《交流电机讲座》课件

交流电机讲座目录基础知识1定义、历史、分类与结构类型分析2异步电机、同步电机、单相电机应用与发展3第一部分交流电机概述定义与历史分类方法1交流电能转换为机械能按相数、原理与用途2工作原理基本结构3电磁感应与旋转磁场定子、转子与辅助部件交流电机的定义能量转换装置工作基础将交流电能转换为机械能基于电磁感应原理应用范围交流电机的发展历史年11831法拉第发现电磁感应现象年21885特斯拉发明多相交流系统年31888第一台实用异步电动机现代4交流电机的分类按相数分类1单相、三相交流电机按工作原理分类2同步、异步感应电机按转子结构分类3鼠笼式、绕线式转子按用途分类4交流电机的基本结构定子部分转子部分机座、定子铁心、定子绕组转子铁心、转子绕组、转轴辅助部件交流电机的工作原理旋转磁场产生三相电流在定子绕组产生旋转磁场电磁感应现象旋转磁场切割转子导体产生感应电流洛伦兹力作用感应电流与磁场相互作用产生转矩机械运动产生电磁转矩驱动转子旋转输出机械能第二部分交流电机的类型同步电机2转子转速等于同步转速异步电机1转子转速低于同步转速单相交流电机3使用单相交流电源异步电机应用广泛工业设备首选电机结构坚固维护简单可靠性高转差运行转速略低于同步转速异步电机的结构定子结构转子结构轴承与散热系统机座、硅钢片叠压铁心鼠笼式铝条短接环轴承支撑转子嵌入槽内三相分布绕组绕线式绕组引至滑环风扇强制冷却异步电机的工作原理定子旋转磁场三相电流产生旋转磁场转子感应电流磁场切割转子导体产生感应电流电磁转矩产生感应电流与磁场互相作用产生转矩转子持续转动存在转差率保持感应电动势与电流异步电机的特点优点性能特性局限性结构简单、价格低廉、维护方便起动转矩大、过载能力强转速调节不便、功率因数低同步电机定义类型应用转子与磁场同步旋转隐极型、凸极型大功率恒速驱动与发电同步电机的结构定子结构转子结构励磁系统与异步电机类似凸极式突出磁极励磁绕组三相分布绕组隐极式分布绕组滑环与电刷同步电机的工作原理定子旋转磁场转子磁场建立1三相电流产生旋转磁场励磁系统产生转子磁场2同步旋转磁场相互作用43转子以同步速度旋转两磁场相互作用产生拉力同步电机的特点100%

0.8-

1.0同步率功率因数转速恒定不受负载影响可调节功率因数95%+效率大容量电机效率高单相交流电机家用设备应用于家电领域体积小巧结构简单体积小功率等级功率一般不超过3kW单相交流电机的结构定子结构转子结构起动装置主绕组与三相异步电机类似起动电容辅助绕组或起动绕组多为鼠笼式结构离心开关单相交流电机的工作原理脉动磁场单相交流产生脉动磁场无法自起动辅助绕组与主绕组空间正交并相位偏移近似椭圆磁场两绕组共同作用产生旋转磁场电动机运行起动后可断开辅助绕组继续运行单相交流电机的特点应用范围家用电器、小型设备电源要求使用单相交流电源结构特点需要特殊起动装置经济性价格低廉适合大规模应用第三部分交流电机的参数与性能额定值与铭牌额定电压电机正常工作所需电压额定电流正常工作时的电流额定功率输出轴的机械功率额定转速额定负载下的转速额定频率电源频率要求电磁关系电动势和电磁转矩电动势计算电磁转矩E=

4.44×f×N×Φm×Kw T=P×Φm×I2×cosθ2影响因素电流大小、磁通强弱、功率因数功率与效率输出功率1Pout=T×ω输入功率2Pin=√3×U×I×cosφ损耗3铜损、铁损、机械损耗效率4η=Pout/Pin×100%转速与转差率₁₂n n同步转速实际转速异步电机实际运行转速n₁=60f/ps转差率s=n₁-n₂/n₁特性曲线第四部分交流电机的控制技术基本控制原理电压、频率、相位控制变频调速2通过改变频率调节转速高级控制技术矢量控制和直接转矩控制交流电机控制的基本原理控制目标转速、转矩、位置精确控制控制方式开环控制与闭环控制影响因素频率、电压、相位关系基本理论电机动态数学模型变频调速技术整流环节交流转直流直流环节滤波稳压逆变环节产生可变频率SPWM控制环节微处理器控制整个过程矢量控制技术坐标变换三相静止坐标转换为旋转坐标d-q电流分解将电流分解为励磁分量与转矩分量独立控制分别控制磁场与转矩反馈校正通过反馈实现高精度控制直接转矩控制技术磁链观测转矩估算实时计算定子磁链基于观测值估算实际转矩12空间电压矢量43开关表选择直接控制电压矢量通过查表确定最优开关状态无传感器控制技术状态观测器通过电压电流计算转速位置模型参考自适应模型与电机实时比对调整高频信号注入利用电感变化检测位置卡尔曼滤波通过统计方法优化估计精度第五部分交流电机的应用工业应用家用电器交通运输驱动泵、风机、压缩机冰箱、洗衣机、空调电动汽车、高铁、电梯工业应用流体机械泵、风机、压缩机传动设备传送带、起重机生产线加工中心、自动化设备工具机械钻床、磨床、车床家用电器应用冰箱洗衣机空调吸尘器压缩机驱动滚筒旋转驱动压缩机与风扇驱动高速旋转产生吸力交通运输应用新能源领域应用风力发电光伏系统电动汽车同步发电机发电跟踪系统电机驱动驱动电机系统变桨距电机控制逆变器与电网并网能量回收系统第六部分交流电机的设计与制造设计阶段电磁设计、机械设计、热设计元件制造定子冲片、绕组、转子制作装配阶段部件组装、接线、封装测试验收性能测试、质量检验设计原则性能优先经济合理1满足效率、功率密度要求成本与性能平衡2节能环保可靠耐用43高效低排放长寿命低故障率绕组设计绕组分类集中式、分布式绕组绕组参数节距、分布系数、绕组系数导体选择导体截面、绝缘等级优化目标减小谐波、提高利用率磁路设计冷却系统设计热量产生铜损、铁损、机械损耗产生热量热传导通过导热材料传递热量散热方式自然冷却、强制风冷、水冷温度监控热敏元件监测温度防止过热制造工艺总装配机壳加工零部件组装、调整、测试转子制造铸造、机加工、表面处理定子制造铁心冲压、压铸或绕线硅钢片冲压、叠装、绕组嵌入质量控制材料检验尺寸控制过程管理入厂材料质量检测关键尺寸精度监控生产过程质量控制点成品测试电气性能与机械性能测试第七部分交流电机的维护与故障诊断预防性维护1定期检查与保养故障诊断2识别和定位故障原因故障排除3维修或更换损坏部件健康管理4状态监测与寿命预测日常维护外观检查绝缘检测12检查外部损伤、污垢与腐蚀定期测量绝缘电阻轴承维护冷却系统34润滑与检查轴承状态清洁通风道与散热器常见故障故障诊断方法电气测试方法机械测试方法现代诊断技术绝缘测试振动分析热成像检测电流分析噪声测量电机电流特征分析温度测量轴对中检查在线监测系统故障排除技术故障现象可能原因处理方法不能启动电源问题、绕组断检查电源、测量绕路组过热过载、通风不良减轻负载、清理风道异常噪声轴承磨损、不平衡更换轴承、动平衡振动过大基础不牢、轴不对加固基础、调整对中中第八部分交流电机的发展趋势高效节能智能化新材料超高效电机标准集成传感与通信低损耗磁性材料小型化高功率密度设计高效节能技术IE4IE5超高效标准未来标准效率提升比再提升损耗2-3%IE420%30%能耗节约与传统电机相比智能化与数字化传感集成通信功能数据分析预测性维护集成温度、振动、电流传工业以太网与无线连接云端监控与大数据分析预测故障与寿命AI感器新材料应用软磁材料永磁材料导电材料绝缘材料非晶合金材料高性能钕铁硼高导电铜合金耐高温绝缘纳米晶材料低稀土永磁材料碳纳米材料纳米复合绝缘集成化设计电机驱动一体化机电一体化12驱动电路与电机集成电机与机械部件集成设计功能模块化控制系统集成标准化接口便于组合控制器内置于电机43第九部分交流电机相关标准与规范国际电工委员会标准中国国家标准效率标准系列系列效率等级IEC60034GB755IE1-IE4国内标准GB755旋转电机基本技术要求GB18613电动机能效限定值及能效等级GB/T10068电动机试验方法GB/T1032三相异步电动机型号与基本参数国际标准标准编号标准名称适用范围额定值与性能所有旋转电机IEC60034-1效率测定方法交流电机效率测试IEC60034-2-1效率等级三相笼型异步电机IEC60034-30电机测试程序交流电机性能测试IEEE112总结与展望理论基础掌握电机工作原理与结构应用拓展电机在各领域广泛应用技术进步智能高效绿色发展趋势未来方向信息物理融合的智能电机系统。