电机概览

电不以任何有用的形式自然存在。它必须由任何其他能源产生,如太阳能、风能、水力、热能、原子等。光伏电池帮助我们捕获阳光中的能量,而发电机则用来将其他形式的机械能转化为电能。利用涡轮机可以从风、流水和蒸汽中获得机械动力。电机是用来把电力转换回机械能的。所以,总的来说,电机是将机械能转换为电能或将电能转换为机械能的装置。yb体育app网站

电机

让我们从变压器开始,这样你就能理解发生在每一台电机中的电磁感应的基本概念。

电机分类

基本上电机可以分为

  • 静电电机。变压器
  • 旋转电机-电机(将电能转换为机械能)和发电机yb体育app网站(将机械能转换为电能)

变形金刚

任何能够通过电磁感应将交流电流从一个电路转移到另一个电路的静态装置都可以被认为是变压器。变压器是用来把交流电从一个电压电平变换到另一个电压电平的。

变压器类型:电力变压器

一个基本的变压器由使用磁芯耦合的两个线圈组成。在三相变压器的情况下,每相将有两组线圈。一组线圈被称为一次绕组,另一组线圈被称为二次绕组。这两个绕组彼此绝缘,并通过铁芯进行磁耦合。

交流电压连接到一次绕组。当连接时,产生的交变磁通量的幅值与施加的电压、频率和匝数成比例。这种磁通与次级绕组连接,并感应出与次级匝数成正比的电压。

一次匝数和二次匝数的比率被称为变压器匝数比.电压变换的任何比例都是可能的,并且可以通过适当地比例一次和二次匝的数量来实现。

电压变换比为:

\[\压裂{V_1} {V_2} = \压裂{N_1}{甲烷}= \压裂{I_2} {I_1} \]

如果二次电压大于一次电压,则称为升压变压器。如果一次电压大于二次电压,则该变压器称为降压变压器。

为了确保磁通量的有效连接,铁芯(支撑绕组的结构)由高渗透性的铁或钢合金组成。变形金刚有各种各样的尺寸、形式和结构,但基本原理是一样的。

电站在中压(6.6kV、11kV、33kV)下发电。为了最小化传输损失,产生的电压被提高到更高的电压。这就是使用升压变压器的地方。降压变压器用于降低负荷中心附近的传输电压。这使得变压器成为最重要的电机。

旋转电机

旋转电机:用于将机械能转换为电能或将电能反过来转换的旋转电机yb体育app网站有三种基本类型旋转电机

  1. 直流电机。直流电机和直流发电机
  2. 同步电机。交流发电机和同步电动机
  3. 感应电机或异步电机

所有旋转电机都有两个共同的基本部件。第一个是旋转的部分称为转子,第二个是静止的部分称为定子。这些部件是由高渗透性磁性材料,如硅钢。让我们深入了解每一个细节。

直流机

直流电机有不同的尺寸和形式,从小型打印机步进电机到巨大的牵引电机。直流电机由定子上的磁场绕组和转子上的电枢组成。

直流电机
直流电机的截面图

正如你们所知,电磁转换需要磁场和电枢绕组之间的相对运动。为了实现定子和转子之间的相对运动,电枢使用原动机(涡轮机或发动机)向外旋转。当电枢旋转过励磁磁极时,电枢中会感应电动势。

感应电动势本质上是交替的。为了将其转换为直流,电枢的两端连接到换向器。换向器是安装在机器轴上的金属棒,并连接到电枢绕组,它使电流的方向每改变半圈。换向器分为多个段,每个段彼此绝缘。碳刷用来收集换向器的电流。

在直流电动机中,电枢总是停留在转子上,以便将感应的交流电压转换为直接电压。电枢由几个槽组成,安装在支承在轴承上的轴上。

直流电机和直流发电机具有相同的设计。一般来说,电动机可以用作发电机,反之亦然。根据定子和转子绕组的连接,直流电机可以分为以下几种:

  • 分励直流电机
  • 自励直流电机

分励直流电机

在这种类型中,电枢和磁场绕组分别励磁。磁场绕组也可以用永磁体代替。

自激的汽车

自励电机的电枢绕组和励磁绕组由同一电源励磁。以下连接是可能的。

  • 并联-电枢和磁场并联。
  • 串联-电枢和磁场串联。
  • 复合连接
直流机
直流电机的连接

直流电机

直流电动机的结构特点与发电机相同。它们研究的是不同磁极之间的引力和相同磁极之间的斥力。通过调节磁场和电枢电压,可以控制直流电机的速度。此外,不同类型的励磁方法使直流电机更通用。

直流电机的转速转矩特性

直流电机的转速转矩特性

同步机

世界上几乎所有的涡轮驱动电站的发电机都是同步发电机。如果把直流电源加到转子上,把交流电压加到定子上,交流发电机也可以充当电动机。我们将简要地了解同步电机的工作原理。

同步机
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同步电机的电枢在定子处,磁场在转子处。直流电源被应用到转子(磁场绕组),使它变成一个电磁铁。在PMDC(永磁直流)电机中,转子磁场绕组被替换为永磁体。

转子可以是圆柱型或凸极型。圆柱形的;转子在高速下机械稳定,用于大型涡轮发电机,而凸极机用于低速水力发电机。

同步电机的工作原理

交流发电机

当直流电压加到转子上时,它就变成电磁铁。如果转子由原动机驱动,则转子磁通与定子导体之间发生相对运动。因此根据法拉第定律,定子绕组中会感应电动势。感应电动势在本质上是交变的,交变的频率将与转子的旋转速度成正比。

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来源:www.wikimedia.org

在三相交流发电机中,三组线圈以120度的相对电气间距绕在定子极上。yb体育app网站因此,在每一组线圈中感应的电动势将有120度的相移。

交流发电机截面

同步电动机

如前所述,直流电压被施加到同步电机的磁场绕组上,一个交流电源被施加到定子上以产生转矩。转矩的产生是由于转子倾向于自身对齐由定子产生的磁场。

当三相交流电压加到定子上时,就会产生旋转磁场。由于转子已经有一个恒定的磁场,它试图使自己对准定子磁场的旋转磁场,从而产生一个转矩。

由于惯性,转子不能瞬间加速。此外,定子磁场的旋转速度非常快(50Hz或60Hz)。因此,转子一开始很难获得转矩。这使得同步电机是非自启动的。电机应由另一个接近其同步速度的辅助装置驱动。在接近同步速度时,转子和定子磁场相互锁紧,转子以同步速度开始旋转,然后用于启动电机的辅助装置就可以解耦了。

同步电机的另一个特点是当它被过激励时,它可以作为一个电容,用于无功补偿。用于无功补偿的电动机被称为同步电容器,用于大型电力设施功率因数修正。

感应电机或异步电机

感应电动机广泛应用于各行各业。毫无疑问,人们可以说它是世界上使用最多的电机。yb体育app网站单相感应电机可以以吊扇、泵等形式出现在每个家庭中,感应电机的最大优点是它不需要为转子单独提供电源。

感应电动机的工作原理

感应电动机在定子处有类似于同步电动机的三相绕组。当三相电压加到定子线圈上时,就会形成旋转磁场。这种变化的磁场与转子导体接触,并在其中感应出电动势。

转子绕组的两端短路,使其流动的电流与感应电动势成正比。由于电流的流动,建立了与定子方向相同的另一个磁场。这两个磁场之间的相互作用产生一个转矩,该转矩倾向于使电机朝着定子旋转磁场的方向旋转。感应电动机是自动起动电动机。

转子的速度总是小于施加定子电压的同步速度。因此,这些电机被称为异步电机。同步转速与实际转子转速之间的单位差称为转差率。

感应电动机
鼠笼式感应电动机

感应电动机有两种转子结构。一种是缠绕式转子,另一种是鼠笼式转子。转子由容纳导线的槽组成。绕线转子由类似于定子在这些槽中的三相绕组组成。每个相的一端短路形成一个WYE或星形连接,另一端带到连接到轴的滑环。

碳刷用于将滑环轻叩到外部接线盒上。可以在转子上加外部电阻来限制起动电流。

鼠笼式转子由放置在转子槽中的实心导电材料棒组成。这些导体的两端都短路了。这种类型的转子没有任何外部电气连接。yb体育app网站此外,松鼠笼转子电机有较小的启动扭矩比绕线转子。

感应发电机

当感应电动机以一定的速度旋转时,施加外部机械动力迫使其旋转超过同步速度时,感应电动机就起发电机的作用。这种机器被称为异步发电机。它们在风力发电和小型水力发电厂得到了应用。

永磁直流电机

永磁直流电动机由径向放置在定子上的永磁体组成。转子由直流绕组连接到换向器。PMDC电机的工作原理与直流并联电机相同,只是它们不需要单独的励磁电源。与相同尺寸的传统直流电机相比,无需现场供电降低了功率损失,提高了效率并减小了体积。

PMDC电动机

无刷直流电机

无刷直流电动机在转子处有一组永磁体,在定子处有一组开关半导体。半导体开关将输入直流电源转换为脉动直流电源,以产生给定速度下的最大转矩。

无刷直流电机

在这些电机中,转子和定子的位置是颠倒的。磁场存在于转子中,电枢在起动时存在。传感器用于定位转子,并根据其位置打开和关闭半导体开关,以满足速度-扭矩的要求。这些电机比传统的直流电机更昂贵,需要较少的维护和有更长的运行寿命比传统的直流电机。

伺服电动机

采用伺服电机进行精确位置控制。他们是无刷直流电机结合位置传感设备,如编码器和电位器。位置闭环控制采用伺服电机。它们在船舶导航、自动机床、飞机、机器人、调速器等方面都有应用。

步进电机

步进电机是用于位置控制的脉冲驱动电机。这些电机可以通过一个特定的角度为每个控制相应用。它们不需要位置传感器。

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  1. 周日

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