《串激電機技術講座》課件

串激電機技術講座本講座將深入探討串激電機的結構、工作原理、特性以及應用。串激電機概述基本概念串激電機是一種直流電機，其電樞繞組和勵磁繞組串聯(lián)連接。當電流通過電樞繞組時，產生的磁場與勵磁繞組產生的磁場疊加，共同產生轉矩。結構特點串激電機結構簡單，成本低廉，具有較大的啟動轉矩。但其調速性能較差，易于產生過載和過熱現(xiàn)象。串激電機基本結構串激電機主要由定子、轉子、電刷和軸承組成。定子包括磁軛、勵磁繞組和磁極。轉子由轉軸、轉子鐵心和電樞繞組組成。電刷與轉子電樞繞組的換向器相連，用來將直流電引入電樞繞組。軸承用來支撐轉子，使其能夠自由旋轉。串激電機工作原理1電流電流流經電樞繞組和勵磁繞組，產生磁場2磁場電樞繞組中的電流產生電磁力3轉動電磁力使轉子旋轉，產生機械功串激電機的工作原理基于電磁感應定律和磁場力定律。當電流流經電樞繞組時，產生電磁力。這個力與磁場強度成正比，而磁場強度則由勵磁繞組中的電流決定。在串激電機中，電樞繞組和勵磁繞組串聯(lián)，因此，流過它們的電流相同，這意味著磁場強度與電樞電流成正比。由于磁場強度與電樞電流成正比，因此電磁力也會隨著電樞電流的增加而增加，從而使電機轉速更快，輸出扭矩更大。串激電機特性分析特性描述轉速負載增加，轉速下降電流負載增加，電流增加扭矩負載增加，扭矩增加效率負載增加，效率先升后降串激電機電容補償1提高功率因數(shù)串激電機電容補償可以有效提高功率因數(shù)，降低無功功率損耗，提高電機效率。2改善電壓質量電容補償可以提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，降低電壓波動，減少諧波干擾。3降低線損提高功率因數(shù)可以降低電流，減少線路上的電能損耗，降低運行成本。4提高電機性能電容補償可以改善電機啟動性能，提高電機運行效率，延長電機壽命。串激電機調速技術1電阻調速串聯(lián)電阻改變電路電流，降低電機電壓。簡單易行，但能耗高，效率低，不適用于大功率電機。2勵磁調速改變勵磁電流，調整電機磁場強度，進而改變電機的轉速。效率較高，但需增加勵磁裝置，成本較高。3脈寬調速通過改變直流電壓脈沖寬度，調節(jié)電機平均電壓，實現(xiàn)無級調速。效率高，響應速度快，是目前應用最廣泛的調速方法。串激電機啟動控制啟動方式串激電機可采用直接啟動、降壓啟動、軟啟動等方式，根據(jù)負載和電機特性選擇最佳啟動方式。啟動電流啟動電流較大，需采取限流措施，防止啟動電流過大造成損壞?？梢允褂脝与娮杌騿与娙莸认蘖餮b置。啟動電壓啟動電壓應符合電機額定電壓要求，并應考慮啟動過程中的電壓降。啟動控制電路啟動控制電路應安全可靠，并具有過載保護、短路保護等功能，以確保電機安全啟動。串激電機制動控制反接制動將電源接線反接，使電機反轉，產生制動扭矩。能耗制動利用電機反轉產生的能量，通過電阻或其他設備消耗掉。再生制動將制動能量反饋回電源，實現(xiàn)能量回收。串激電機負載特性電流(A)速度(RPM)串激電機負載特性受多種因素影響，如負載類型、轉速、勵磁電流等。負載增加時，電機電流增大，轉速下降。串激電機效率分析串激電機效率是衡量其能量轉換效率的重要指標，它表示電機輸出機械功率與輸入電功率之比。效率受多個因素影響，包括負載大小、轉速、勵磁電流、摩擦損失、銅損和鐵損等。85%效率串激電機效率通常在85%左右。10%銅損電流在繞組中流動產生熱量。5%鐵損磁場變化導致的能量損失。10%摩擦損耗軸承和風扇等部件產生的摩擦損失。優(yōu)化設計可以提高效率，例如降低繞組電阻、減少磁滯損耗和摩擦損失等。串激電機扭矩特性串激電機扭矩特性取決于電樞電流的大小，電樞電流越大，電機輸出扭矩就越大。串激電機具有較高的啟動扭矩和較大的過載能力，適用于需要高啟動扭矩或頻繁啟動的場合。100百分比串激電機在額定電壓下，電樞電流達到額定值的100%，則輸出扭矩達到額定扭矩。200百分比當電樞電流超過額定值的100%，電機輸出扭矩超過額定值，但會造成電機過載，影響電機壽命。0百分比當電樞電流小于額定值的100%，電機輸出扭矩小于額定值，無法達到預期工作狀態(tài)。串激電機溫升特性串激電機在運行過程中，由于電流通過電樞繞組和勵磁繞組產生熱量，電機溫度會逐漸升高，這就是溫升。溫升過高會導致電機絕緣老化、性能下降甚至燒毀。串激電機溫升主要受到負載電流、電機轉速、環(huán)境溫度等因素影響。負載電流越大，溫升越高；電機轉速越高，溫升越低；環(huán)境溫度越高，溫升越高。上述圖表顯示了串激電機在不同時間段的溫升變化情況。隨著時間的推移，電機溫升逐漸升高，最終達到穩(wěn)定狀態(tài)。串激電機鐵磁損耗鐵磁損耗是串激電機運行中產生的主要損耗之一。它包括磁滯損耗和渦流損耗。磁滯損耗磁化過程中，磁疇翻轉需要能量，導致能量損耗渦流損耗磁場變化在鐵芯中產生渦流，消耗能量鐵磁損耗會影響串激電機的效率和溫升，因此在設計時應盡量降低鐵磁損耗。串激電機銅損分析定子繞組轉子繞組電刷其他串激電機銅損主要由定子繞組、轉子繞組、電刷等部件產生。定子繞組銅損占總銅損的60%，是主要的銅損來源。串激電機轉子損耗轉子損耗類型描述風損轉子旋轉產生的空氣阻力渦流損耗轉子導體中的感應電流產生的熱量磁滯損耗轉子鐵芯磁化和退磁過程產生的熱量串激電機勵磁損耗串激電機勵磁損耗是由于勵磁繞組中的電流產生的熱量造成的。勵磁繞組的電流大小取決于電機的負載情況，負載越大，勵磁電流越大，勵磁損耗也越大。10%損耗比例勵磁損耗通常占串激電機總損耗的10%。I^2*R計算公式勵磁損耗可以通過公式I^2*R計算，其中I是勵磁電流，R是勵磁繞組的電阻。低速影響因素串激電機的勵磁損耗會受到電機轉速、負載電流和勵磁繞組電阻的影響。散熱降低損耗降低勵磁繞組電阻或提高勵磁繞組的散熱能力可以有效降低勵磁損耗。串激電機絕緣系統(tǒng)絕緣等級電機絕緣等級根據(jù)工作電壓和環(huán)境溫度確定。常見的絕緣等級包括F級和H級。繞組絕緣串激電機繞組采用耐高溫的絕緣材料，如云母、玻璃纖維和聚酯薄膜。絕緣材料常用的絕緣材料有云母、玻璃纖維、聚酯薄膜、環(huán)氧樹脂等。絕緣測試電機出廠前需進行絕緣強度測試，確保絕緣性能滿足要求。串激電機機械結構串激電機機械結構主要由機座、軸承、轉子、定子、電刷和換向器組成。機座是串激電機的骨架，用來支撐轉子和定子，并起到保護作用。軸承用于支撐轉軸，并減少轉動過程中的摩擦。轉子是串激電機的旋轉部件，由轉軸、電樞繞組和換向器組成。定子是串激電機的固定部件，由定子鐵芯和勵磁繞組組成。串激電機散熱設計11.自然冷卻利用電機外殼和風扇散熱，適用于低功率電機。22.強制風冷利用風機強制吹風散熱，適用于中功率電機。33.水冷利用水循環(huán)帶走熱量，適用于高功率電機。44.油冷利用油循環(huán)帶走熱量，適用于超高功率電機。串激電機可靠性結構設計合理結構設計可降低應力集中，延長電機使用壽命。材料選擇耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞材料能提升電機的可靠性。制造工藝精密加工、嚴格裝配和測試有助于降低生產缺陷。維護保養(yǎng)定期維護、清潔和潤滑可延長電機工作時間。串激電機維護檢修定期檢查定期檢查電機，確保其運行良好，并及時發(fā)現(xiàn)問題，防止故障發(fā)生。清潔保養(yǎng)定期清潔電機內部，清除灰塵和油污，保持電機清潔，延長使用壽命。更換軸承定期檢查軸承，及時更換磨損或損壞的軸承，保證電機運行平穩(wěn)。電氣測試定期對電機進行電氣測試，確保絕緣性能良好，防止漏電或短路。串激電機常見故障電刷磨損電刷磨損會導致接觸不良，引起火花，甚至電機無法啟動。軸承損壞軸承損壞會導致電機運行噪音增大，振動加劇，甚至電機卡死。繞組燒毀繞組燒毀通常是由于電機過載或短路引起的，會造成電機無法工作。磁場減弱磁場減弱會導致電機轉速下降，扭矩減小，甚至無法啟動。串激電機故障診斷串激電機故障診斷非常重要，可以幫助及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，避免更大的損失。1觀察電機運行情況電機運行的聲音、溫度、振動等2測量電機參數(shù)電壓、電流、轉速、功率等3分析故障原因根據(jù)癥狀和參數(shù)判斷可能原因4采取維修措施根據(jù)故障原因進行維修或更換串激電機常見故障過熱故障過載運行、通風不良、繞組絕緣老化、軸承磨損等導致過熱故障.火花故障電刷與換向器接觸不良、電刷磨損、換向器表面污垢等造成火花故障.振動故障轉子不平衡、軸承磨損、定子鐵芯松動等引起振動故障.噪聲故障軸承磨損、定子鐵芯松動、風扇故障等導致噪聲故障.串激電機維護方法11.定期檢查定期檢查電機運行狀況，如溫度、振動、噪音等，及時發(fā)現(xiàn)問題并進行處理。22.清潔維護定期清潔電機內部，清除灰塵、油污等，保持電機內部清潔，延長電機壽命。33.潤滑保養(yǎng)定期檢查電機軸承潤滑情況，及時添加或更換潤滑油，保證電機正常運轉。44.電氣檢查定期檢查電機線圈、接線端子等電氣部件，確保電機電路正常運行，避免發(fā)生故障。串激電機保護措施過電流保護過電流保護器可以防止電機過載運行，避免電機燒毀。過電流保護器可以是熔斷器、熱繼電器或電子式過電流保護器。過電壓保護過電壓保護器可以防止電機承受過高的電壓，避免電機絕緣擊穿。過電壓保護器可以是熔斷器、避雷器或電子式過電壓保護器。串激電機應用案例串激電機廣泛應用于各種機械設備中，例如起重機、卷揚機、機床、電動汽車等。其高啟動扭矩和簡單結構使其成為許多應用的首選選擇。例如，在起重機中，串激電機可以提供強大的啟動扭矩，用于提升重物。在電動汽車中，串激電機可以實現(xiàn)高效的能量轉換，提高車輛的續(xù)航里程。串激電機研究進展高性能材料研究人員正在探索更高效和耐用的材料，以提高串激電機的性能和可靠性。例如，使用更耐高溫、更輕質的材料。智能控制系統(tǒng)通過集成人工智能和機器學習算法，可以實現(xiàn)更精確的串激電機控制，優(yōu)化性能并降低能耗。數(shù)字化設計運用數(shù)字化設計方法和仿真軟件，可以優(yōu)化串激電機結構和磁路設計，提升效率和功率密度。串激電機發(fā)展趨勢智能化串激電機將更加智能化，并與人工智能、物聯(lián)網等技術相結合，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、故障診斷和自動優(yōu)化。高效率串激電機將繼續(xù)朝著更高效率的方向發(fā)展，采用更高效的材