电机实习报告.doc

电机与电机实习报告 报告大纲一：引言：主要介绍上海电机厂的概况与实习概况。二：电机的结构，原理与发展：电机主要包括变压器，直流电机，交流电机。交流电机又包括同步电机与异步电机。介绍这些类电机的原理，结构和电机的发展。三：数字控制：主要介绍数字控制系统及相关方面的控制理论，还包括与应用于电机的控制技术。四：机械加工：主要为机械加工工艺流程，还有电机的一些制造工艺和材料的运用等。五：总结：总结这次实习的心得。一 引言：2010年7月13日我们电气专业在上海闵行区的上海电气集团上海电机厂参加了为期十天（包括两天的休息）的参观实习。实习的主要内容为参观上海电机厂，上海汽轮机厂以及上海水泵厂的车间，由厂里的工作人员为我们的参观做解说，期间我们还可以为参观过程中遇到的问题做出提问。实习的另一部分就是听电机厂的技术人员做关于电机的工作原理，结构等等的问题做的报告。上海电机厂有限公司是上海电气(集团)总公司属下的一家具有现代生产规模的综合性电机制造企业，国家大型一档企业，企业连续三年通过上海市高新技术企业复审，连续六届被评为上海市文明单位。从五十年代起，就成为全国制造汽轮发电机和大中型交直流电机的重点骨干企业。上海电机厂有限公司主要产品：大中型汽轮发电机、同步调相机、水轮发电机、水轮机、交流发电机、交流电动机、直流电机，以及电气成套装置、加速器配套件、家用电器、电力电容器、电子元件等。产品用于电站、冶金、矿山、机械、化工、船舶、科研、交通、排灌、轻纺等厂矿企业，为国民经济各行各业服务。其中，由上海电机厂有限公司制造并已投入电网运行的汽轮发电机，约占全国火电国产机组总装机容量的三分之一。上海电机厂有限公司产品还远销世界38个国家和地区。 近年来，上海电机厂有限公司通过资产经营并强化生产经营，企业规模不断扩大，销售产值、产品实物量、经济效益同步增长。上海电机厂有限公司通过资产经营，先后投资组建了中外合资企业6家、联营企业5家和若干个工业性公司、三产企业。现有职工总数8300人。上海电机厂有限公司不断加强企业管理工作，全公司推行全面质量管理、目标管理、价值工程、电子计算机辅助企业管理等现代化管理办法，并建立了质量、物耗、效益和安全等保证体系。产品质量保证体系贯彻了gb/t19001-iso9001国际质量管理标准，1993年同时获得中国华信技术检验有限公司、挪威船级社(dnv)和上海质量体系审核中心三家中外权威机构颁发的gb/19001iso9001质量认证合格证书，实现了与国际接轨。二 电机的结构，原理和发展：1， 变压器的结构和原理：变压器主要分为铁芯和绕组两部分。铁心是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，厚度为 0.35 或 0.5 mm，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成铁心分为铁心柱和铁轭俩部分，铁心柱套有绕组；铁轭闭合磁路之用铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。绕组是变压器的电路部分，它是用纸包的绝缘扁线或圆线绕成。 原理：变压器电动势：匝数为n的线圈环链，当变化时，线圈两端感生电动势e的大小与n及成正比，方向由楞次定律决定。楞次定律：在变化磁场中线圈感应电动势的方向总是使它推动的电流产生另一个磁场，阻止原有磁场的变化。（等效电路#） 假设：1、一二次侧完全耦合无漏磁，忽略一二次侧线圈电阻； 2、忽略铁心损耗； 3、忽略铁心磁阻； 4、为正弦电压。假定正向：电动势是箭头指向为高，电压是箭头指向为低。主磁通方向由一次侧励磁电流和绕组缠绕方向通过右手螺旋法则确定。一次侧感应电动势的符号：由它推动的电流应当与励磁电流方向相反，所以它的实际方向应当高电位在上，图中的假定正向与实际方向相反，故有。二次侧感应电动势的符号：由它推动的电流应当阻止主磁通的变化，即按右手螺旋法则应当产生与主磁通方向相反的磁通，按图中副方绕组的缠绕方向，它的实际方向也应当高电位在上，图中的假定正向与实际方向也相反，所以有，一二次侧感应电动势同相位。而按照电路理论，有变压器的电压变比因为假定铁心损耗为零，故有变压器一二次侧视在功率相等：,故 变压器的功能是在实现对电压有效值变换的同时，还实现了对电流有效值和阻抗大小的变换。2，直流电机的结构和原理：主要分为定子和转子两大部分。定转子之间存在的间隙称为气隙。1定子 定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。它主要包括： （1）主磁极 主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。当励磁绕组中通人直流电流后，铁心中即产生励磁磁通，并在气隙中建立励磁磁场。励磁绕组通常用圆形或矩形的绝缘导线制成一个集中的线圈，套在磁极铁心外面。（2）换向极 换向极也由铁心和绕组构成。换向极装在主磁极之间，换向极的数目一般等于主磁极数，在功率很小的电机中，换向极的数目有时只有主磁极极数的一半，或不装换向极。（3）电刷装置 电刷装置由电刷，刷握、压紧弹簧和刷杆座等组成。电刷装在刷握的盒内，用压紧弹簧把它压紧在换向器的表面上。刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上。刷杆座装在端盖或轴承盖上。 （4）机座和端盖 机座一般用铸钢或厚钢板焊接而成。它用来固定主磁极、换向极及端盖，借助底脚将电机固定于基础上、机座还是磁路的一部分，用以通过磁通的部分称为磁轭，端盖主要起支撑作用，端盖固定于机座上，其上放置轴承，支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。 2转子 转子是电机的转动部分，转子的主要作用是感应电动势，产生电磁转矩，使机械能变为电能（发电机）或电能变为机械能（电动机）的枢纽。它主要包括： （1）电枢 电枢又包括铁心和绕组两部分。 电枢铁心 电枢铁心一般用0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠成，这样铁心在主磁场中转动时可以减少磁滞和涡流损耗。铁心表面有均匀分布的齿和槽，槽中嵌放电枢绕组。电枢绕组 电枢绕组是用绝缘铜线绕制成的线圈按一定规律嵌放到电枢铁心槽中，并与换向器作相应的连接。线圈与铁心之间以及线圈的上下层之间均要妥善绝缘，用槽楔压紧，再用玻璃丝带或钢丝扎紧。 （2）换向器 换向器的作用是与电刷配合，将直流电动机输入的直流电流转换成电 枢绕组内的交变电流，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。 （3）转轴 在转轴上安装电枢和换向器。 3气隙 静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙。在小容量电机中，气隙为0.53mm。气隙数值虽小，但磁阻很大，为电机磁路的主要组成部分。气隙大小对电机运行性能有很大影响。 原理：一台直流（有图（等效电路#）电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极n、s之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极n.s.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。 电枢绕组的感应电动势是指电机正，负电刷之间的电动势，电刷间的电动势即等于一条支路中各串联的电动势的代数和。由于电枢是旋转的，由电刷量得的电动势，并非某几个固定导体的感应电动势代数之和，而是位于电刷间一定位置的各个导体的感应电动势之和。设某一个导体的感应电动势为：ej=bjlv式中 bj-某导体所在处的气隙磁密； l-电枢导体有效长度； v-导体切割气隙磁场的速度；设电枢绕组总导体数为n，又2a条并联支路，则每一条支路中的串联导体数为n/2a，电刷之间的感应电动势为ea=（#）。3，异步电机的结构和原理：主要包括定子和转子，转子又包括绕线形和笼形。定子是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳 三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。 （2）定子铁心 异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。 （3）定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。转子（1）转子铁心 是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套在转轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。（2）转子绕组 异步电动机的转子绕组分为绕线形与笼形两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼形异步电动机。 绕线形绕组 与定子绕组一样也是一个三相绕组，一般接成星形，三相引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相连。 笼形绕组 在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子。也可用铸铝的方法，把转子导条和端环风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子。 其他部分包括端盖、风扇等。端盖除了起防护作用外，在端盖上还装有轴承，用以支撑转子轴。风扇则用来通风冷却电动机。三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为0.2mm1.5mm。原理：(1)当三相异步电机接入三相交流电源(各相差120度电角度)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）并产生旋转磁场，该磁场以同步转速n0沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转。(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(转子绕组是闭合通路)产生感应电动势并产生感应电流（感应电动势的方向用右手定则判定）。（等效电路#） (3)根据电磁力定律，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。载流的转子导体在定子产生的磁场磁场中受到电磁力作用(力的方向用左手定则判定)，电磁力对电机转子轴形成电磁转矩，驱动电机转子沿着旋转磁场方向旋转，当电动机轴上带机械负载时，便向外输出机械能。由于没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先，电机转动方向与旋转磁场方向相同。正常情况下，异步电机转子转速n总是略低或高于旋转磁场转速（即同步转速）n1，它们之间的差（n1-n），称为转差速度。我们定义转差速度和同步转速的比值为转差率s，即s=（n1-n）/n1.当0s1时为电动机运行，当s1时为电磁制动。 工作原理示意图：简化工作原理图：4，同步电机的结构和原理：主要分定子和转子，定子主要分为凸极式转子和隐极式转子。 同步电机的定子大体上和异步电机相同，它是由铁芯，绕组，机座以及固定这些部分的其他结构件组成。凸极式转子上有明显凸出的成对磁极和励磁线圈，当励磁线圈中通过直流励磁电流后，每个磁极就出现一定的极性，相邻磁极交替为 n 极和 s 极。对水轮发电机来说，由于水轮机的转速较低，要发出工频电能，发电机的极数就比较多，做成凸极式结构工艺上较为简单。另外，中小型同步电机多半也做成凸极式。隐极式转子上没有凸出的磁极，沿着转子本体圆周表面上，开有许多槽，这些槽中嵌放着励磁绕组。在转子表面约1/3部分没有开槽，构成所谓大齿，是磁极的中心区。励磁绕组通入励磁电流后，沿转子圆周也会出现 n 极和 s 极。在大容量高转速汽轮发电机中，转子圆周线速度极高，最大可达170米/秒。为了减小转子本体及转子上的各部件所承受的巨大离心力，大型汽轮发电机都做成细长的隐极式圆柱体转子。考虑到转子冷却和强度方面的要求，隐极式转子的结构和加工工艺较为复杂。工作原理：主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。（等效电路#） 载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。 切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。 交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。 感应电势 有效值：由第11章可知，每相感应电势的有效值为 ea=根号2fk(n1)nfaia（书上p220）其中f为频率，faia为每极电枢磁通。 感应电势 频率： 感应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极对数p ，即f=pn/60 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相间，使得感应电势的极性交变；由于电枢绕组的对称性，保证了感应电势的三相对称性。4，电机的发展：大冲击：原材料价格上涨20022003年，电机企业的利润率高达30%，但近几年企业的利润率却不断下滑，维持在18%左右。原材料涨价对电机行业造成很大冲击，电机的主要材料是铜、硅钢片、钢板等，而这几类恰恰是近年来价格涨幅最大的。目前，国内部份电机企业的目标仍将利润率保持在20%以上，在现有人员和装备水平的基础上，实现接单量快速增长，并开发适应市场需求的产品。新机遇：产品向多元化发展随着科技的不断发展，很多领域都为电机制造业提供了新的发展机遇，如航空、航海对电机的需求不断增大。近年来迅猛发展的风力发电，也给电机企业带来了新的经济增长点。目前，国内外一些著名的电机厂商都在大力开发相关产品。垃圾焚烧发电也将给电机制造业带来不小的机遇。目前，国内的垃圾发电项目正处于起步阶段，该领域具有广阔的发展前景。好前景：拓展海外电机市场目前，国产电机主要应用于中国市场，而印度、巴西等新兴国家在工业化进程中又亟需大量电机产品，市场潜力不可小觑。我国电机企业应进一步努力向高端发展，建立自主品牌，拓展海外市场，保障产品质量和售后服务，向航空、航海、军工、核电以及特种电机等新领域发展。三 数字控制：自70年代异步电动机矢量变换控制方法提出，至今已获得了迅猛的发展。这种理论的主要思想是将异步电动机模拟成直流机，通过坐标变换的方法，分别控制励磁电流分量与转矩电流分量，从而获得与直流电动机一样良好的动态调速特性。1985年，德国的depenbrock教授提出一种新的控制方法，即异步电动机直接转矩控制系统。然后，基于现代控制理论的滑模变结构控制技术、采用微分几何理论的非线性解耦控制、模型参考自适应控制等等方法的引入，使系统性能得到了改善。有了好的控制方法，还需要有能将其实现的控制器。现在市面上较通用的变频器大多都是采用单片机来控制。但单片机的处理能力有限，特别是采用矢量变换控制的系统，因此人们自然而然地又想到了数字信号处理器（dsp）。dsp器件具有较高的集成度。dsp具有更快的cpu，更大容量的存储器，内置有波特率发生器和fifo缓冲器。提供高速、同步串口和标准异步串口。有的片内集成了ad和采样保持电路，可提供pwm输出。更为不同的是，dsp器件为精简指令系统计算机（risc）器件，大多数指令都能在一个指令周期内完成，并且通过并行处理技术，使一个指令周期内可完成多条指令。为了在电机控制市场抢占份额，各大dsp生产厂商纷纷推出自己的内嵌式dsp电机专用控制电路。如占dsp市场份额45的美国德州仪器公司，凭借自己的实力，推出电机控制器专用dsp-tms320c24x（tms320f24x片内rom为可擦写）。新的tms320c24xdsp采用ti的t320c2xlp16位定点dsp核心，并集成了一个电机控制事件管理器，后者的特点是可以最佳方式实现对电机转向的电子控制。该器件利用ti的可重用dsp核心技术，显示出ti的特殊能力通过在单一芯片上集成一个dsp核及其数字和混合信号外设件，制造出面向各种应用的dsp方案。tms320c24x作为第一个数字电机控制器的专用dsp系列，可支持电机的转向、指令的产生、控制算法的处理、数据交流和系统监控等功能。有时，系统要求的人机交互、打印等控制较多，一个dsp不能胜任，这时可采用一个单片机来处理事务，一个dsp来处理运算的异型多处理器系统。四 机械加工：1，机械加工工艺流程：机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。2，电机的工艺过程：交流电机：（1）定子线圈：绕线成形 烘压 包扎 （2）转子线圈：1异步：落料 退火 成形 包扎 2同步：1）凸极：扁绕 退火 整形 2）隐极：垫匝间 烘压 包扎 直流电机：（1）主机：绕线 烘焙 包扎 （2）换向极：扁线 退火 整形 垫匝间 （3）电枢：落料 弯鼻 成形 烘压 包扎 （4）补偿线圈：条式，同心式3，材料：1）金属材料：主要为合金钢和铜合金两大类 类 型用 途 性 能 工 艺 合金结构钢适用于较重要的调质零件，表面淬火后适用于齿轮，各种轴，套筒，连杆，连接螺栓。淬硬和不易变形开裂，高韧性，综合机械性能，耐磨性。渗碳处理，调质处理，表面淬火等。弹簧钢制造弹簧或类似性能的零件.具有高的抗拉强度,弹性极限,高的疲劳强度.要有一定的淬透性,不易脱落,表面质量好轴承钢制造轴承的内外圈,滚珠或滚柱,有时还用来制造耐磨零件.具有很高而又非常均匀的硬度和耐磨性,以及很高的弹性极限和接触疲劳强度,一定的韧性和塑性,耐腐蚀性.控制合金的含量合金工具钢制造切削工具,冲模和量具.淬透性好,硬度耐磨性和红硬性高,并改善了塑性韧性,减少了脆裂倾向.热处理高速工具钢制造难加工材料和要求切削效率很高的刀具以及尺寸较大或尺寸小但要求耐磨性高的刀具,也用于热冲模.在高温条件下保证良好的切削性,并可以进行高速切削工作.钢中的含碳量在0.71.65不锈耐酸钢用于满足电机在空气化学介质中的要求.具有抗腐蚀性. 类 型定 义性 能用 途黄 铜以锌作为主要合金元素的铜合金.比纯铜高的力学性能切削性能铸造性能，还具有高的抗腐蚀性能，且价格低廉。广泛用于电机工业中制造接线柱导电片刷握杯形转子弹簧及弹性元件。青 铜以锡为主要合金元素的铜合金.高力学性能，良好的铸造性和耐腐蚀性，切削性能，焊接性能，抗腐蚀性，良好的导电导热性。广泛用于电机工业中制造重要的弹簧及弹性元件，耐腐蚀零件，耐磨零件。白 铜以镍为主要合金元素的铜合金.高的力学性能和良好的耐腐蚀性耐热性和耐寒性。广泛用于光学仪器化工机械和船舶上高温及强腐蚀介质中工作的零件。 2）漆包线：漆包线的绝缘层是漆膜,部分采用天然材料(如绝缘紙,天然丝等)外,主要采用有机合成高分子化合物(如缩醛聚脂 聚胺脂聚脂亞胺树脂等)和无机材料(如玻理丝等).为了提高绝缘层的性能,有的绕组线采用复合