电动机的原理.ppt课件
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②电机绝缘问题（3）
• 为解决变频器供电的电机的绝缘问题，可 采用滤波器技术或采用加强绝缘，但是前 者要增加较多的费用，而后者则使电机的 体积增加较多。目前，美国的 Phelps Dodge公司等线缆厂已经研制出耐 高脉冲电压的电磁线，这种电磁线采用了 新的漆层配方，在漆膜厚度不变的情况下， 大大增加了耐压强度。美国GE公司和 Reliance公司等均宣布已生产出采用新的电 磁线的电机，可适用于IGBT供电的场合。
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③轴承电流问题（1）
• 对于较大功率的IGBT变频器供电的电机 （如100KW以上）会发现运行一段时间后， 有些电机轴承磨损严重，先是产生不正常 噪声，后至烧毁。
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③轴承电流问题（2）
• 经研究发现，由于采用变频器供电，电压 波形中存在着相当多的高频分量，这些高 频分量除了通过变频器与电机绕组构成回 路外，还通过绕组与定子铁心间以及转轴、 端盖、机座和接地线等之间形成寄生电容。 这些电容的值一般为nf级，在工频供电时其 冲放电过程形成的容性电流很小，可以忽 略不计。
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①交流变频调速系统及变频电机（1）
• 二十年来，电力电子技术发生了革命性的发展。 元件从70年代的晶闸管（SCR），发展到80年代 的双极型晶体管（BJT，也称作GTR），到90年 代则主要是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。日本 的三菱电机公司已推出2000V/1200A的IGBT，欧 洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件， 而1200V/600A的IGBT模块则已大量生产供应； IR以及Fairchild等著名半导体公司生产的IPM模块 更为交流调速技术在白色家电（指冰箱、洗衣机 和空调器等）以及汽车等领域的应用提供了可能。
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②电机绝缘问题（2）
• 此规定执行以来，对GTR变频器供电的电机，十年来运行 正常。但是自IGBT变频器应用以来，电机损坏增多。研 究发现，对于IGBT变频器，并采用20kHz的载波频率时， 其脉冲间隔仅为0.05～0.2μs，从而使电压梯度达到 6500～13000v/μs。由于瞬时高电压加在电机的绕组上， 当电压上升时间小于0.3μs时，绕组前几匝线圈承受的电 压应力为正常值4倍以上，因此有可能超过80%的电压加 在首匝线圈上。虽然线圈之间以及线圈和铁芯之间有一系 列的绝缘保护，但是在这些绝缘之间很可能存在很小的间 隙（气泡），它们在超过一定电压时就开始电晕放电或局 部间歇放电，并逐步扩大，以致损坏绝缘，严重影响了电 机的正常运行。
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2.电机发展趋势及存在的问题
①交流变频调速系统及变频电机 ②电机绝缘问题
③轴承电流问题 ④性能测试问题 ⑤无换向器电机 ⑥其他用途的中小型电机
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近二十年来，科技技术突飞猛进。随着电力电 子技术、计算机技术和控制理论的发展，电机 调速技术得到迅速发展，使得电机的应用不再 局限于工业应用而且在商业及家用设备等各个 领域获得更加广泛的应用；而随着新材料如稀 土永磁材料Nd-Fe-B、磁性复合材料的出现， 更给电机设计插上了翅膀，各种新型、高效、 特种电机层出不穷。这些都极大地丰富了电机 理论，拓宽了电机的应用领域，同时也给电机 设计和制造工艺提出更高的要求。
电动机的原理
屈良军
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目录
• 1.电动机的作用 • 2.电机发展趋势及存在的问题 • 3.电动机的基本原理 • 4.电动机结构Hale Waihona Puke Baidu各部分的作用 • 5.电动机的分类 • 6.直流电动机的旋转原理 • 7.交流电动机
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1.电动机的作用
• 电动机是把电能转换成机械能的设备。在 机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、 交通、农业以及其他各种工业中，电动机 被广泛地应用。
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①交流变频调速系统及变频电机（2）
• 控制方面也从模拟控制发展到数字控制， 从单片机发展到数字信号处理器（DSP） 和高级专用集成电路，控制部件功能日益 完善，而所需的控制器件和控制器体积日 益减小，控制器可靠性日益提高而成本日 益降低。例如0.75kw通用变频器在过去的 10年间，体积减小到原来的1/10，成本下 降了大约40~50%，中小型电机变频调速系 统已经发展成熟。
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①交流变频调速系统及变频电机（4）
• 目前交流变频专用电机已经在西方工业发 达国家获得广泛使用，如德Siemens公司、 日本的东芝公司等就已经推出200KVA以下 的8大系列的变频电机，并成功应用于工业 实践，取得较好的节能效果和自动控制作 用。
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①交流变频调速系统及变频电机（5）
• 对变频电机的研究，过去主要集中在以下几个方面：一是 由于变频器的供电，电机谐波分量增加，从而引起电机损 耗增加，温升提高，因此应根据负载的情况，如何匹配电 机的功率；二是对于调速范围较宽的应用，要考虑低速时 风扇转速降低造成的电机自身散热能力的下降，因此应在 结构上外置一独立的风扇，使其在低速时保持足够的散热 风量，另外对于谐波引起的电机噪声的增加也进行了不少 的研究。但是随着变频器应用的日益增多和研究的日益深 入，出现了其他更为突出的问题，如电机的绝缘、轴承电 流、性能测试等问题，直接影响着电机的设计、制造、使 用和性能。
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②电机绝缘问题（1）
• 由于变频器采用脉宽调制技术（PWM）， 电压波形是由许多窄脉冲组成，脉冲电压 对电机的绝缘会产生影响。如GTR变频器 供电时，其脉冲上升时间约为1～2μs，电 压梯度（变化率）为500～1000V/μs，因此 在美国NEMA标准的MGI、par30中就对一 般用途的电机规定要满足1000v峰值和2μs 波前时间冲击电压的要求。
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①交流变频调速系统及变频电机（3）
• 据美国《控制工程》报道在1996~2000年 间美国用于工厂自动化方面的电动机和传 动装置的总费用约45亿美元，其中采用变 频器控制三相异步电动机的约占52.8%，且 呈逐年上升趋势。交流调速系统的广泛应 用必然对电动机提出相应的要求，为使电 机更好地符合电气传动系统的要求。国际 电工委员会（IEC）以及一些国家的有关组 织，如美国的IEEEE等均对变频器供电的三 相异步电动机提出了一些要求和应用导则。
②电机绝缘问题（3）
• 为解决变频器供电的电机的绝缘问题，可 采用滤波器技术或采用加强绝缘，但是前 者要增加较多的费用，而后者则使电机的 体积增加较多。目前，美国的 Phelps Dodge公司等线缆厂已经研制出耐 高脉冲电压的电磁线，这种电磁线采用了 新的漆层配方，在漆膜厚度不变的情况下， 大大增加了耐压强度。美国GE公司和 Reliance公司等均宣布已生产出采用新的电 磁线的电机，可适用于IGBT供电的场合。
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③轴承电流问题（1）
• 对于较大功率的IGBT变频器供电的电机 （如100KW以上）会发现运行一段时间后， 有些电机轴承磨损严重，先是产生不正常 噪声，后至烧毁。
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③轴承电流问题（2）
• 经研究发现，由于采用变频器供电，电压 波形中存在着相当多的高频分量，这些高 频分量除了通过变频器与电机绕组构成回 路外，还通过绕组与定子铁心间以及转轴、 端盖、机座和接地线等之间形成寄生电容。 这些电容的值一般为nf级，在工频供电时其 冲放电过程形成的容性电流很小，可以忽 略不计。
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①交流变频调速系统及变频电机（1）
• 二十年来，电力电子技术发生了革命性的发展。 元件从70年代的晶闸管（SCR），发展到80年代 的双极型晶体管（BJT，也称作GTR），到90年 代则主要是绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。日本 的三菱电机公司已推出2000V/1200A的IGBT，欧 洲的eupec公司也推出了3300V/1200A的元件， 而1200V/600A的IGBT模块则已大量生产供应； IR以及Fairchild等著名半导体公司生产的IPM模块 更为交流调速技术在白色家电（指冰箱、洗衣机 和空调器等）以及汽车等领域的应用提供了可能。
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②电机绝缘问题（2）
• 此规定执行以来，对GTR变频器供电的电机，十年来运行 正常。但是自IGBT变频器应用以来，电机损坏增多。研 究发现，对于IGBT变频器，并采用20kHz的载波频率时， 其脉冲间隔仅为0.05～0.2μs，从而使电压梯度达到 6500～13000v/μs。由于瞬时高电压加在电机的绕组上， 当电压上升时间小于0.3μs时，绕组前几匝线圈承受的电 压应力为正常值4倍以上，因此有可能超过80%的电压加 在首匝线圈上。虽然线圈之间以及线圈和铁芯之间有一系 列的绝缘保护，但是在这些绝缘之间很可能存在很小的间 隙（气泡），它们在超过一定电压时就开始电晕放电或局 部间歇放电，并逐步扩大，以致损坏绝缘，严重影响了电 机的正常运行。
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2.电机发展趋势及存在的问题
①交流变频调速系统及变频电机 ②电机绝缘问题
③轴承电流问题 ④性能测试问题 ⑤无换向器电机 ⑥其他用途的中小型电机
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近二十年来，科技技术突飞猛进。随着电力电 子技术、计算机技术和控制理论的发展，电机 调速技术得到迅速发展，使得电机的应用不再 局限于工业应用而且在商业及家用设备等各个 领域获得更加广泛的应用；而随着新材料如稀 土永磁材料Nd-Fe-B、磁性复合材料的出现， 更给电机设计插上了翅膀，各种新型、高效、 特种电机层出不穷。这些都极大地丰富了电机 理论，拓宽了电机的应用领域，同时也给电机 设计和制造工艺提出更高的要求。
电动机的原理
屈良军
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目录
• 1.电动机的作用 • 2.电机发展趋势及存在的问题 • 3.电动机的基本原理 • 4.电动机结构Hale Waihona Puke Baidu各部分的作用 • 5.电动机的分类 • 6.直流电动机的旋转原理 • 7.交流电动机
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1.电动机的作用
• 电动机是把电能转换成机械能的设备。在 机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、 交通、农业以及其他各种工业中，电动机 被广泛地应用。
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①交流变频调速系统及变频电机（2）
• 控制方面也从模拟控制发展到数字控制， 从单片机发展到数字信号处理器（DSP） 和高级专用集成电路，控制部件功能日益 完善，而所需的控制器件和控制器体积日 益减小，控制器可靠性日益提高而成本日 益降低。例如0.75kw通用变频器在过去的 10年间，体积减小到原来的1/10，成本下 降了大约40~50%，中小型电机变频调速系 统已经发展成熟。
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①交流变频调速系统及变频电机（4）
• 目前交流变频专用电机已经在西方工业发 达国家获得广泛使用，如德Siemens公司、 日本的东芝公司等就已经推出200KVA以下 的8大系列的变频电机，并成功应用于工业 实践，取得较好的节能效果和自动控制作 用。
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①交流变频调速系统及变频电机（5）
• 对变频电机的研究，过去主要集中在以下几个方面：一是 由于变频器的供电，电机谐波分量增加，从而引起电机损 耗增加，温升提高，因此应根据负载的情况，如何匹配电 机的功率；二是对于调速范围较宽的应用，要考虑低速时 风扇转速降低造成的电机自身散热能力的下降，因此应在 结构上外置一独立的风扇，使其在低速时保持足够的散热 风量，另外对于谐波引起的电机噪声的增加也进行了不少 的研究。但是随着变频器应用的日益增多和研究的日益深 入，出现了其他更为突出的问题，如电机的绝缘、轴承电 流、性能测试等问题，直接影响着电机的设计、制造、使 用和性能。
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②电机绝缘问题（1）
• 由于变频器采用脉宽调制技术（PWM）， 电压波形是由许多窄脉冲组成，脉冲电压 对电机的绝缘会产生影响。如GTR变频器 供电时，其脉冲上升时间约为1～2μs，电 压梯度（变化率）为500～1000V/μs，因此 在美国NEMA标准的MGI、par30中就对一 般用途的电机规定要满足1000v峰值和2μs 波前时间冲击电压的要求。
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①交流变频调速系统及变频电机（3）
• 据美国《控制工程》报道在1996~2000年 间美国用于工厂自动化方面的电动机和传 动装置的总费用约45亿美元，其中采用变 频器控制三相异步电动机的约占52.8%，且 呈逐年上升趋势。交流调速系统的广泛应 用必然对电动机提出相应的要求，为使电 机更好地符合电气传动系统的要求。国际 电工委员会（IEC）以及一些国家的有关组 织，如美国的IEEEE等均对变频器供电的三 相异步电动机提出了一些要求和应用导则。