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旋转电机阅读:297

    旋转电机电机 的供应商是依靠电磁感应原理而运行的旋转电磁机械,用于实现机械能和电能的相互转换。发电机发电机 的供应商从机械系统吸收机械功率,向电系统输出电功率;电动机从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。

基本结构/旋转电机

    电机主要由定子,转子,前、后罩(端盖)及通风冷却系统组成。电机静止部分称为定子,转动部分称为转子,在定子和转子之间的空隙叫气隙。气隙很小﹐但磁场能量主要集中在气隙內。

    定子

    由定子铁芯和绕组组成,作用是产生励磁磁通,导磁及支撑前后罩。

    转子

    由转子铁芯,轴,电枢绕组及换向器组成,其作用是保证并产生连续的电磁力矩,通过轴输出机械能。

    前、后罩

    担负着支承转子旋转和固定转子与定子的装配关系的作用。其结构和尺寸要根据通风系统,绕组对地绝缘,轴承结构,碳刷和碳刷盒﹐安装等因素综合设计,同时要考虑强度和刚度。

    通风冷却系统

    电机在运行过程中必然会有一部分能量转化成热能,热能又会使电机的温度上升,当温度上升到一定程度就会发生绝缘破坏,绕组以及换向器碳刷烧坏,等一系列问题导致电机的损坏。通风冷却系统,主要包括风路和风扇。应使电机的发热和散热协调平衡,有足够的冷却气流通过电机。

    气隙

    气隙对电机性能影响较大,气隙小,可减少电机励磁安匝及损耗。但气隙过小,气隙谐波磁场增大,电机杂散损耗及电磁噪音增加;同时,过小的气隙,会由于机械和电磁的原因,对运行可靠性带来一定影响。

    绝缘系统

    绝缘就是防止电流向不希望的方向流动及隔离导电和不导电的部分(如导线和铁心)或隔离不同电位的导体(如匝间﹐层间等)。 绝缘材料一般指电阻系数在 109Ω?cm以上的材料。经验表明,在电机出现的事故中,多数是由于绝缘破坏造成的,正确选用绝缘材料是电机设计中重要的一环。

    绝缘系统

    所有绝缘材料聚合在一起所产生的一个完整的独立的体系。

功能分析/旋转电机

    下面以异步电机为例,简述旋转电机的原理和功能。异步电机在1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。1888年,提出实验报告,对旋转磁场作了严格的科学描述,为以后开发异步电动机、自起动电动机奠定了基础。费拉里斯相信他所提出的旋转磁场理论以及他所开发的新产品在科学上的价值远远超过物质上的价值,因此他有意不为自己的发明申请,而是在实验室向公众演示这些最新成果。他还倡导使用交流电系统。同年,尼古拉·特斯拉在美国取得了感应电机的专利。一年之后,Mikhail Dolivo-Dobrovolsky发明笼型异步电机。异步电机的发展迅速,对于相同大小的异步电机,额定功率由1897年的5.5kW发展到1976年的74.6kW。鼠笼型异步电机是使用最广泛的异步电机。

原理/旋转电机

    电机运行原理基于电磁感应定律和电磁力定律。电机进行能量转换时,应具备能作相对运动的两大部件:建立励磁磁场的部件,感生电动势并流过工作电流的被感应部件。这两个部件中,静止的称为定子,作旋转运动的称为转子。定、转子之间有空气隙,以便转子旋转。

    电磁转矩由气隙中励磁磁场与被感应部件中电流所建立的磁场相互作用产生。通过电磁转矩的作用,发电机从机械系统吸收机械功率,电动机向机械系统输出机械功率。建立上述两个磁场的方式不同,形成不同种类的电机。例如两个磁场均由直流电流产生,则形成直流电机;两个磁场分别由不同频率的交流电流产生,则形成异步电机;一个磁场由直流电流产生,另一磁场由交流电流产生,则形成同步电机。

    电机的磁场能量基本上储存十气隙中,它使电机把机械系统和电系统联系起来,并实现能量转换,因此,气隙磁场又称为祸合磁场。

    当电机绕组流过电流时,将产生一定的磁链,并在其祸合磁场内存储一定的电磁能量。磁链及磁场储能的多少随定、转子电流以及转子位置不同而变化,由此产生电动势和电磁转矩,实现机电能量转换。这种能量转换理论上是可逆的,即同一台电机既可作为发电机也可作为电动机运行。但实际上,一台电机制成后,由十两种运行状态下电机的参数和!特性方面的原因,很准满足两种运行状态下的客观要求,因此,同一台电机不经改装和重新设计,不可任意改变其运行状态。

    电机内部能量转换过程中,存在电能、机械能、磁场能和热能。热能是由电机内部能量损耗产生的。

特点/旋转电机

    异步电动机的基本特点是,转子绕组不需与其他电源相连,其定子电流直接取自交流电力系统;与其他电机相比,异步电动机的结构简单,制造、使用、维护方便,运行可靠性高,重量轻,成本低。以三相异步电动机为例,与同功率、同转速的直流电动机相比,前者重量只及后者的二分之一,成本仅为三分之一。异步电动机还容易按不同环境条件的要求,派生出各种系列产品。它还具有接近恒速的负载特性,能满足大多数工农业生产机械拖动的要求。其局限性是,它的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率(见异步电机),因而调速性能较差,在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合(如传动轧机、卷扬机、大型机床等),不如直流电动机经济、方便。此外,异步电动机运行时,从电力系统吸取无功功率以励磁,这会导致电力系统的功率因数变坏。因此,在大功率、低转速场合(如拖动球磨机、压缩机等)不如用同步电动机合理。

应用/旋转电机

    异步电机主要用作电动机,其功率范围从几瓦到上万千瓦,是国民经济各行业和人们日常生活中应用最广泛的电动机,为多种机械设备和家用电器提供动力。例如机床、中小型轧钢设备、水泵、冶金和矿山机械等,大都采用三相异步电动机拖动;电风扇、洗衣机、电冰箱、空调器等家用电器中则广泛使用单相异步电动机。异步电机也可作为发电机,用于和小型水电站等。

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