳輸與配電系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，保證了電力供應(yīng)的可靠性和安全性。電能質(zhì)量問題及其控制措施電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)會(huì)影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至造成損壞。諧波污染諧波會(huì)降低電能效率，并對(duì)電氣設(shè)備造成負(fù)面影響。瞬變干擾瞬變干擾可能導(dǎo)致電氣設(shè)備誤動(dòng)作，甚至損壞。頻率偏差頻率偏差會(huì)影響同步電機(jī)的工作性能，甚至造成系統(tǒng)失步。電力電子器件的基本原理電力電子器件是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的一部分，它們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的有效控制和變換，廣泛應(yīng)用于各種電氣設(shè)備中。電力電子器件主要利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性，通過控制其導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的控制，例如整流、逆變、斬波等功能。常見的電力電子器件包括二極管、晶閘管、MOSFET、IGBT等，它們具有高速、高效率、高可靠性等特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。整流電路的工作原理與應(yīng)用1整流將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。2濾波減少直流電中的交流成分。3穩(wěn)壓使直流電電壓保持穩(wěn)定。整流電路在電力電子技術(shù)中發(fā)揮著重要的作用，應(yīng)用廣泛，例如：電源供應(yīng)、電機(jī)控制、電焊機(jī)等。逆變電路的工作原理與應(yīng)用逆變電路原理逆變電路將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，通常用于電力系統(tǒng)中。主要組成逆變電路通常包含開關(guān)器件、濾波器和控制電路，以實(shí)現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換。工作原理開關(guān)器件的周期性導(dǎo)通和關(guān)斷，控制直流電流的流動(dòng)方向，產(chǎn)生脈沖電流，再經(jīng)濾波器濾波，輸出近似正弦波的交流電。應(yīng)用領(lǐng)域逆變電路廣泛應(yīng)用于電力電子技術(shù)、電機(jī)控制、光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域。斬波調(diào)速電路的工作原理與應(yīng)用1工作原理斬波調(diào)速電路通過控制開關(guān)器件的通斷時(shí)間來調(diào)節(jié)直流電壓，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。PWM技術(shù)控制開關(guān)器件的通斷時(shí)間平均電壓與通斷時(shí)間成正比2應(yīng)用場(chǎng)景廣泛應(yīng)用于各種電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如電動(dòng)汽車、電梯、機(jī)床等，提高電機(jī)效率和控制精度。3優(yōu)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度高、效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)控制電路的基本組成與控制方式控制電路組成電機(jī)控制電路通常包含電源、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、檢測(cè)傳感器等部分。這些組件協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)運(yùn)行的控制和管理?？刂品绞匠Ｒ姷碾姍C(jī)控制方式包括手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和程序控制等。手動(dòng)控制是指通過人工操作開關(guān)等設(shè)備來控制電機(jī)運(yùn)行。控制模式自動(dòng)控制通過控制系統(tǒng)來監(jiān)測(cè)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。程序控制則利用程序來設(shè)定電機(jī)運(yùn)行的具體指令和控制流程。電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的基本構(gòu)成傳感器采集生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量等?？刂破鞲鶕?jù)傳感器采集的信號(hào)，進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，發(fā)出控制指令。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收控制指令，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作，如電機(jī)啟動(dòng)、閥門開關(guān)等。人機(jī)界面提供操作員與系統(tǒng)交互的平臺(tái)，進(jìn)行監(jiān)控和操作。工廠電氣設(shè)計(jì)的基本要求安全可靠確保人身安全，防止電氣事故發(fā)生。符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并進(jìn)行安全評(píng)估和測(cè)試，以保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)合理選擇性價(jià)比高的設(shè)備和材料，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低工程造價(jià)。合理利用能源，提高電能利用效率，降低運(yùn)行成本。節(jié)能環(huán)保采用節(jié)能環(huán)保的設(shè)備和技術(shù)，減少能耗，降低污染排放。合理設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)，提高功率因數(shù)，減少能源浪費(fèi)。方便維護(hù)設(shè)計(jì)易于操作、維護(hù)和檢修的系統(tǒng)。選擇易于更換的部件，方便維修和保養(yǎng)，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。電氣設(shè)備選型的一般原則11.滿足技術(shù)要求選擇滿足電壓、電流、功率、頻率等技術(shù)指標(biāo)的設(shè)備，確保安全可靠運(yùn)行。22.經(jīng)濟(jì)合理性考慮設(shè)備成本、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)成本等因素，選擇性價(jià)比高的設(shè)備，避免過度投資。33.可靠性和耐久性選擇質(zhì)量可靠、使用壽命長(zhǎng)的設(shè)備，減少故障率，降低維護(hù)成本。44.環(huán)境適應(yīng)性根據(jù)環(huán)境條件選擇耐溫、耐濕、耐腐蝕等性能優(yōu)良的設(shè)備，延長(zhǎng)使用壽命。常見電氣安全防護(hù)措施絕緣防護(hù)使用絕緣工具和設(shè)備，避免直接接觸帶電體，防止觸電事故發(fā)生。接地保護(hù)電氣設(shè)備應(yīng)可靠接地，防止漏電或短路導(dǎo)致觸電。安全警示在高壓區(qū)域設(shè)置明顯的安全警示標(biāo)識(shí)，提醒人員注意安全。消防安全配備必要的消防