電機培訓資料

電機知識

一電機定義

二電機分類三電機類型介紹四電機材料

五直流電機工作原理

a、基本原理

b、感應電勢與電壓的關(guān)系

c、電磁轉(zhuǎn)矩六電機換向a、換向過程

b、電機火花判定標準c、電機火花改善目錄電機是指依據(jù)電磁感應定律實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換或傳遞的一種電磁裝置電動機----是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置。發(fā)電機----是將機械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。變壓器----是傳遞電能的裝置。一、電機定義二、電機分類：

電機旋轉(zhuǎn)電機直流電機交流電機串勵電機異步電機同步電機靜止電機U

變壓器有刷直流電機無刷直流電機

1、直流電機有刷直流電機無刷直流電機2、串勵電機3、異步電機4、同步電機三、電機類型介紹直流電機定義

能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉(zhuǎn)換的裝置，稱直流電機。（將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的叫直流電動機；由機械能轉(zhuǎn)換為直流電能的叫直流發(fā)電機）1、直流電機

有刷直流電機：是靠換向器和電刷來完成電樞線圈電流交替變化的電機。

有刷直流電機a）有刷直流電機外形U

直流電機結(jié)構(gòu)（大功率電機）直流電機（小功率微電機）直流電機一般由機殼、磁鋼（主磁極），電樞組件,前、后支架和碳刷組件構(gòu)成如下圖示。b）直流電機結(jié)構(gòu)直流電機結(jié)構(gòu)定子后支架轉(zhuǎn)子換向器前支架碳刷定子結(jié)構(gòu)磁鋼機殼磁瓦夾直流電機結(jié)構(gòu)無刷直流電機：由控制器（電子元件）來控制電機線圈電流方向交替變換的電機。

無刷直流電機a）無刷電機原理圖b）無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機結(jié)構(gòu)無刷電機結(jié)構(gòu)示意圖外轉(zhuǎn)子無刷電機結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子：由磁鋼和外殼組成（與直流電機定子類似）定子：由繞組、鐵心（與直流電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)類似）和支架等零件組成驅(qū)動電路：由霍爾元件、驅(qū)動模塊等電子元件組成有刷和無刷直流電機區(qū)別

有刷直流電機：是靠換向器和電刷來完成電樞線圈電流交替變化的電機。無刷直流電機：由控制器（電子元件）來控制電機線圈電流方向交替變換的電機。無刷電機優(yōu)點：a)用電子換向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械換向，性能可靠高、故障率低；b)效率高；c)壽命高；d)體積小。

缺點：

a)低速起動時有輕微振動；

b)價格高，控制器要求高。

直流有刷電機（永磁）優(yōu)點：

a)結(jié)構(gòu)簡單；

b)調(diào)速方便；c)價格低。

缺點：

a)碳刷易磨損，壽命短；

b)運行電流大，電機磁鋼易退磁。

直流有刷與無刷電機比較串勵電機是將勵磁繞組（定子線圈）與轉(zhuǎn)子繞組之間通過電刷和換向器相串聯(lián)在一起，其勵磁電流與電樞電流成正比，定子的磁通量隨著勵磁電流的增大而增大，轉(zhuǎn)矩近似與電樞電流的平方成正比，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩或電流的增加而迅速下降。

2、串勵電機

串勵電機結(jié)構(gòu)與直流電機基本相同，由磁繞替代了磁鋼。結(jié)構(gòu)具體如下圖示1、串勵電機結(jié)構(gòu)前支架轉(zhuǎn)子繞組換向器后支架碳刷座碳刷串極電機轉(zhuǎn)子、支架結(jié)構(gòu)串極電機定子結(jié)構(gòu)定子鐵心定子線圈串極電機特點

串極電機的優(yōu)點：（1）電機結(jié)構(gòu)簡單，體積小。（2）電機轉(zhuǎn)速范圍廣，調(diào)速方便，調(diào)速范圍廣。（3）起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。（4）機械特性軟，負載大電機轉(zhuǎn)速變低

。應用：（1）電動工具行業(yè)：電鉆、電錘等。（2）家用小電器行業(yè)：料理機、果汁機、電吹風等。3、異步電機

異步電機結(jié)構(gòu)特點：異步電機的定子繞組接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通常采用鑄鋁鼠籠式轉(zhuǎn)子。因此，它具有結(jié)構(gòu)簡單，制造、使用和維護方便，運行可靠,成本較低等優(yōu)點。廣泛應用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、家庭。

異步電機的優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)簡單；（2）使用和維護方便；（3）運行可靠；（4）成本較低等優(yōu)點。異步電機的缺點：（1）其調(diào)速性能較差。（2）功率因數(shù)滯后，輕載功率因數(shù)低。

4、同步電機

同步步電機結(jié)構(gòu)特點：同步電機的定子鐵心的內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組，轉(zhuǎn)子鐵心上裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組。該電機一般應用在工業(yè)上。

四、電機中的材料

1、導電材料：線圈（銅、鋁線）2、導磁材料：鐵磁材料（軟磁材料、硬磁材料）（下面介紹）3、結(jié)構(gòu)材料：鋼、鑄鐵、鋼板等4、絕緣材料：聚脂漆、環(huán)氧樹脂、玻璃絲套管、電工紙、云母、電木等。

a、軟磁材料具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料。軟磁材料易于磁化，也易于退磁。1、純鐵和低碳鋼。含碳量低于0.04％，包括電磁純鐵、電解鐵。只適于靜態(tài)下使用，如制造電磁鐵芯、極靴、繼電器和揚聲器磁導體等。2、鐵硅系合金。含硅量0.5％～4.8％，一般制成薄板使用，俗稱硅鋼片。廣泛應用到交流領(lǐng)域，制造電機、變壓器、繼電器、互感器等的鐵芯。3、鐵鋁、鐵硅鋁、鐵鈷、鎳鐵等系列合金。應用于特殊領(lǐng)域，如音頻視頻磁頭

b、硬磁材料是指磁化后不易退磁而能長期保留磁性的一種鐵氧體材料，也稱為永磁材料或恒磁材料。

第一大類是：鐵氧體永磁材料按生產(chǎn)工藝不同分為：燒結(jié)鐵氧體、粘結(jié)鐵氧體、注塑鐵氧體

。特點：價格便宜，磁性能不及釹鐵硼材料。第二大類是：合金永磁材料，包括稀土永磁材料釹鐵硼、釤鈷、鋁鎳鈷。目前使用較多的為釹鐵硼。特點磁性能高，價格高，需表面處理。不宜在高溫下長期使用。電機中使用的絕緣材料是影響電機安全性能的關(guān)鍵材料。如：絕緣漆——定、轉(zhuǎn)子線圈絕緣；絕緣紙——定、轉(zhuǎn)子線圈與鐵芯間起絕

緣作用（定、轉(zhuǎn)子槽絕緣，轉(zhuǎn)子槽楔）；

C、絕緣材料（1）

端部絕緣—定、轉(zhuǎn)子鐵心端面與線圈的絕緣（熱塑性料，熱固性料，絕緣紙板類）；其他絕緣部件—電機的支架（跟碳刷盒為一體）、碳刷板、接線座，換向器等，通常料有電木、BOM和耐溫高的熱塑性料）.

C、絕緣材料（2）

其他輔助絕緣——玻璃絲纖維，熱宿管PVC套管、膠紙等等。

C、絕緣材料（3）

c、絕緣材料（4）

電動機的絕緣等級是指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A、E、B、F、H級。允許溫升是指電動機的溫度與周圍環(huán)境溫度相比升高的限度。

絕緣的溫度等級A級E級B級F級H級

最高允許溫度（℃）

105120130155180

電刷換向片直流電源電刷換向器線圈線圈U+–NSII五、直流電機工作原理

1、基本工作原理

2、通電導體在磁場中的受力方向（1）

f=B·l·i

符號

物理量

單位

i

導體中的電流

A

l

導體有效長度

m

f

電磁力

N

直流電源正極輸出電流，線圈上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷與換向片始終接觸。由左手定則，通電線圈在磁場的作用下，使線圈逆時針旋轉(zhuǎn)。

U+–NSIIFF

2、通電導體在磁場中的受力方向

（2）3、運動導體在磁場中產(chǎn)生的感應電勢（1）

e=B·l·v

B

磁場的磁感應強度

Wb/m2

v

導體運動速度

m/s

l

導體有效長度

m

e

感應電勢

V由右手定則，線圈在磁場中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應電動勢E，感應電動勢的方向與電流的方向相反。

U+–NSIIFFEE3、運動導體在磁場中產(chǎn)生的感應電勢

（2）

感應電動勢4、感應電勢的計算

（1）KE電動勢常數(shù)：P---電動機極數(shù)--磁通量（韋伯）n-轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/每分）N---電樞導體總數(shù)a---電樞支路對數(shù)

4、感應電勢的計算（2）

每極磁通量串勵電機電氣原理圖U：外加電壓Ra:繞組電阻Ia：電機電流E：感應電動勢MRaIaE+–+–U電機電源電壓與電樞感應電勢的平衡關(guān)系如下：aaRIEU+=5、電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系（1）5、電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系（2）以上公式反映的概念：(1)電樞反電動勢的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想改變E，只能改變

或n。E∝n、∝（W（定子匝數(shù)））、∝Na（電樞匝數(shù)）

5、電樞電動勢及電壓平衡關(guān)系（3）以上公式反映的概念：若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見，當外加電壓一定時，電機轉(zhuǎn)速和磁通成反比，n∝1/（定子匝數(shù)W）；∝1/Na；∝1/Ia?？赏ㄟ^改變（調(diào)整定子，轉(zhuǎn)子匝數(shù)）可調(diào)速。6、電磁轉(zhuǎn)矩1、電磁轉(zhuǎn)矩（1）KT：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對數(shù)等有關(guān)）：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流單位：

（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）6、電磁轉(zhuǎn)矩1、電磁轉(zhuǎn)矩（2）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)電磁轉(zhuǎn)矩與勵磁磁通和電樞電流成正比（T∝；∝Ia

；）。

(2)電磁轉(zhuǎn)矩與電樞匝數(shù)成正比（T∝Na）2、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩T為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，在電機運行時，必須和外加負載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即TL：負載轉(zhuǎn)矩T0

：空載轉(zhuǎn)矩

轉(zhuǎn)矩平衡過程：當負載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時，通過電機轉(zhuǎn)速、電動勢、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動調(diào)整，以實現(xiàn)新的平衡。例：設(shè)外加電樞電壓U一定，T=TL+T0(平衡)，這時，若TL突然增加，則調(diào)整過程為：TL

nEIaT

最后達到新的平衡點。與原平衡點相比，新的平衡點：Ia

、P入

7、串勵電動機的機械特性(1)串勵的特點：勵磁線圈的電流和電樞線圈的電流相同。M串勵UIa設(shè)磁通和電流成正比，即=KIa,則據(jù)此公式做出T-n曲線nT(1)T=0時，在理想情況下，n。但實際上負載轉(zhuǎn)矩不會為0，不會工作在T=0的狀態(tài)，但空載時T很小，n很高。串勵不允許空載運行，以防轉(zhuǎn)速過高。(2)隨轉(zhuǎn)矩的增大，n下降得很快，這種特性屬軟機械特性。nT7、串勵電動機的機械特性(2)串勵（直流）電機在起動的瞬間，n0。此時電機的感應電勢E=0；通過電機的電流非常大；因此

串勵電機的啟動轉(zhuǎn)矩很大。由于串勵（直流）電機在起動時電流常大，因此電機的起動火花交大7、串勵電動機的機械特性(3)aaRIEU+=六、電機的換向

直流電機、串勵電機等有換向器的電機都要在換向器和碳刷的幫助下，使電樞繞組線圈中的電流從一種方向改變另一方向，這個過程叫換向。延時換向超前換向電機的換向過程1

電流經(jīng)過碳刷、換向器后，電流分兩路流經(jīng)電樞繞組，然后到達另一端碳刷，如右圖所示。電機的換向過程2

碳刷從一接觸換向片2瞬間開始，到碳刷脫離換向片1瞬間止，換向片1與換向片2之間的繞組一直被短接，該線圈被稱為換向線圈。21換向線圈電機的換向過程3

換向線圈中的電流由I改變-I，因而電流產(chǎn)生的磁通大小、極性也相應變化，該變化的磁通將在換向線圈中產(chǎn)生電抗電勢ex。電機的換向過程4

電抗電勢ex產(chǎn)生的電流方向總是與換向前的電流方向一致，使得換向線圈的電流改變方向的時間延長，因此碳刷后邊的電流密度加大，碳刷后邊沿與換向線圈離開瞬間會產(chǎn)生火花，這叫延遲換向。U+–NSII電機的換向過程5電樞磁場的產(chǎn)生電機電樞線圈在流過電流時，根據(jù)右手螺旋管定律，將產(chǎn)生磁場，磁場的方向垂直于主磁場方向，如右圖示：該磁場稱電樞磁場SN換向電勢ea的產(chǎn)生：換向線圈在換向區(qū)域會切割電樞磁場，因此會產(chǎn)生換向電勢ea（旋轉(zhuǎn)電勢），該電勢方向與電抗電勢方向一致，因此換向會變惡化。

電機的換向過程6超前換向：

由于換向電勢ea（旋轉(zhuǎn)電勢）的方向與電抗電勢方向一致，使得換向變的更差。因此采用一些措施（下節(jié)第2點介紹）使得換向電勢與電抗電勢方向相反，提前改變換向線圈的電流方向，此時碳刷前邊的電流密度大于后邊的電流密度，碳刷前邊沿進入時會產(chǎn)生火花，這叫超前換向。電機的換向過程7改善火花換