1、電機基本原理簡介報告人：孫小姐清華大學電機系電力系統重點實驗室2008-08-12主要內容電機的分類電磁場基本理論電機基本原理直流電機單相交流異步電機變壓器影響電機溫升的幾個因素電機分類按能量轉換方式發電機、電動機、變壓器、控制電機按電流方式直流電機交流電機按運行方式旋轉電機、靜止電機（變壓器）同步電機異步電機變壓器電磁場基本理論電路幾個重要概念電源、電勢、電氣元件、電流、電壓E+-RIieL電源電勢電壓電流或電阻消耗能量，電容、電感不消耗能量而儲存能量+-+-ieC電磁場基本理論磁場磁場強度H，磁感應強度B B=H磁導率u決定于介質性質，單位Hm,真空磁導率0=410-7Hm ,非鐵磁物質如

2、空氣、絕緣材料等，近似等于真空磁導率 ,鐵磁物質如鐵、鎳，磁導率遠于真空磁導率達數千甚至上萬倍。用磁力線來描述磁場NS磁力線（磁感應線）不相交的閉合曲線，切線方向表示磁場方向，疏密程度表示磁場大小磁通量通過磁場中某一面積的磁感應線數稱為通過該面積的磁通量(磁通)，符號、單位Wb=BScos電磁場基本理論磁勢F+-Rm磁通磁阻磁壓磁路幾個重要概念磁勢、磁壓、磁通、磁阻磁路的歐姆定律兩個假設條件1、均勻分布2、無漏磁電磁場基本理論磁鐵產生磁場電流產生磁場直導線環導線多匝線圈主磁通漏磁通帶鐵芯的線圈右手螺旋定則NS電產生磁恒定電流產生靜止磁場，變化電流產生變化磁場B=H電磁場基本理論總結：電場與磁場

3、密不可分電場可以產生磁場，靜止的電場產生靜止的磁場，變化的電場產生變化的磁場磁場可以產生電場，變化的磁場可以產生電場，靜止的磁場不能產生電場通電導體在磁場中受力電場產生磁場磁場產生電場通電導體在磁場中受力電機基本原理導體在磁場中運動產生電勢通電導線在磁場中受到力的作用產生運動右手定則左手定則發電機原理電動機原理直流電機 基本結構風扇機座電樞鐵心和繞組主磁極電刷換向器接線板接線盒勵磁繞組端蓋直流電動機機械特性轉矩特性：轉矩與電流之間的關系轉速特性：轉速與電流之間的關系轉速與轉矩特性（機械特性，T-n曲線）在不同的勵磁方式下，主磁通隨負載電流的變化不同，導致電機特性的差異。1、固有機械特性2、人為

4、機械特性當 時機械特性稱固有機械特性當改變 或 或 得到的機械特性稱人為機械特性以他勵（并勵）電動機為例直流電動機勵磁方式永磁式（采用永磁體）他勵式自勵式（串勵、并勵、復勵）并勵式直流電動機NSUR+-MUE反+-RIIaIf勵磁繞組電樞iT0機械特性方程與他勵式電動機機械特性相同串勵式直流電動機USN+-M+-UE反勵磁繞組電樞T一般情況下：轉矩按大于電流一次方的比例增加，對起動和過載能力有意義。當負載電流（即勵磁電流）很小時，鐵心處于不飽和狀態，主磁通隨勵磁成正比增加，即當負載電流較大時，鐵心飽和，主磁通隨勵磁變化較小（近似不變）1、在滿載或較重負載時，電樞電流較大，If=Ia較大，氣隙磁

5、通較大，電機只需不太高的轉速便能產生較高的反電勢與電網電壓平衡。2、在空載或很輕負載時，If=Ia很小，使主磁通很小，電機必須以很高的轉速才能產生反電勢保持電壓平衡。鐵芯未飽和鐵芯飽和不允許空載（或輕載）起動及運行串勵直流電動機 復勵式直流電動機URNS+-URE反+-勵磁繞組勵磁繞組電樞M復勵直流電動機既有并勵繞組，又有串勵繞組，當并勵與串勵繞組產生的磁勢極性相同時，稱為積復勵；當并勵與串勵繞組產生的磁勢極性相反時，稱為差復勵，差復勵在實際應用中很少。積復勵在理想空載時，電樞電流為零，主磁通0由并勵繞組產生，故存在理想空載轉速，不會出現“飛車”危險；當負載增大時，電樞電流增大，總磁通隨之增大

6、，使轉速比并勵下降更多，如圖下所示。直流電機繞組環形繞組鼓形繞組（波繞組、疊繞組）環形繞組鼓形繞組疊繞組波繞組直流電機繞組整距繞組分布繞組諧波會增加電機的損耗，是電機溫升的一個因素分布繞組可減少諧波交流電機繞組磁勢整距線圈磁勢整距集中繞組產生的磁勢是一個位置固定，幅值隨時間按整弦變化的矩形脈振磁勢 交流電機繞組磁勢單相正弦脈振磁勢的分解單相正弦脈動磁勢可分解為兩個轉向相反的旋轉磁勢 交流電機繞組磁勢三相基波磁勢合成旋轉磁勢三相對稱交流繞組通過三相對稱電流時將產生旋轉磁勢 異步電動機原理旋轉磁場旋轉磁場是交流電機工作的基礎異步電動機工作原理異步電機的轉速異步電機不具有同步轉速工作原理定子產生旋轉

7、磁場轉子電路閉合旋轉磁場在轉子回路中感應電流感應電流在磁場中受力推動電機運轉e方向用右手定則確定f方向用左手定則確定轉子與磁場旋轉方向一致2. 轉子轉速不等于同步轉速單相交流異步電動機單相繞組產生脈動磁勢單相異步電動機是指使用單相交流電源的異步電動機。單相交流異步電動機因此單相異步電機沒有起動轉矩，需要借助其它力量使轉子轉動，之后外力去除電機仍可按原方向繼續轉動。兩個相反的旋轉磁場產生兩個相反的電磁轉矩，二者進行合成起動轉矩為0單相交流異步電動機的起動脈振磁場無起動轉矩旋轉磁場可產生起動轉矩兩相繞組通入兩相電流產生旋轉磁場WSTAXAX兩個繞組在空間相差 90，繞組中的電流相差 90或接近于

8、90單相交流異步電動機結構定子：外接單相交流電，但內部為兩相正交的繞組，分別為單相工作繞組和啟動繞組轉子：鼠籠型轉子WSTAXAX 分相法起動方法分相法罩極法電阻分相法電容分相法定子繞組主繞組（工作繞組、運行繞組）輔助繞組（起動繞組） 電阻分相法使輔助繞組的電阻較大，則其電抗就比主繞組的小，可使輔助繞組的電流超前于主繞組。 電容分相法選擇適當的電容器，使輔助繞組的電流超前于主繞組。單相交流異步電動機的起動具體的啟動方法如下：單相交流異步電動機啟動根據分相法起動的單相電動機的種類有： 單相電阻分相起動異步電動機起動時，兩個繞組同時工作，當轉速達到一定值時，輔助繞組自動斷開。單相交流異步電動機啟動

9、 單相電容分相起動異步電動機起動方式同單相電阻分相起動異步電動機。該電動機所選用的電容值較大，因此，起動電流小，起動轉矩大。適合于重載起動設備。單相交流異步電動機起動 單相電容運轉異步電動機 單相電容起動與運轉異步電動機起動和運轉是相同的電路。結構簡單、成本低；功率因數、效率和過載能力都分相起動電動機好。但它所選用的電容值較小，因此，起動電流大，起動轉矩較小。它的電容支路由兩個電容并聯組成。其中一個電容僅在起動時使用。該電動機綜合了上述兩種電動機的優點，適合于須較大起動轉矩的設備。.End單相交流異步電動機.當主繞組和短路銅環的位置一定時，電動機的轉向就確定。在電動機定子每個極靴上套一個短路銅

10、環，使磁通分成兩個不同相的部分則可產生橢圓旋轉磁場，使電動機旋轉起來。 罩極法 罩極式單相異步電動機變壓器原理原線圈與副線圈繞鏈共同的磁通，由于線圈匝數不同而在兩邊產生不同的感應電勢影響電機溫升的幾個因素鐵芯渦流損耗、磁滯損耗，與鐵磁材料有關繞組電阻損耗，同樣電壓下，電阻越小損耗越大，溫升越高氣隙氣隙越大損耗越大，溫升增加諧波諧波越多，諧波幅值越大，損耗越多，溫升增加環境溫度環境溫度影響散熱效果影響電機溫升的幾個因素電機主要尺寸比電機短粗冷卻效果好，電機細長冷卻效果差，但是短粗的電機轉速低、轉矩高，細長的電機轉速高轉矩低。電刷壓力電刷壓力過大導致損耗增加，使電刷及換向器壽命減少，電刷壓力過小容易接觸不好，產生電火花，影響電機的正常運行和使用壽命風扇、風路風扇外徑及形式、葉片高度和角度、電機轉速、風道結構等都影響電機的冷卻效果。風扇外徑越大、葉片高度越高、電機轉速越高，冷卻效果越好，加擋風板可提高冷卻效果影響電機溫升的幾個因素沖片質量及鐵芯壓裝松緊沖片的平整度、毛刺等直接影響鐵芯的壓裝