電機(jī)電器及其控制技術(shù)

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1、第2章電機(jī)電器及其控制技術(shù)1電氣工程概論電機(jī)是以電磁感應(yīng)現(xiàn)象為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能之間的轉(zhuǎn)換以及變換電能的機(jī)械，包括旋轉(zhuǎn)電機(jī)和變壓器兩大類。旋轉(zhuǎn)電機(jī)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置發(fā)電機(jī)機(jī)械能→電能電動(dòng)機(jī)電能→機(jī)械能變壓器電能變換裝置2電氣工程概論控制電機(jī)閥門控制火炮控制計(jì)算機(jī)……驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和裝備電動(dòng)機(jī)機(jī)床水泵……電能的生產(chǎn)、傳輸和分配發(fā)電機(jī)變壓器……2.1電機(jī)的作用與發(fā)展簡(jiǎn)史電機(jī)的作用3電氣工程概論1831年法拉第創(chuàng)造了第一部感應(yīng)發(fā)電機(jī)的模型1834年雅可比發(fā)明了功率為15W的棒狀鐵芯電動(dòng)機(jī)1836年達(dá)文波特首先嘗試用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械1845年惠斯通用電磁鐵替代永

2、久磁鐵制成第一臺(tái)電磁鐵發(fā)電機(jī)1866年西門子制成第一臺(tái)使用電磁鐵的自激式發(fā)電機(jī)1870年格拉姆制成了環(huán)形電樞自激發(fā)電機(jī)1878年出現(xiàn)了鐵芯開槽法。有槽鐵芯和鼓形繞組的結(jié)構(gòu)一直沿用至今1880年愛迪生制造了名為“巨象”的大型直流發(fā)電機(jī)1885年費(fèi)拉里斯提出旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)原理，研制出兩相異步電動(dòng)機(jī)1888年俄國(guó)人制成一臺(tái)三相交流單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)4電氣工程概論1882年英國(guó)人費(fèi)朗蒂改進(jìn)了交流發(fā)電機(jī)，提出了交流高壓輸電的概念1882年英國(guó)人高登制造了大型兩相交流發(fā)電機(jī)1882年法國(guó)人高蘭德和英國(guó)人約翰·吉布斯成功研制了第一臺(tái)實(shí)用變壓器1884年英國(guó)人霍普金生又發(fā)明

3、了具有封閉磁路的變壓器1891年布洛在瑞士制造出高壓油浸變壓器，使得遠(yuǎn)距離高壓輸電成為現(xiàn)實(shí)經(jīng)過100多年的發(fā)展，電機(jī)的理論已經(jīng)相當(dāng)成熟。但是，隨著電工科學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與控制技術(shù)的發(fā)展，電機(jī)的發(fā)展又進(jìn)入了新的階段。5電氣工程概論按電流分類直流電機(jī)交流電機(jī)按功能分類(1)將機(jī)械功率轉(zhuǎn)換為電功率——發(fā)電機(jī)(2)將電功率轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率——電動(dòng)機(jī)(3)將電功率轉(zhuǎn)換為另一種形式的電功率，又可分為：輸出和輸入有不同的電壓——變壓器輸出與輸入有不同的波形，如將交流變?yōu)橹绷鳌兞鳈C(jī)輸出與輸入有不同的頻率——變頻機(jī)輸出與輸入有不同的相位——移相機(jī)(4)在機(jī)電

4、系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)、放大和控制作用的電機(jī)——控制電機(jī)按運(yùn)行速度分類(1)靜止設(shè)備——變壓器(2)沒有固定的同步速度——直流電機(jī)(3)轉(zhuǎn)子速度永遠(yuǎn)與同步速度有差異——異步電機(jī)(4)速度等于同步速度——同步電機(jī)(5)速度可以在寬廣范圍內(nèi)隨意調(diào)節(jié)——交流換向器電機(jī)按功率大小分類大型電機(jī)中小型電機(jī)微型電機(jī)電機(jī)的分類2.2電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)6電氣工程概論特種電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)，無刷電機(jī)，開關(guān)滅磁電機(jī)，超聲波電機(jī)，…7電氣工程概論發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿臋C(jī)械水輪機(jī)風(fēng)力機(jī)蒸汽輪機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)柴油機(jī)…轉(zhuǎn)子定子(b)定子轉(zhuǎn)子（a）8電氣工程概論電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的機(jī)械同步電動(dòng)

5、機(jī)異步電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)…轉(zhuǎn)子定子鐵心機(jī)座定子繞組9電氣工程概論電動(dòng)機(jī)10電氣工程概論變壓器將一種電壓的電能變換為另一種電壓的電能的裝置單相變壓器三相變壓器…11電氣工程概論特種電機(jī)1）永磁無刷電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：航空、航天家用電器機(jī)器人電動(dòng)汽車電動(dòng)車組電動(dòng)艦船…12電氣工程概論特種電機(jī)2）直線電機(jī)應(yīng)用：工業(yè)機(jī)械；軌道交通；電梯；航空母艦飛機(jī)發(fā)射；導(dǎo)彈發(fā)射架；電磁推進(jìn)潛艇；…海浪直接驅(qū)動(dòng)直線發(fā)電機(jī)13電氣工程概論特種電機(jī)3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：自動(dòng)控制裝置中的執(zhí)行元件各種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)14電氣工程概論特種電機(jī)4）超導(dǎo)電機(jī)應(yīng)用：超大型發(fā)電機(jī)或電動(dòng)機(jī)全電軍艦吊艙

6、式推進(jìn)系統(tǒng)超導(dǎo)直流電動(dòng)機(jī)剖面圖15電氣工程概論特種電機(jī)5）超聲波壓電電動(dòng)機(jī)應(yīng)用：生物生命科學(xué)；光學(xué)儀器；高精密機(jī)械；…微型超聲波壓電電動(dòng)機(jī)16電氣工程概論(一)異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)1定子：定子鐵芯由硅鋼片沖片疊成，沖片內(nèi)圓上的槽用來嵌放定子繞組。2轉(zhuǎn)子：主要由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三者構(gòu)成。轉(zhuǎn)子繞組分為繞線型和鼠籠型兩類。異步電動(dòng)機(jī)1、結(jié)構(gòu)17電氣工程概論18電氣工程概論19電氣工程概論采用鑄鋁的鼠籠式轉(zhuǎn)子20電氣工程概論鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)21電氣工程概論繞線式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)22電氣工程概論2、轉(zhuǎn)動(dòng)原理23電氣工程概論24電氣工程概論兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的

7、形成如圖所示，將異步電動(dòng)機(jī)的3個(gè)定子繞組接成“星”型，并將它的3個(gè)首端A、B、C分別與三相電源相聯(lián)接。3個(gè)定子繞組的尺寸、匝數(shù)和其他特性是完全相同的，僅空間位置彼此相差120°。當(dāng)接通三相對(duì)稱電源后，其中將產(chǎn)生對(duì)稱的三相電流，設(shè)它們分別為：25電氣工程概論三相電流iA、iB和iC的波形26電氣工程概論三相兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)27電氣工程概論二極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的如下特點(diǎn)。（１）空間上互為120°的3個(gè)定子繞組接通相位互為120°的三相正弦交流電源時(shí)，可以產(chǎn)生以ω角速度勻速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。（２）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與三相電源的相序有關(guān)。當(dāng)三相電源的相序?yàn)椋?B-C時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁

8、場(chǎng)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng)三相電源的相序改變?yōu)锳-C-B時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)則按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。