电动机的工作原理及启动方式

文/ 发布于2017-10-16 浏览次数:6055

  电动机我们大家应该都见过,它在生活中的应用很广泛。电动机是一种把电能转换成机械能的一种设备,是一种旋转式的电动机器,那么电动机的工作原理是什么呢?电动机启动方式和调速方法又是什么呢?我们一起来看一下。


电动机的工作原理及启动方式


  电动机的工作原理


  电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机。

  (一)直流电机的工作原理

  直流电机是磁场不动,导体在磁场中运动;交流电机是磁场旋转运动,而导体不动。

  1、一般直流电机的工作原理

  直流电动机分为定子绕组和转子绕组.定子绕组产生磁场.当通直流电时.定子绕组产生固定极性的磁场.转子通直流电在磁场中受力.于是转子在磁场中受力就旋转起来.直流电机构造复杂.造价高。

  2、无刷直流电机的工作原理

  当给内置霍耳传感器接通电源时,这些霍耳传感器将信号输入到控制器,(其实这些信号间接反映了转子所处的位置)控制器对这些信号经过判断之后,作出相应的输出,并给相应的线圈通电,通电产生了磁场。因为同性相斥,异性想吸的原理,定子和转子就相对移动。

  普通无刷电机的定子是线圈(上面连有霍耳传感器),于是转子(磁钢及轮子)受迫转动。转子一转动,内置霍耳传感器的输出信号便发生改变,控制器又输出不同方向的电流,而该输出产生的磁场又刚好再次和固定磁场(磁钢)同性相斥,异性相吸,结果再次迫使转子转动,接着霍耳传感器的输出信号又再次发生改变.......这样周而复使,轮子就不断转动(每次霍耳信号改变,控制器产生的电流方向要与电机所要求的一致才行,也就是相序要匹配,轮子才会朝一个方向运动)。


电动机的工作原理及启动方式

  (二)交流电机的工作原理

  交流电动机分定子绕组和转子导体.转子导体形状像鼠笼导体与导体之间用硅钢片,有的交流电动机转子也有绕组。

  1、三相异步电动机的旋转原理

  三相异步电动机要旋转起来的先决条件是具有一个旋转磁场,三相异步电动机的定子绕组就是用来产生旋转磁场的。我们知道,三相电源相与相之间的电压在相位上是相差120度的,三相异步电动机定子中的三个绕组在空间方位上也互差120度,这样,当在定子绕组中通入三相电源时,定子绕组就会产生一个旋转磁场,定子绕组产生旋转磁场后,转子导体(鼠笼条)将切割旋转磁场的磁力线而产生感应电流,转子导条中的电流又与旋转磁场相互作用产生电磁力,电磁力产生的电磁转矩驱动转子沿旋转磁场方向旋转起来。一般情况下,电动机的实际转速低于旋转磁场的转速不同步。为此我们称三相电动机为异步电动机。

  2、单相交流电动机的旋转原理

  单相交流电动机只有一个绕组,转子是鼠笼式的。

  单相电不能产生旋转磁场.要使单相电动机能自动旋转起来,我们可在定子中加上一个起动绕组,起动绕组与主绕组在空间上相差90度,起动绕组要串接一个合适的电容,使得与主绕组的电流在相位上近似相差90度,即所谓的分相原理。这样两个在时间上相差90度的电流通入两个在空间上相差90度的绕组,将会在空间上产生(两相)旋转磁场,在这个旋转磁场作用下,转子就能自动起动。单相电机有一个工作绕组还有一个启动绕组。如果只在那工作绕组通入电源,那么在电机气隙内只能产生一个空间位置固定,幅值随时间变化的脉动磁动势,而不能产生一个幅值不变,在空间旋转的磁动势。所以要使单相电动机能正常起动,解决的办法有二,一是在其定子铁芯内放置两有空间角度差的绕组(即工作绕组和启动绕组),二是使这两个绕组中流过的电流不同相位,这样,就可以在电机气隙内产生一个旋转的磁场了,电动机就可以起动啦!


电动机的工作原理及启动方式


  电动机的启动方式


  电动机启动方式包括:全压直接启动、自耦减压起动、y-δ起动、软起动器、变频器

  1、全压直接起动

  在电网容量和负载两方面都允许全压直接起动的情况下,可以考虑采用全压直接起动。优点是操纵控制方便,维护简单,而且比较经济。主要用于小功率电动机的起动,从节约电能的角度考虑,大于11kw的电动机不宜用此方法。

  2、自耦减压起动

  利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%。并且可以通过抽头调节起动转矩。至今仍被广泛应用。

  3、y-δ起动

  对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说,如果在起动时将定子绕组接成星形,待起动完毕后再接成三角形,就可以降低起动电流,减轻它对电网的冲击。这样的起动方式称为星三角减压起动,或简称为星三角起动(y-δ起动)。采用星三角起动时,起动电流只是原来按三角形接法直接起动时的1/3。如果直接起动时的起动电流以6~7ie计,则在星三角起动时,起动电流才2~2.3倍。这就是说采用星三角起动时,起动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载起动的场合。并且同任何别的减压起动器相比较,其结构最简单,价格也最便宜。除此之外,星三角起动方式还有一个优点,即当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行。此时,额定转矩与负载可以匹配,这样能使电动机的效率有所提高,并因之节约了电力消耗。


电动机的工作原理及启动方式

  4、软起动器

  这是利用了可控硅的移相调压原理来实现电动机的调压起动,主要用于电动机的起动控制,起动效果好但成本较高。因使用了可控硅元件,可控硅工作时谐波干扰较大,对电网有一定的影响。另外电网的波动也会影响可控硅元件的导通,特别是同一电网中有多台可控硅设备时。因此可控硅元件的故障率较高,因为涉及到电力电子技术,因此对维护技术人员的要求也较高。

  5、变频器

  变频器是现代电动机控制领域技术含量最高,控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置,它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术,微机技术,因此成本高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。


  电动机的调速方法


  电动机的调速方法很多,能适应不同生产机械速度变化的要求。一般电动机调速时其输出功率会随转速而变化。从能量消耗的角度看,调速大致可分两种:

  ①保持输入功率不变。通过改变调速装置的能量消耗,调节输出功率以调节电动机的转速。

  ②控制电动机输入功率以调节电动机的转速。电机、电动机、制动电机、变频电机、调速电机、三相异步电动机、高压电机、多速电机、双速电机和防爆电机。

  电动机能提供的功率范围很大,从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵、皮带机、风机等需要电动机带动。电力机车、电梯,需要电动机牵引,家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机,甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。

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