1、电机的基础知识与电机的基础知识与 制造工艺培训制造工艺培训 电动机作为原动机，已广泛应用于各行各业，大至冶金企业使用的上千万瓦的电动机，小至小功率电动机乃至几瓦的微电动机。在各类原动机中，电动机的容量已经超过了总容量的60%。第一部分 电机的基础理论电机的基础理论电机的定义和作用电机的定义和作用 电机定义电机定义：电机是一种机电能量转换或信号转换的电磁机械装置；电机的作用电机的作用：就能量转换功能来看，电机可为就能量转换功能来看，电机可为发电机发电机和和电动机电动机两类。两类。发电机发电机(G)电动机电动机(M)电机的发展电机的发展 迄今为止，电机的发展大体上分为三个时期：一、直流电机的产生和
2、形成时期；在1821年和1831年，法拉第发现了载流导体在磁场受力现象和电磁感应定律；在1833年，皮克西利用永久磁铁和线圈之间的相对运动和一个换向装置，制成了一台旋转磁极式直流发电机；18341870年间，凸极式的T形绕组被分布绕组替代，且发电机和电动机合二为一；1880年，爱迪生提出采用叠片铁心；1882年，台勃莱兹把米斯巴哈水电站发出的2KW的直流电，用一根长57KM的输电线送到了慕尼黑；二、交流电机的形成和发展时期 1885年，弗拉利斯制作了一台两相感应电机；1889年，多利伏-多勃罗夫斯基设计制作出三相感应电机；19世纪80年代的末期出现高速的原动机；电机理论方面，1893年左右，开
3、始利用复数和相量来分析交流电路；1894年，海兰提出“多相感应电机性能图解确定法”，同年，弗拉利斯建立双旋转磁场理论；交轴磁场理论和双反应理论先后被提出；19世纪末期，各种交、直流电机的基本类型以及理论，设计方法，大体上建立起来了。三、电机理论、设计和制造工艺逐步达到完善化时期；电机的理论分析方法得到了进一步的延伸和巩固。对称分量法，双反应通用分析方法，相继建立，克朗的张量方法，统一了整个电机理论；19201940年间，寄生转矩，噪声，震动被提出研究；1954年，柯伐煦提出空间向量法，1965年，计算机开始被引入电机工程领域；20世纪70年代，“矢量变换控制”理论提出，同时涌现一大批可控制电机
4、；80年代以后，永磁无刷电机和开关磁阻电机等新型电机得到了较快发展；90年代以后，一种场路结合的有限元-状态空间耦合时步法得到应用；电机基本原理和材料电机基本原理和材料 一、一、磁场的基本物理量磁场的基本物理量1.1 磁感应强度磁感应强度磁感应强度磁感应强度B 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁感应强度磁感应强度B的大小的大小磁感应强度磁感应强度B的方向的方向与电流的方向之间符合右手螺旋定则。与电流的方向之间符合右手螺旋定则。IlFB 磁感应强度磁感应强度B的单位的单位:特斯拉特斯拉(T)，1T=1Wb/m2 1.2 磁通磁通磁通磁通 ：穿过垂直于穿
5、过垂直于B方向的面积方向的面积S中的磁力线总数。中的磁力线总数。在均匀磁场中在均匀磁场中 =B S 或或 B=/S1.3 磁场强度磁场强度磁场强度磁场强度H：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。磁场强度磁场强度H的单位的单位：安培安培/米（米（A/m)磁通磁通 的单位的单位:韦韦伯伯(Wb)1Wb=1Tm21.4 磁导率磁导率 磁导率磁导率 ：表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力表示磁场媒质磁性的物理量，衡量物质的导磁能力。它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：它与磁场强度的乘积就等于磁感应强度，即：HB 磁导率磁导率 的单位：的单位：亨亨/米
6、（米（H/m）磁路：磁通所通过的路径。磁路：磁通所通过的路径。二、磁路及其基本定律二、磁路及其基本定律u 主磁通主磁通漏磁通漏磁通磁路磁路i2.1 全电流安培环路定律全电流安培环路定律沿任何一条闭合回线沿任何一条闭合回线L，磁场强度，磁场强度H的线积分等于该闭合回的线积分等于该闭合回线所包围的电流的代数和线所包围的电流的代数和 如果在均匀磁场中，沿着回线如果在均匀磁场中，沿着回线 L 磁场强度磁场强度H处处相等，则处处相等，则HLiF2.2 磁路的欧姆定律磁路的欧姆定律作用在磁路上的磁动势作用在磁路上的磁动势 F 等于磁路内的磁通量等于磁路内的磁通量乘以磁阻乘以磁阻 RmLilHdF称为磁动势
7、称为磁动势mRF2.3、磁路的基尔霍夫定律、磁路的基尔霍夫定律2.3.1 磁路的基尔霍夫第一定律磁路的基尔霍夫第一定律1230 0或或闭合面闭合面i1i21232.3.2 磁路的基尔霍夫第二定律磁路的基尔霍夫第二定律3k k1 12 21m12m2mk 1WiH lH lH lHRRR 2.4、电磁感应定律、电磁感应定律简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁简单的说电磁感应定律就是变化的电场附近会产生变化的磁场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。场，而变化的磁场附近会产生变化的电场。定义：无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链定义：无论何种原因使的与闭合线圈交链的磁链随着时间随着时
8、间t变化时，线圈中将会变化时，线圈中将会 产生感应电动势产生感应电动势eddeNdtdt 切割（运动）电动势切割（运动）电动势当磁场和线圈导体之间有相对运动时，使得穿过线圈的磁通随当磁场和线圈导体之间有相对运动时，使得穿过线圈的磁通随着时间的变化而变化。着时间的变化而变化。此时的此时的e叫做运动电动势叫做运动电动势 e=Blv方向由右手定则判定。方向由右手定则判定。2.5 电磁力定律电磁力定律 载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。载流导体在磁场中要受到力的作用，方向用左手定则判定。f=Bil 在旋转电机中，作用在转子载流导体上的电磁力将使转受在旋转电机中，作用在转子载流导体上的
9、电磁力将使转受到一个力矩到一个力矩（等于力乘以转子半径），这个力矩（等于力乘以转子半径），这个力矩称之为电称之为电磁转矩。磁转矩。2.6 电路定律电路定律(1)欧姆定律：欧姆定律：u=iR(2)基尔霍夫第一定律（电流定律）基尔霍夫第一定律（电流定律）i=0(3)基尔霍夫第二定律（电压定律）基尔霍夫第二定律（电压定律）在电路中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所有元件的电压代数和等于零，在电路中，对任一回路，沿回路环绕一周，回路内所有元件的电压代数和等于零，即即 u=0。3.1 概述概述 制造材料主要包括：制造材料主要包括：铁磁材料、导电材料、绝缘材料、结构材料、铁磁材料、导电材料、绝缘材料、
10、结构材料、散热材料、冷却材料、润滑材料等。散热材料、冷却材料、润滑材料等。导电材料：导电材料：铜、铝铜、铝。铁磁材料：各种成分的铁磁材料：各种成分的铸钢铸钢（电工钢片）。（电工钢片）。绝缘材料：各种绝缘材料：各种绝缘纸、油性玻璃漆布绝缘纸、油性玻璃漆布、有机硅玻璃粘带有机硅玻璃粘带、酚醛玻璃纤维压塑料酚醛玻璃纤维压塑料 容许工作温度容许工作温度/90 105 120 130 155 180 180 3.2 铁磁材料及其特性铁磁材料及其特性3.2.1 高导磁性高导磁性 磁性材料的磁导率通常都很高，即磁性材料的磁导率通常都很高，即 r 1(如坡莫合金，如坡莫合金，其其 r 可达可达 2 105)。
11、磁性材料磁性材料能被强烈的磁化，能被强烈的磁化，具有很高的导磁性能。具有很高的导磁性能。磁性物质具有高导磁性是由于内部有很多被强烈磁化的磁性物质具有高导磁性是由于内部有很多被强烈磁化的小磁铁。小磁铁。这些小磁铁叫做这些小磁铁叫做“磁畴磁畴”。磁畴（磁化前）磁畴（磁化前）磁畴（磁化后）磁畴（磁化后）在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，在外磁场的作用下，磁畴顺着外磁场方向转向，排列整齐，显示出磁性。显示出磁性。磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强磁性物质由于磁化所产生的磁化磁场不会随着外磁场的增强而无限的增强。而无限的增强。3.2.2 磁饱和性磁饱和性BJ 磁场内磁
12、性物质的磁化磁场磁场内磁性物质的磁化磁场 的磁感应强度曲线；的磁感应强度曲线；B0 磁场内不存在磁性物质时的磁场内不存在磁性物质时的 磁感应强度直线；磁感应强度直线；B BJ曲线和曲线和B0直线的纵坐标相直线的纵坐标相 加即磁场的加即磁场的 B-H 磁化曲线。磁化曲线。OHBB0BJBab磁化曲线磁化曲线当外磁场增大到一定程度时，磁性物质磁畴的磁场方向全部当外磁场增大到一定程度时，磁性物质磁畴的磁场方向全部都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向都转向与外部磁场方向一致，磁化磁场的磁感应强度将趋向某一定值，如图。某一定值，如图。3.2.3、磁滞性磁滞性 磁性材料在交变磁场中反复磁化
13、，其磁性材料在交变磁场中反复磁化，其B-H关系曲线是一关系曲线是一条回形闭合曲线，称为条回形闭合曲线，称为磁滞回线磁滞回线。磁性材料中磁性材料中磁感应强度磁感应强度B的变化总是滞后于外磁场变化的性质。的变化总是滞后于外磁场变化的性质。磁滞回线磁滞回线OHBBrHc剩磁感应强度剩磁感应强度Br(剩磁剩磁)：当线圈中电流减小到零当线圈中电流减小到零(H=0)时，时，铁心中的磁感应强度。铁心中的磁感应强度。例如例如:永久磁铁的磁性就是由剩磁产永久磁铁的磁性就是由剩磁产生的；自励直流发电机的磁极，为了生的；自励直流发电机的磁极，为了使电压能建立，也必须具有剩磁。使电压能建立，也必须具有剩磁。几种常见磁
14、性物质的磁化曲线几种常见磁性物质的磁化曲线a 铸铁铸铁 b 铸钢铸钢 c 硅钢硅钢片片O0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 103H/(A/m)H/(A/m)1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 103B/T1.81.61.41.21.00.80.60.40.2ababcc按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：按磁性物质的磁性能，磁性材料分为三种类型：铁磁材料铁磁材料软磁材料软磁材料硬磁材料硬磁材料矩磁材料矩磁材料代表代表特点特点代表代表特点特点代表代表特点特点铸铁、铸钢、硅钢片磁滞回线窄，剩磁Br和矫顽力Hc都小铝镍钴、铁氧体、稀土钴、铝铁
15、硼磁滞回线宽，剩磁Br和矫顽力Hc都大镁锰铁氧体具有较大的矫顽磁力和较大的剩磁，磁滞回线接近矩形，稳定性良好。常用的几种硬磁材料常用的几种硬磁材料硬磁材料硬磁材料性能性能指标指标剩磁Br，矫顽力Hc和最大磁能积【BH】max名称名称优点优点缺点缺点铸造型铝铸造型铝镍钴镍钴磁性能较高，稳定性较好，价格较便宜材料硬而脆，除磨削和电加工外，无法进行其他机械加工粉末型铝粉末型铝镍钴镍钴尺寸较精确，表面很光，可大批量生产磁性能较前者低，且价格较贵；铁氧体铁氧体Hc很高，抗去磁能力强，价格便宜，比重较小，不需要进行工作稳定性处理Br不大，温度对磁性能影响较大，不适用温度变化大而要求温度稳定性高的场合稀土钴
16、稀土钴综合磁性能好，很强的抗去磁能力，磁性的温度稳定性较好，其允许工作温度可高达200250度除电加工外，不能进行其他机械加工，另外材料的价格较贵，制造成本亦高钕铁硼其性能优于稀土钴，且价格较便宜允许工作温度较低，约为120，含有较多的铁和钕，故容易锈蚀。4.1 磁滞损耗（磁滞损耗（pch）由磁滞性所产生的能量损耗称为由磁滞性所产生的能量损耗称为磁滞损耗磁滞损耗(Pch)。磁滞损耗的大小：磁滞损耗的大小：单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的单位体积内的磁滞损耗正比与磁滞回线的面积和磁场交变的频率面积和磁场交变的频率 f。OHB磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。磁滞损耗转化为热能，引起铁心发热。
17、减少磁滞损耗的措施：减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。的硅钢等材料的磁滞损耗较低。选择适当的磁感应强度值以减小铁心饱和程度。选择适当的磁感应强度值以减小铁心饱和程度。四、铁心损耗四、铁心损耗pFe4.2.涡流损耗（涡流损耗（pwh）涡流损耗涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。由涡流所产生的功率损耗。涡流涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。通的平面内环流。涡流涡流损耗转
18、化为热能，引起铁心发热。损耗转化为热能，引起铁心发热。减少涡流损耗措施：减少涡流损耗措施：提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。4.3.铁耗铁耗pFe：铁心中的铁耗等于磁滞损耗和：铁心中的铁耗等于磁滞损耗和涡流损耗之和。涡流损耗之和。电机的基本结构以及分类电机的基本结构以及分类一、电机的基本结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组机机 座座二、电机的分类2、1 按工作电源种类划分：可分为直流电机直流电机和交流电机交流电机。2、2 电动机按用途划分：驱动用电动机驱动用电动机和控制用电动机
19、控制用电动机。2、3 电机按磁场产生的原理划分：电机工作原理电机工作原理自自然然界界的的运运动动都都是是趋趋向向相相对对稳稳定定的。的。一、直流电动机一、直流电动机U+NS电刷电刷换向片换向片II注意：注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。电刷压在换向片上。工作原理：上下两片工作原理：上下两片电刷静止不动电刷静止不动，电压加在电刷上，电压加在电刷上，电流总是电流总是从正极性从正极性的的上电刷流入上电刷流入，经过换向片，到达处于，经过换向片，到达处于N极下的导体极下的导体；再经；再经S极下的导体极下的导体，由负极性的由负极性的下电刷流出下电刷流出；
20、故当导体轮流交替处于；故当导体轮流交替处于N极和极和S极下时，极下时，导体中的导体中的电流将随其所处磁极的改变而同时改变其方向电流将随其所处磁极的改变而同时改变其方向，从而使，从而使电磁转矩保持不变电磁转矩保持不变。电磁转矩为：电磁转矩为：aTeICT：电枢电流：每极总磁通量：转矩常数；Ia:Ct为了减少电枢感应电动势和电磁转矩的脉动，实际电枢绕组由许多线圈串联而成1.1 转子转子（又称电枢）（又称电枢）由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。由铁芯、绕组（线圈）、换向器组成。1.2 定子定子定子的分类：定子的分类：永磁式：由永久磁铁做成。永磁式：由永久磁铁做成。励磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中励
21、磁式：磁极上绕线圈，然后在线圈中 通过直流电，形成电磁铁。通过直流电，形成电磁铁。励磁的定义：励磁的定义：磁极上的线圈通以直流电磁极上的线圈通以直流电 产生磁通，称为励磁。产生磁通，称为励磁。根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的根据励磁线圈和转子绕组的联接关系，励磁式的直流电机又可细分为：直流电机又可细分为：他励电动机：他励电动机：励磁线圈与转子电枢的电源分开。励磁线圈与转子电枢的电源分开。并励电动机：并励电动机：励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。励磁线圈与转子电枢并联到同一电源上。串励电动机：串励电动机：励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。励磁线圈与转子电枢串联接到同一电源上。复励
22、电动机：复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。同一电源上。M他励他励UfIfIaUM并励并励UIfM串励串励UM复励复励U1.3 直流电机的特点直流电机的特点（1）与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用）与异步电动机相比，直流电动机的结构复杂，使用和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。和维护不如异步机方便，而且要使用直流电源。（2）调速性能好）调速性能好:调速范围广，易于平滑调节。调速范围广，易于平滑调节。（3）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。）起动、制动转矩大，易于快速起动、停车。（4）易于控制。）易于控制。（1
23、）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等）轧钢机、电气机车、无轨电车、中大型龙门刨床等调速范围大的大型设备。调速范围大的大型设备。（2）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。）用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等。（3）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具）家庭：电动缝纫机、电动自行车、电动玩具1.4 直流电机的应用直流电机的应用2.1 单相感应电动机单相感应电动机二、感应电动机二、感应电动机2.1.1 结构：铁心由硅钢片冲槽叠压而成。槽内嵌装两套空间互隔90电角度的主绕组（也称运行绕组）和辅绕组（也称起动绕组成副绕组）。主绕组接交流电源，辅绕组串接离心开关S或起动电容、运行电容等
24、之后，再接入电源。转子为笼型铸铝转子，它是将铁心叠压后用铝铸入铁心的槽中，并一起铸出端环，使转子导条短路成鼠笼型。WSTAXAX定子绕组转子2.1.2单相电机工作原理单相电机工作原理 图图2 接线图接线图 图图3 原理图原理图 如图如图2、3所示，所示，电路中加入电路中加入电容电容，使两绕组电流相位差约为，使两绕组电流相位差约为90，从而产生，从而产生旋转磁场旋转磁场，这时电机鼠笼转子导条就会切割这时电机鼠笼转子导条就会切割磁力线从而产生磁力线从而产生感应电势感应电势，导条中有电流通过，导体与磁场，导条中有电流通过，导体与磁场作用产生作用产生电磁力电磁力，电机转起来，持续供电，电机就按原方向电
25、机转起来，持续供电，电机就按原方向继续转动。继续转动。由于单相绕组产生的是由于单相绕组产生的是脉振磁场脉振磁场，当定子绕组产生的合，当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩没有起动转矩。2.2 三相感应电机三相感应电机三相异步电动机的结构与单相异步电动机相似，其定子铁心槽中嵌装三相绕组（有单层链式、单层同心式和单层交叉式三种结构）。工作原理（1）接通三相交流电源时，三相定子绕组流过三相对称电流产生的三相磁动势（定子旋转磁动势）并产生旋
26、转磁场旋转磁场。（2）该旋转磁场与转子导体有相对切割运动,根据电磁感应原理,转子导体产生感应电动势并产生感应电流感应电流。（3）根据电磁力定律，载流的转子导体在磁场中受到电磁力作用，形成电电磁转矩磁转矩，驱动转子旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。注意：三相感应电机不需要加电容注意：三相感应电机不需要加电容2.3 电机磁电机磁 路路 磁路：定子齿部、转子齿部、定子轭部转子轭部、气隙形成一个闭合的回路。单相电机磁路三相电机磁路3.永磁无刷电动机永磁无刷电动机 无刷直流电动机无刷直流电动机（BLDCM）是指电机）是指电机内部磁场设计为内部磁场设计为梯形梯形，定子绕组，定子绕组电流为方
27、电流为方波波的永磁无刷电动机。的永磁无刷电动机。无刷交流电动机无刷交流电动机是指电机内部磁场设计是指电机内部磁场设计为为正弦形正弦形，定子绕组，定子绕组电流为正弦波电流为正弦波的永磁的永磁无刷电动机。交流无刷电动机也称为交流无刷电动机。交流无刷电动机也称为交流永磁同步电动机永磁同步电动机（PMSM）。）。3.1 PMSM和BLDC电动机结构3.1 总体结构3.1.1 定子 定子绕组一般制成多相（三、四、五相不等），通定子绕组一般制成多相（三、四、五相不等），通常为常为三相绕组三相绕组。三相绕组。三相绕组沿定子铁心对称分布沿定子铁心对称分布，在空，在空间互差间互差120度电角度，通入三相电流时，
28、产生度电角度，通入三相电流时，产生旋转磁场旋转磁场PMSM和和BLDC电机的结构电机的结构3.1.2 转子 转子采用转子采用永磁体永磁体，目前主要以，目前主要以钕铁硼钕铁硼作为永磁材料。作为永磁材料。采用永磁体简化了电机的结构，提高了可靠性，又没采用永磁体简化了电机的结构，提高了可靠性，又没有转子铜耗，提高电机的效率。有转子铜耗，提高电机的效率。3.1.3 绕组 分布绕组和集中绕组分布绕组和集中绕组3.1.4 PMSM按转子永磁体的结构可分为两种（1）表面贴装式表面贴装式（SM-PMSM）直交轴电感直交轴电感Ld和和Lq相同，气隙较大，弱磁相同，气隙较大，弱磁能力小，扩速能力受到限制能力小，扩
29、速能力受到限制PMSM和和BLDC电机的结构电机的结构 （2）内埋式内埋式（IPMSM）交直轴电感交直轴电感:LqLd气隙较小，气隙较小，有较好的弱磁能力有较好的弱磁能力3.2 永磁无刷电机工作原理永磁无刷电机工作原理 通过通过转子位置转子位置检测，将位置信息经过检测，将位置信息经过电子换相电路电子换相电路来驱动控制同电枢绕组相连接的各个来驱动控制同电枢绕组相连接的各个功率开关器件功率开关器件的的关关断或导通断或导通，从而起到控制绕组的通电状态，并在定子上，从而起到控制绕组的通电状态，并在定子上产生一个产生一个连续的旋转磁场连续的旋转磁场，以拖动转子跟着旋转。，以拖动转子跟着旋转。随着转子的不
30、断旋转，传感器信号被不断的反馈给随着转子的不断旋转，传感器信号被不断的反馈给芯芯片，主芯片据此来片，主芯片据此来改变改变电枢绕组的电枢绕组的通电状态通电状态，使得在每，使得在每磁极下的绕组中的磁极下的绕组中的电流方向相同电流方向相同。因此可以。因此可以产生恒定转产生恒定转矩矩，并使电机连续旋转运行起来。，并使电机连续旋转运行起来。3.3 运行特性运行特性cossin0IIIIXjIXjIIREUqdqqdd3.3.1 电压方程电压方程为为I和和E之间的夹角，称为内功率因数角之间的夹角，称为内功率因数角3.3.2 空载反电动势空载反电动势0K44.4NfKEdp3.3.3 电磁转矩轴励磁电感其值
31、为永磁体等效励磁电流，DmdmdfqdqdqfmddqqdemLLiiLLi iLpiipT:f/i)()(3.3.4 电磁功率3.3.5 凸极率3.3.6 电压极限方程2lim22)/()()(uLiiLfqq3.3.7 电流极限方程2lim22iiiqd3.4 调速范围3.5 噪音与振动第二部分 我司电机的生产工艺我司电机的生产工艺一、压缩机电机系列分类一、压缩机电机系列分类 1.1 压缩机目前系列压缩机目前系列:C39系列 、C44系列 、C48系列 C49系列 、C55系列、C63系列1.2 各系列典型用途各系列典型用途系列主要用途工质C39系列小除湿机、小型出口窗机R410AC44系
32、列23和26空调、出口压缩机R410A、R22、R134AC48系列32和35空调、出口压缩机R410A、R22、R134AC49系列46和50空调、出口压缩机R410A、R22C55系列50和72空调、大窗机R410A、R22、R134AC63系列120商用空调、大双缸等R410A、R221.3 压缩机电机基本结构压缩机电机基本结构基本结构：由定子，转子，保护器 组成。定子部分：定子铁芯和主相绕组、副相绕组、引出线；转子部分：转子铁芯和铸铝。1.4 电机的命名规则电机的命名规则以YYR-B90A1da为例，其中YYR表示单相异步耐氟电机，其它代号表示内容如为：C44系列，90mm铁芯长，A1
33、绕组设计方案，通流孔转子，a改进单相异步耐氟压缩机电机。1.5 压缩机电机电性能压缩机电机电性能 电性能测试 定子绕组对铁芯能承受1500V，历时1min的耐压试验而不 发生击穿，泄漏电流不大于2mA，试验电压的频率为 50Hz，并尽可能为正弦波形，允许用提高电压1800V，历时1sec的试验代替，泄漏电流不大于2mA。定子绕组匝间绝缘试验按JB/T9615.1交流低压电机散嵌 绕组匝间绝缘试验方法进行，冲击电压3600V100V，波前时间为0.5s,试验所显示的两条衰减振荡波形应基本 重合，幅值差异最大不大于200mA。电机的冷态绝缘电阻应大于500M，热态绝缘电阻应大于50M。1.6 电机
34、绕组温升电机绕组温升二、二、定子组件工艺定子组件工艺 2.1 定子的组成定子的组成l 主相绕组、副相绕组、引出线组件、定子铁芯、槽绝缘、相间绝缘、槽楔构成。定子铁芯制作：高速冲模自扣；一般压缩机采用槽形采用的是梨形槽，槽满率高，用于机器嵌线；主相和副相绕组在空间错开90。2.2 定频定子制作定频定子制作 定子制作定子制作：打槽纸 下主相绕组 整型 下副相线 放相间绝缘 去漆皮 接引出线组 搪锡 套绝缘套管 绑线前整形 绑线 最终整形 检外观 真空检测 检测电机 吹灰 （浸漆）注意：安全、工作时必须带手套；型号与线圈匝数、线规是否正确；漆包线伸长率不能超过3%；漆包线不能有划伤、压伤、花线现象、
35、打火等问题；铁芯是否热处理；接线是否正确；注：伸长率计算方法：2.3 引出线组件引出线组件n JZ型耐氟里昂软线采用聚酯绝缘，可有聚酯纤维内外编织层和聚酯薄膜绕包层所组成。导体采用紫铜。引出线组件图引出线组件颜色导体设计截面积n 引出线组件相关性能 插入力 单个引出线端子与接线柱插销之间第一次插入的插入力小于70N。拉拔力 单个引出线端子与接线柱经五次插拔后，拉拔力大于30N。夹紧力 引出线与端子夹紧力大于140N。要求导线无断线，端子无松动、脱离现象。绑线牢固度 引出线之间施加15N拉力而不发生相互滑动。绝缘电阻 引线间绝缘电阻要求均大于500M。耐电压 引线间能承受3000V/1min（0
36、.5mA）的耐电压试验，没有闪络或击穿现象。其试验电压的频率为50Hz，波形尽可能为正弦波形，试验电压的有效值为3000V。耐热性 产品经200、6h耐热试验后无粉化、无发脆、重量减少小于10mg，不软化发粘，引出线无明显褪色，端子镀层无脱落现象。常温下，引线间能通过1800V/1min（0.5mA）耐电压试验，绝缘电阻不小于100M。n 引出线组件注意事项 引出线组件选择材料应和冷媒、冷冻油等相关材料兼容。引出线导体截面积应满足额定电流要求；不能碰到上盖组件；不应被环焊烧熔；尽量避开排气口；不应碰到转子和平衡块；设计引出线尽可能的通用化；2.4 漆包线漆包线2.4.1 绝缘漆膜绝缘漆膜 绝缘
37、漆膜是在导体表面均匀涂上以聚酯亚胺为主体的绝缘合成树脂，然后充分烧结在导体表面，然后在其上再均匀地涂上以聚酰胺酰亚胺为主体的绝缘合成树脂烧结而成，漆膜必须对导体无有害作用，并且具有充分的耐久性。2.4.2 漆包线的工作环境漆包线的工作环境（压缩机内部）1、全封闭压缩机内；2、高温高压（排气温度110，绕组温度105-120，压力2.05MPa）3、冷媒（R22、R410A）；4、冷冻油；5、过载保护器；6、压缩机的绝缘等级E级（温度120）2.4.3 漆包线性能指标漆包线性能指标1、机械性能 要求漆膜有良好的柔韧性和附着性，适合于高速绕线要求，本身具有良好的机械性能。2、润滑性能 表面尽可能的
38、光滑，无任何疙瘩细粒，易绕成紧密的线圈，容易下线。3、热性能 主要耐热冲击指标和软化冲击指标。4、化学性能 和压缩机内部金属、冷媒、冷冻油等具备良好的兼容性。5、电气性能 一般在5.4KV以上进行漆膜连续性试验。2.4.5 漆包线选用漆包线选用 1、漆包线选用200级 自润滑加厚漆膜聚酯亚胺/聚酰胺酰亚胺漆包圆铜线为压缩机电机使用的漆包线。200级在200情况下,可长时间工作(2万小时以上)。自润滑：满足高速绕线时减少对工装设备的磨损,漆包线表面应当进行润滑,以保证低的摩擦系数。2、润滑方法:a)自润滑b)涂抹硅油润滑性不大好。c)涂抹冷冻机油润滑性不大好。d)涂蜡容易发生低温凝结,产生的白色
39、网状沉淀物易堵塞毛细管。2.4.6 漆包线各性能指标（0.85）三、转子组件工艺n 转子组件组成：由主平衡块、副平衡块、转子构成。n 转子：转子铁芯和导条构成；作用：转子铁芯磁场通过，铝条有感应的电流通过，从而产生电磁转矩。n 注意 为保证转子压铸铝时铝液不溢出同时又保证转子旋转惯量的动平衡，通常将转子各槽设计成面积相等的对称闭口槽。转子同轴度、定转子高度差、转子端环和泵体间要有足够的电气间隙；定、转子磁性中心对齐，气隙圆周达到均匀一致，保证最佳运行性能；3.1 转子制作转子制作u 转子铁芯制作：是高速冲床直接冲制而成；u 转子制作：转子铁芯烧油 转子压铸 转子加工外圆 转子发蓝 转子加工内孔
40、 检测转子波形u 转子压铸前转子铁芯三个：u 1、必须烧油处理；u 2、转子铁芯必须无错片；u 3、转子压缩铝液必须合格。u 转子装机前：u 测试转子需和标准转子基本一致；u 没有断条。3.2 转子斜槽转子斜槽转子导条的斜槽通常斜11.5倍定子齿距，消弱谐波附加力矩和噪音；3.3 压铸铝杂质含量压铸铝杂质含量对压铸铝导电率影响显著，依次顺序为锰、钒、钛、银、铜、锌、硅、铁。铝中含有镍、铁对腐蚀有害。在压缩机压铸过程，尤其要控制熔铝的铁、硅和钒的含量，易引起批量问题。压铸的压力和速度。压铸模的拔模斜度。3.4 转子压铸转子压铸压铸铝杂质含量偏高性能影响：压铸转子杂质务必控制。3.5 压铸转子典型
41、问题压铸转子典型问题原因现象烧油不充分没有烧油不启动、发热高、性能低转子错片制作过程、返修、运输不启动、性能低压铸转子杂质废料、来料、人为性能低、转速低转子斜槽不对设备不起动转子断条压铸不起动、发热高、性能低3.6 转子错片转子错片3.6.1 转子错片电机性能变化四、铁芯热处理工艺四、铁芯热处理工艺 铁芯热处理：作用：冷轧电工钢在冲切弯曲后，采用消除内应力退火，以 消除机械应力和应变，恢复材料原有的磁性。冷扎冲片退火工艺：燃烧炉-退火炉-发蓝炉 燃烧炉：主要目的是烧除冷轧冲片表面的冲压油和润滑油，烧去冲片表面的部分毛刺；退火炉：脱掉冲片内部对磁性能影响较大的碳元素，在“脱 碳”退火处理过程中，
42、其内部的纤维晶粒尺寸及组织 结构也在发生变化，即冲片周边歪曲的晶粒、畸变 的晶格、凌乱的磁畴得以修复或改善。发蓝炉：各种氧化剂和加热硅钢片相互作用，形成一层氧化 膜，由四氧化三铁和氧化铁混合组成，呈蓝黑色。控制在300 380，然后把冷轧冲片放置在炉内燃烧，燃烧时间持 续约40min。主要目的是烧除冷轧冲片表面的冲压油和润滑油，烧去冲片 表面的部分毛刺，对冲片进行预热。另外针对转子铁芯的烧油还有一个重要的作用，使冲片冲切的断面形成 一个致密的氧化层，起绝缘作用。4.1 燃烧炉工艺；燃烧炉工艺；4.2 退火原理和工艺：退火原理和工艺：原理：原理：退火炉在一定的温度下，在炉内通入一种混合气氛（含有
43、N2 90%、H29%、CO 1%等气体），该混合气氛在高温条件下可对冲片进行“脱碳”退火处理，脱掉冲片内部对磁时效影响较大的碳元素，冲片在“脱碳”退火处理过程中，其内部的纤维晶粒尺寸及组织结构也在发生变化，即冲片周边歪曲的晶粒、畸变的晶格、凌乱的磁畴得以修复或改善。注意在退火的过程中，必须严防渗碳和氧化，以免恶化磁性，炉的周围应选择低炭钢材料。恢复磁性能和进一步降低铁损作用。工艺：工艺：但消除应力退火的过程也可能导致层间电阻、耐蚀等性能的劣化，因此其工艺和注意问题如下：1、退火温度：适合的退火温度为700-750 （800 ），保温时间1.5-2h，退火的温度不宜过高，避免高温导致涂层破坏。
44、退火温度不宜选得太高，以能够恢复到原有的磁性水平为限，温度过高会影响硅钢片的绝缘涂层和叠片粘结，磁感稍微有点下降；退火的时间不宜过长，过长会影响磁性能松下的连续热处理炉温度控制在700840，保温1.5小时；实际是769；2、防止碳污染 必须清除冲压或剪切过程中残留的油渍，由于硅钢板被碳污染后将严重损害磁性，为了防止在退火中发生渗碳，必须事先充分地清除加工时附着的油以及润滑脂等有机化合物。3、避免过氧化 氧化同样会严重损害磁性，特别对高磁感更加显著，因此在炉内必须充进无氧保护混合气体，该混合气体在高温条件下可对冲片进行“脱碳”处理，脱掉冲片内部对磁时效影响较大的碳元素，冲片在“脱碳”退火处理过
45、程中，其内部的纤维晶粒尺寸及组织结构也在发生变化，即冲片周边歪曲的晶粒、畸变的晶格、零乱的磁畴得以修复或改善。4、加热与冷却速度 磁力特性几乎不受工业性加工的加热或者冷却速度的影响，但是，应充分注意不能让铁芯发生变形。5、其他 铁芯冲片不能堆垛太高，避免粘片；炉底应平坦，以防止铁芯冲片翘片或变形；炉子自身不能漏气，确认炉子密封。硅钢片退火前后对比：硅钢片退火前后对比：1、各种氧化剂和加热硅钢片相互作用，形成一层氧化膜，由四氧化三铁和氧化铁混合组 成，呈蓝黑色，则为发蓝处理。2、化学反应式：氧化亚铁膜，呈灰色，性能不稳定，易分解成游离的铁，绝缘电阻值低，在硅钢片上易脱落；四氧化三铁膜，微黑色，有
46、较高的绝缘电阻和较好附着性；氧化铁膜，呈红棕色，绝缘电阻最高，与硅钢片附着性最好；3、工艺要求工艺要求：发蓝炉，发蓝炉内温度要求控制在500，炉内通入水蒸汽对冲片进行氧化-发蓝处理，冲片在炉内氧化-发蓝处理时间要持续60 min，然后风扇冷却出炉。在发蓝炉的温度不宜过高，当温度达到570时，在硅钢片氧化膜中含有大量的氧化亚铁，性能不稳定，温度降低后分解成游离的铁和四氧化三铁，发蓝后的冲片表面及冲片的齿、槽冲切处会生成一层很薄的四氧化三铁蓝色薄膜；温度过低，则氧化缓慢；氢气对氧化铁有还原作用，则应排出，加速氧化膜的形成。4.3 发蓝处理发蓝处理压缩机电机设计5.1 压缩机电机设计前须知压缩机电机
47、设计前须知u 设计输入电机设计必须根据压缩机的实际需要而设计，首先明确设计的电机所对应的压缩机容积、压缩机运转工况，压缩机要求的运转电源，并有完整明确的压缩机理论设计书，压缩机理论设计书里必须包括：额定运转电压 运转频率 额定工况下泵体平均输出转矩 过负荷工况下泵体平均输出转矩 有无参考机型，参考机型需典型反馈较好的机型 尽量考虑通用化 制作工艺性 电机成本优势 安装要求 客户有无特殊要求5.2 电机常见参数电机常见参数5.3 计算过程考虑u 设计输出根据要求的电压、频率和压缩机泵体理论平均输出转矩，通过电机电磁计算软件输出如下主要的设计参数：铁芯叠厚、定子绕组线径、定子绕组匝数、运转电容、效
48、率、转速、起动转矩、堵转电流、最大转矩、主副相电流密度等。电机性能应满足表2的主要技术参数。5.4 设计过程参数调整设计过程参数调整5.5 设计过程参数调整设计过程参数调整5.6 设计过载参数调整设计过载参数调整5.7 电机工作点电机工作点高效压缩机负荷降低，功率减小，效率提高高效压缩机负荷降低，功率减小，效率提高5.8 电容值的确定电容值的确定 根据电机理论计算，电容容量增大，则输入功率逐渐减小，直到出现最小值，电机效率慢慢提高，但并不是效率一直增大，到一定高点效率将滑落，通常在输入功率最小值和电机效率最大值附近，确定电容的容量。5.9 电容值的确定电容值的确定起动力矩随着电容的增大而增大；
49、最大力矩随着电容的增大而增大，但增加幅度较小；起动电流随着电容的增大而减小；压缩机电机制作和使用异常情况6.1 压缩机电机异常情况压缩机电机异常情况u 1、定子电性能测试电阻超差和波形异常 线径用错或漆包线尺寸、导体电阻超差 定子参数用错 接线出错 漆包线伸长率 环境温度 设备 设定标准u 2、定子电性能测试匝间耐压不良 漆包线破损，匝间打火 压缩机电机烧毁6.2 压缩机电机异常情况压缩机电机异常情况6.3 压缩机电机异常情况压缩机电机异常情况谢谢！欢迎提问和讨论欢迎提问和讨论1、Genius only means hard-working all ones life.(Mendeleyer,
50、Russian Chemist)天才只意味着终身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:032、Our destiny offers not only the cup of despair,but the chalice of opportunity.(Richard Nixon,American President)命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二二年八月五日2020年8月5日星期三3、Patience is bitter,but its fruit is sweet.(Jean Jacques Rousseau,French thin
