电动机的结构和工作原理PPT课件.ppt

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1、 t O i i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS2022-4-172022-4-173-7三相异步交流电动机基本知识三相异步交流电动机基本知识主要内容及重难点：主要内容及重难点：一、三相异步电动机的基本结构（一、三相异步电动机的基本结构（重点重点） 二、二、 三相异步电动机的工作原理（三相异步电动机的工作原理（难点难点）三、三、 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据（了解）（了解）四、电磁转矩和机械转矩四、电磁转矩和机械转矩 （重点重点）五、特殊用途的电动机五、特殊用途的电动机（了解）（了解）2022-4-172022-4-17第第9 9章章 电电 动动 机机 电机电

2、机 实现机械能与电能的相互转换。实现机械能与电能的相互转换。 发电机发电机 将机械能转换为电能。将机械能转换为电能。 电动机电动机 将电能转换为机械能。将电能转换为机械能。 直流电动机直流电动机 交流电动机交流电动机直流发电机直流发电机 交流发电机交流发电机（三相和单相）（三相和单相） （三相和单相三相和单相） 电动机电动机 电机电机 发电机发电机同步电动机同步电动机 异步电动机异步电动机（笼型和绕线型）（笼型和绕线型） 动力电机动力电机 电机电机 控制电机控制电机 : 以高效率的能量转换为目的。以高效率的能量转换为目的。 : 以高灵敏度、高准确度的信号以高灵敏度、高准确度的信号 转换和传递为

3、主要目的。转换和传递为主要目的。 2022-4-172022-4-17交流电动机感性认识交流电动机感性认识2022-4-172022-4-17 三相异步电动机的外形三相异步电动机的外形9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 2022-4-172022-4-17 部分额定值：部分额定值：UN 690 V，2 kV 11 kV fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 3 000 kW 2p 2 12 笼型异步电动机外形笼型异步电动机外形9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 部分额定值：部分额定值：UN 4

4、00 V 690 V fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 2 300 kW 2p 2 8 2022-4-172022-4-172022-4-172022-4-17一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 1. 定子：定子：指其固定不动部分，主要包括：(1) 定子铁心定子铁心(2) 定子绕组定子绕组(3) 机座和端盖等机座和端盖等2. 转子：转子：指其旋转部分，主要部件包括：(1) 转子铁心转子铁心(2) 转子绕组转子绕组(3) 转轴等转轴等2022-4-172022-4-17 定子铁心、定子绕组、定子铁心、定子绕组、 机座和端盖等。机座和端盖等。 定子铁心的硅钢片定

5、子铁心的硅钢片 3-8-1 定子定子2022-4-172022-4-17 定子铁心定子铁心9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 定子铁芯内圆冲有分布的定子铁芯内圆冲有分布的槽槽。定子铁芯硅钢片定子铁芯硅钢片：异步电动机的铁芯是由异步电动机的铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。厚的硅钢片叠压制成的。作用：嵌放绕组，提供磁路；作用：嵌放绕组，提供磁路；2022-4-172022-4-17 定子绕组定子绕组对称三相绕组。对称三相绕组。9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子

6、定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中铁芯槽中。作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分。定子绕组定子绕组2022-4-172022-4-17机座和端盖：机座和端盖：机座机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。钢制成。2022-4-172022-4-17 定子接线盒定子接线盒U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1W2 U2 V 2星星形形(Y)联联结结3 U1 V1 W1W2 U2 V 2三三角角形形()联联结结3 9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三

7、相异步电动机的基本结构和额定值 2022-4-172022-4-17（1）转子铁心：）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路嵌放绕组，提供磁路。（2）转子绕组：）转子绕组：感应出电势、电流。感应出电势、电流。 （分为两种类型：如下）（分为两种类型：如下）绕线型：绕线型：对称三相绕组。对称三相绕组。 笼笼 型：型：对称多相绕组。对称多相绕组。（3）转轴）转轴（4）风扇等。）风扇等。 转子铁心的硅钢片转子铁心的硅钢片3-8-2转子转子9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 转子铁芯转子铁芯一般用一般用45号钢制成，号钢制成，用来传递电磁转矩。用来传递电磁转矩。转子绕

8、组大部分是浇铸铝转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。成的笼型转子导体。转子转子绕组构成电动机电路的另绕组构成电动机电路的另一部分。一部分。转子绕组转子绕组2022-4-172022-4-17 鼠笼式鼠笼式异步电动机的转子异步电动机的转子 导条导条 端环端环 风扇风扇 图图1 1 铜条笼型铜条笼型转子转子 图图2 2 铸铝笼型转子铸铝笼型转子2022-4-172022-4-17 绕线式绕线式异步电动机的转子异步电动机的转子9.1 9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值三相异步电动机的基本结构和额定值 集电环集电环 2022-4-172022-4-

9、17 由于绕线式异步电动机能采用转子绕组串电阻起动和由于绕线式异步电动机能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。2022-4-172022-4-17播放视频讲解电动机结构播放视频讲解电动机结构2022-4-172022-4-173-7-1异步电动机旋转原理模型图异步电动机旋转原理模型图2022-4-172022-4-17n0nNSf模型说明模型说明ei蹄形蹄形磁铁磁铁闭合线圈人为人为转动转动感应电流受力而旋转感生电流2022-4-172022-4-17异步电动机原理模型图异步电动机原理模型图通电导体的通电导体

10、的受力方向用受力方向用“左手定则左手定则”判断判断导线内感应电流方导线内感应电流方向用向用“右手定则右手定则” 判判断断人为转动人为转动对转子的转对转子的转轴形成一个轴形成一个顺时针方向顺时针方向的转矩的转矩 结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致 模型示意图模型示意图2022-4-172022-4-17第第6 6章章 电电 动动 机机 机械负载机械负载 旋转起来旋转起来对称定子三相绕组对称定子三相绕组 通入对称三相电流通入对称三相电流 旋转磁场旋转磁场 （磁场能量）（磁场能量） 磁感线切割磁感线切割 转子绕组转子绕组 转子绕组中转子绕组中 产生产生 e

11、和和 i 转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用受到电磁力的作用 转子旋转起来转子旋转起来 三相三相 交流交流 电能电能电磁电磁转矩转矩感感应应 相当于相当于变压器变压器的原边的原边 相当于相当于变压器变压器的副边的副边2022-4-172022-4-17转子旋转的原理转子旋转的原理： 在旋转磁场和转子之间要有在旋转磁场和转子之间要有相对运动相对运动，转子，转子导体要切割磁力线，如果导体要切割磁力线，如果n=n1,n=n1,它们之间就没有它们之间就没有相对运动了，不可能产生相对运动了，不可能产生e,i,F,Te,i,F,T。 因此因此n n与与n1n1之间一定存在差异，之间一定存在

12、差异，所以叫异步所以叫异步电动机。电动机。异步电动机的由来异步电动机的由来2022-4-172022-4-17下面就先来讨论异步电动机中的下面就先来讨论异步电动机中的旋转磁场是怎样建立起来旋转磁场是怎样建立起来的。的。 模型中靠磁铁的转动来获得转子转动，它是用模型中靠磁铁的转动来获得转子转动，它是用机械能换取机械能机械能换取机械能，没有实际意义。没有实际意义。注意：注意：磁场的旋转是电机旋转的前提！磁场的旋转是电机旋转的前提！2022-4-172022-4-173-7-2 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场 实际的异步电实际的异步电动机中的旋转磁动机中的旋转磁场是利用三相交场是利

13、用三相交流电通过固定在流电通过固定在定子上的三相对定子上的三相对称绕组来获得的。称绕组来获得的。旋转磁场的作用旋转磁场的作用就是相当就是相当于模型中的蹄形磁铁转动于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。时产生的磁场。2022-4-172022-4-17AXB YZCA B CX Y Z 电流流出电流流出 电流流入电流流入 4 4、定子三相绕组中、定子三相绕组中电流的标注方法电流的标注方法 一一. . 定子绕组的放置方式定子绕组的放置方式1、先以每相绕组中、先以每相绕组中只有一个绕组只有一个绕组的简单电路来说明的简单电路来说明 定子铁芯定子铁芯 定子绕组定子绕组 2、三相对称绕组三相对称绕组每相绕组

14、由每相绕组由一个线圈组成一个线圈组成3、设三相电流的、设三相电流的参考方向参考方向为为从绕组的从绕组的首端指向尾端首端指向尾端2022-4-172022-4-17对称的三相电流通入对称的三相电流通入对称的三相绕组中，对称的三相绕组中，它们的它们的合成磁场、合合成磁场、合成磁通成磁通就是一个旋转就是一个旋转磁场！磁场！这个结论怎么得到的这个结论怎么得到的呢？呢？选定电流的选定电流的几个特殊值几个特殊值加以加以分析，就能得出结论了！分析，就能得出结论了！5、以三相绕组结成、以三相绕组结成Y型为例来讨论型为例来讨论2022-4-172022-4-17U V WAXBYZCi1 = Imsin ti2

15、 = Imsin( t120O) i3 = Imsin( t120O)i1 i2 i3 t = 0O 时时i1 = 0i2 0(尾端流入、首端流出尾端流入、首端流出）i3 0（首端流入、尾端流出首端流入、尾端流出）NSIm tOi1二、旋转磁场的产生二、旋转磁场的产生相邻线圈相邻线圈电流流向一致，电流流向一致，在气隙中生成在气隙中生成合成磁场合成磁场，方向如上所示：方向如上所示：A B CX Y Zi的参考方向的参考方向:首端指向尾端首端指向尾端 电流流入电流流入 电流流出电流流出 2022-4-172022-4-17 t = 0O 时时i1 = 0，i2 0， i30U1U2V1V2W2W1

16、NS t = 120O 时时i10，i2 = 0，i3 0U1U2V1V2W2W1NS9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 显然，电流随时间变化120电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120。2022-4-172022-4-17U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NS t = 240O 时时i1 0，i20，i3 = 0 t = 360O 时时i1= 0，i2 0，i30NS9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 电流随时间变化一周电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋，电动机的气隙磁场在空间的位

17、置也顺时针旋转了转了360360。2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 快速浏览快速浏览-i i的一个周期内不同时间段旋转磁场的位置的一个周期内不同时间段旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t =

18、 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t

19、= 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1

20、i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o

21、 t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异

22、步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时

23、间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o

24、 t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-

25、4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-17 t O i1 i2 i3ImU1U2V1V2W2W1NS 不同时间旋转磁场的位置不同时间旋转磁场的位置 t = 0o t = 30o t = 60o t =

26、90o t = 120o t = 150o t = 180o t = 210o t = 240o t = 270o t = 300o t = 330o t = 360o 9.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 2022-4-172022-4-179.2 9.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 当当P=1P=1时，时，结论结论: :i i 变化一周变化一周旋转磁场转一圈。旋转磁场转一圈。 旋转磁场的作用旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。时产生的磁场。 只要三相异步机的对称三相只要三相异步机的对称三相

27、定子绕组定子绕组中中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随的气隙中产生一个随时间、空间、位置时间、空间、位置不断变不断变化的化的。2022-4-172022-4-17t0it =360t =360时电流和磁场情况时电流和磁场情况n0 结论：结论： 可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子

28、之间的气隙中产三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间生一个随时间空间位置不断变化的空间位置不断变化的。2022-4-172022-4-17河南工业大学电气工程学院n1n1 NSn三、运行原理三、运行原理见下图：见下图：2022-4-172022-4-17电动机转动（电动机转动（运行运行）的原理）的原理（一）、基本工作原理（一）、基本工作原理1、电生磁：三相对称绕组通往、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁三相对称电流产生圆形旋转磁场。场。2、磁生电：旋转磁场切割转、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。子导体感应电动势和电流。（转子导体是闭合，该图为（转子

29、导体是闭合，该图为剖面图。）剖面图。）3、电磁力：转子载流（有功分、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。动电动机旋转。U2U1W2V1W1V21nn2022-4-172022-4-17n0（二）三相异步电动机工作原理概括 在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF 若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中

30、两相电流的相序即可。2022-4-172022-4-17i 变化一周变化一周对对50Hz的工频交流电来说的工频交流电来说 i 每每秒秒钟变化钟变化 50 周周对对50Hz的工频交流电来说的工频交流电来说i 每每分分钟变化钟变化 (5060) 周周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈旋转磁场每旋转磁场每秒秒钟转钟转 50 圈圈旋转磁场每旋转磁场每分分钟转钟转3 000 圈圈 四、旋转磁场的转速四、旋转磁场的转速 n1 同步转速同步转速 n1 = 60 f1 能否得到能否得到不同转速不同转速的旋转磁场呢？用什么方法呢？的旋转磁场呢？用什么方法呢？由以上两极（磁极对数由以上两极（磁极对数p=p=1 1）旋

31、转磁场的分析可知）旋转磁场的分析可知: : 1、旋转磁场的转速、旋转磁场的转速n1的大小的大小 2022-4-172022-4-17经过分析和实验，得到旋转磁场的转速经过分析和实验，得到旋转磁场的转速n1不不仅和电源频率仅和电源频率f有关，还和磁极对数有关，还和磁极对数p有关。有关。以上分析的是两极（以上分析的是两极（磁极对数磁极对数p=p=1 1）的旋转磁场，）的旋转磁场，怎么增加旋转磁场的磁极对数呢？怎么增加旋转磁场的磁极对数呢？如果三相对称绕组中每项绕组是有两个线如果三相对称绕组中每项绕组是有两个线圈组成，就可形成圈组成，就可形成4极旋转磁场。极旋转磁场。P=2自行分析，不做讨论！自行分

32、析，不做讨论！2022-4-172022-4-17四极旋转磁场转速的分析NSSN 相邻线圈电流的流向一致，其合成磁场的分布情况为：t0it =0时t =120时NSSN60 电流变化电流变化120，旋转磁场在空间，旋转磁场在空间的位置仅转过了的位置仅转过了60；当电流变化；当电流变化360时，四极电动机的旋转磁场才时，四极电动机的旋转磁场才能旋转能旋转180。显然，四极。显然，四极旋转磁场旋转磁场的转速是二极电机的的转速是二极电机的1/2。BiCiAi2022-4-172022-4-17 依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：的关

33、系为：min)/r (/ 601分转pfn 电动机通常工作在电动机通常工作在50Hz50Hz的工频的工频情况下，因此：情况下，因此： r/min0001 3r/min0015 2r/min3000 1111；时，；时，；时，npnpnp 即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。显然，改变电机的极对数，可以得到不同的转速。2022-4-172022-4-17 U (i1) V(i2) W(i3) 由超前相转向滞后相。由超前相转向滞后相。 即由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即由通入三相绕组中的电流的相序决定的。旋转磁场的旋转方向决定了电动机的转动

34、方向。旋转磁场的旋转方向决定了电动机的转动方向。 电动机怎样改变转向呢？电动机怎样改变转向呢？ 只需要改变旋转磁场的方向即可。只需要改变旋转磁场的方向即可。 怎样改变旋转磁场怎样改变旋转磁场n1 的方向的方向 ? 只需要调换任意两项绕组与电源的连线只需要调换任意两项绕组与电源的连线，就可改变通入三就可改变通入三相绕组中的电流的相序，例如：相绕组中的电流的相序，例如：原来：原来：A (i1) B(i2) C(i3)后来：后来：C(i1) B(i2) A(i3) 此为电机正反转此为电机正反转的原理的原理2、 旋转磁场旋转磁场n1的的方向（转向）的的方向（转向）2022-4-172022-4-173

35、. 旋转磁场如何改变方向？旋转磁场如何改变方向？（电动机的转向改变问题）（电动机的转向改变问题）电动机转向电动机转向与旋转磁场与旋转磁场的转向相同。的转向相同。顺顺时针方向旋转时针方向旋转怎样改变转子的转向怎样改变转子的转向?3 M3U V W3 M3U V W逆逆时针方向旋转时针方向旋转旋转方向？旋转方向？2022-4-172022-4-17注意：转子旋转方向与磁场旋转方向相同，转子旋转方向与磁场旋转方向相同，但转速总是低于磁场转速！但转速总是低于磁场转速！定义磁场转速为同步转速，用表示定义磁场转速为同步转速，用表示n1；转子转速为转子转速为n,则转差率则转差率转差率是电机一个重要参数，转差

36、率是电机一个重要参数，其值范围其值范围 0S 1 1100nnns2022-4-172022-4-17五、有关转差率的讨论五、有关转差率的讨论 电动机的电动机的转差速度与磁场转速转差速度与磁场转速n0之比之比称为称为转差率转差率，用，用s表表示示： 00nnns 显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 (1) 电动机起动瞬间，电动机转速电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率，转差率s =1； (2) 电动机理想空载时，转速电动机理想空载时，转速nn0，转差率，转差率s 0； (3) 电动机运行过程中，转速电动机运行过程中，转速0nn0

37、，转差率，转差率0sTL，电动机就会加速运行；若TTN动力小于阻力 电机稳定运行状态被破坏转速 n下降转差率s上升转子电路感应电动势增加电流I2增大定子电流I1随之增大电磁转矩T增大至T当T =TL时电动机转速重新稳定在n上，此时nn。特性曲线的N点向右移。 显然，把转矩特性曲线旋转90后即可得到机械特性曲线机械特性曲线。额定转速最大电磁转矩起动电磁转矩 电机稳定运行在 TL=TN。当负载减少时，TLn。沿特性曲线左移。NN2022-4-172022-4-174、三相异步电动机的铭牌数据、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机三相异步电动机型号 Y132M-4 功率 7.5KW 频率 50Hz

38、电压 380V 电流 15.4A 接法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续标准编号 工作制 S1 B级绝缘 年 月 编号 电机厂 Y表示异步机，132(mm)表示机座中心高；M代表中机座(L长机座、S短机座)，-4代表4极电机。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速额定转速指的是电动机转子的转速n 。 三相异步电动机的定子绕组定子绕组有两种接法：Y形和形 。 三相定子绕组由机壳外面的机壳外面的接线盒接线盒引出，如图示：Y形接线形接线2022-4-172022-4-173-10 三相异步电动

39、机的控制v见另一课件见另一课件2022-4-172022-4-17一、一、.单相异步电动机简介单相异步电动机简介 实验室、家庭及办公场所通常是实验室、家庭及办公场所通常是单相供电单相供电，因此，因此实验室实验室的很多仪器、各种电动小型工具、的很多仪器、各种电动小型工具、家用家用洗衣机、电冰箱、电洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式鼠笼式转转子结构，一般容量多在子结构，一般容量多在0.75KW以下以下（小功率）。（小功率）。电容运转单相机电容运转单相机洗衣机电动机洗衣机电动机电风扇电动机电风扇电动机制冷压缩机制冷压缩机单

40、相异步电动机产品图单相异步电动机产品图 三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？3-11. 单相异步电动机单相异步电动机2022-4-172022-4-17二、单相异步电动机的定子磁场二、单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子t0i在定子绕组中通入单相交流电电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值，如图示： 相邻导体中电流方向相同

41、，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负，如图： 相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。2022-4-172022-4-17单相异步电动机脉动磁场的分析 t B O 45 90 135 180 235 270 315 360 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B B B B B B 脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1和B2。 顺时针方向旋转

42、的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。2022-4-172022-4-172022-4-172022-4-172022-4-172022-4-172022-4-172022-4-17如何使单相异如何使单相异步电动机旋转步电动机旋转起来呢？起来呢？为何电容分相法可让单相异步机转动？为何电容分相法可让单相异步机转动？ 电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕组在空间对称嵌放。起动绕

43、阻与电容C串联，使起动绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90的相位差，即： M 1 C i2 i1 t i i1 i2 0 (a) 电电路路图图 (b) 波波形形图图 4590 360 加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。这时两绕组中的电流磁场为： 可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。AXBYAXBYAXBY 0t 90t180t2022-4-172022-4-17 启动时开关启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约闭合，使两绕组电流相位差约为为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；，从而产生旋转磁场，电机转

44、起来； 转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。被切断，而电机仍按原方向继续转动。其工作原理其工作原理KDU1I2ICWSTAXAX2022-4-172022-4-172022-4-172022-4-173、罩极式单相电机、罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。感应电流。 短路环中的电流阻碍磁通的短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使变化，致使有短路环部分和没有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了有短路环部

45、分产生的磁通有了相位差相位差，从而形成旋转磁场，从而形成旋转磁场，使转子转起来。使转子转起来。 图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。2022-4-172022-4-17 拓展：三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行v 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。源断开，则变成单相运行。v此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。v但若负载不变，三相供

46、电变为单相供电，电流将变但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；v三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。2022-4-172022-4-17三相异步电动机为什么不能缺相运行? v当电动机两相运行时，定子磁场有三相旋转磁场变为单项脉动磁场，这个脉动磁场可分解成两个转向向反的旋转磁场，其中正向旋转

47、磁场产生的正向转矩使电动机继续运转，而反向旋转磁场产生的反向转矩将抵消一部分正向转矩，因此电动机的转矩要比原来降低很多。v两相运行时，缺相的那一相无电流，其他两相的电流增大，虽然电机仍能运转，但转速降低，电流加大，使电动机发热，很容易烧坏电机绕组。v所以，电动机不允许长期缺相运行。 2022-4-172022-4-173-12特种电机-控制电机（了解） 概述概述一、一、 步进电动机步进电动机 二、二、 伺服电动机 交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机2022-4-172022-4-17 前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动

48、力动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本节介绍控制电机。转换为机械能。本节介绍控制电机。 概述概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速； 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 控制电机的控制电机的主要功能主要功能是转换和传递信号。是转换和传递信号。控制电机的种类很多，下面主要介绍控制电机的种类很多，下面主要介绍步进机、伺服机。步进机、伺服机。 对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。重

49、量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。2022-4-172022-4-173-12-1 步进电动机步进电动机机理机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。转换成线位移或角位移的电机。 每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。动机械移动一小段距离。特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变方向。改变脉冲顺序，改变方向。2022-4-172022-4-17种类种类：

50、 有励磁式和反应式两种。有励磁式和反应式两种。 两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用应用： 步进机的应用非常广泛。如：步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。绘图仪等设备中都得到应用。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。工作原理。2022-4-172022-4-173-12-2 伺服电动机伺服电动机 交流伺服电动机和直流伺服电动机。交流伺服电动机和直流