电机与拖动2.1-三相交流电动机的基本工作原理和定子结构ppt课件.pptx

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1、Page 1本课程的章节和内容本课程的章节和内容n绪绪 论论n第第1 1章章 变压器变压器n第第2 2章章 三相交流电动机三相交流电动机n第第3 3章章 三相交流电动机的电力拖动三相交流电动机的电力拖动n第第4 4章章 直流电机直流电机n第第5 5章章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动n第第7 7章章 电动机容量的选择电动机容量的选择本章内容本章内容 交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构*旋转磁动势旋转磁动势*交流绕组的感应电动势交流绕组的感应电动势*三相异步电动机三相异步电动机*三相同步电动机三相同步电动机*实例（应用）实例（应用）Page 2三 相

2、交 流 电 动 机本章教学基本要求本章教学基本要求1.理理解同步电动机和异步电动机的解同步电动机和异步电动机的基本工作原理基本工作原理、基本结构基本结构和和额定值额定值。2.了解交流电机的定子绕组连接；理解旋转磁场的概念，了解交流电机的定子绕组连接；理解旋转磁场的概念，掌掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件以及转差率握圆形旋转磁动势的特性和产生条件以及转差率s的意义的意义；了解分布和短距绕组对消除高次谐波电动势的作用。了解分布和短距绕组对消除高次谐波电动势的作用。4.掌握综合表达掌握综合表达三相异步电动机三相异步电动机电磁关系的电磁关系的基本方程、等效电基本方程、等效电路和相量图路和相量图，掌握

3、异步电动机的，掌握异步电动机的工作特性工作特性。5.掌握掌握三相同步电动机的基本方程、等效电路和相量图三相同步电动机的基本方程、等效电路和相量图，同步，同步电动机电动机功角特性和矩角特性功角特性和矩角特性，同步电动机的，同步电动机的励磁调节励磁调节和和V形形曲线曲线。Page 33.理解异步电动机的运行原理，理解异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算转子绕组折算和频率折算。本章教学基本要求本章教学基本要求1掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件。掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件。2熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本方熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本方程、等效电

4、路和相量图，转子绕组折算和频率折算。程、等效电路和相量图，转子绕组折算和频率折算。3掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系，工作特性。掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系，工作特性。重点：重点：转子转动时的基本电磁关系。转子转动时的基本电磁关系。难点：难点：Page 44.掌握同步电动机功角、矩角特性，励磁调节和掌握同步电动机功角、矩角特性，励磁调节和V形曲线。形曲线。Page 5提问提问交流电动机是将交流电动机是将交流电能交流电能转换为转换为机械能机械能的一种的一种旋转装置旋转装置。其作用是其作用是作为原动机拖动生产机械作为原动机拖动生产机械。Page 62.12.1交流电动机的基本工作原理和定子

5、结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 本本 节节 内内 容容l同步电动机的基本工作原理同步电动机的基本工作原理 -同步指什么？同步指什么？l异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理 -异步指什么？异步指什么？l交流电动机的定子结构交流电动机的定子结构 -交流电动机一些术语交流电动机一些术语l交流电动机定子绕组连接规律交流电动机定子绕组连接规律 -定子绕组在铁心槽中的嵌放规律定子绕组在铁心槽中的嵌放规律 同步电机运行时，其同步电机运行时，其转速转速n1与定子绕组中与定子绕组中电网频率电网频率f1之间之间有着严格的关系，即有着严格的关系，即 （2-1）式中，式中，p为电机的极对数，为电机

6、的极对数，n1为同步电机转子的转速，也是气为同步电机转子的转速，也是气隙旋转磁场的转速。隙旋转磁场的转速。Page 72.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.1三相同步电动机的基本工作原理三相同步电动机的基本工作原理 同步电机主要用作发电机，现代电力系统的电能基本上同步电机主要用作发电机，现代电力系统的电能基本上是同步发电机生产的，但同步电机同样可作为电动机运行拖是同步发电机生产的，但同步电机同样可作为电动机运行拖动生产机械，尤其适用于大功率生产机械的场合，以下主要动生产机械，尤其适用于大功率生产机械的场合，以下主要介绍三相同步电动机。介绍三相

7、同步电动机。同步电动机由定子和转子组成，同步电动机由定子和转子组成，其工作原理示意图如图其工作原理示意图如图2-1所示，定、所示，定、转子之间有气隙，定子内嵌互差转子之间有气隙，定子内嵌互差120的三相对称绕组的三相对称绕组AX、BY、CZ，将，将定定子三相对称绕组接入三相对称交流电，子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场会产生圆形旋转磁场，转子上装有励转子上装有励磁绕组磁绕组，通入直流电后，能，通入直流电后，能建立恒定建立恒定磁场。磁场。Page 82.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.1三相同步电动机的基本工作原理三相同步电

8、动机的基本工作原理 工作时定子输入三相交流电，产生工作时定子输入三相交流电，产生旋转磁场旋转磁场，设为逆时针方，设为逆时针方向旋转，如图向旋转，如图2-1所示，转子输入直流励磁电流，产生所示，转子输入直流励磁电流，产生固定磁极固定磁极，则旋转磁场的磁极将转子的异性磁极则旋转磁场的磁极将转子的异性磁极吸引吸引，使转子与定子产生的，使转子与定子产生的旋转磁场同速旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。旋转磁场同速旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。图图2-1 三相同步电动机工作原理示意图三相同步电动机工作原理示意图 http:/ 异步电动机由定子和转子组成，异步电动机由定子和转子组成，如图如图2-

9、2所示，定、转子之间有气隙，所示，定、转子之间有气隙，定子上内嵌互差定子上内嵌互差120的三相对称绕组的三相对称绕组AX、BY、CZ，将，将定子定子三相对称绕组三相对称绕组接入三相对称交流电，会接入三相对称交流电，会产生圆形旋产生圆形旋转磁场转磁场，设磁场以同步转速，设磁场以同步转速n1逆时针逆时针方向旋转切割转子导体方向旋转切割转子导体。Page 92.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.2三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 转子与旋转磁场之间存在相对运动转子与旋转磁场之间存在相对运动，若将旋转磁场看作静止，若将旋转磁场

10、看作静止磁场，则转子上半部分导体是顺时针切割静止磁场的，根据电磁磁场，则转子上半部分导体是顺时针切割静止磁场的，根据电磁感应定律，转子导体内产生感应电动势，用右手定则判定其方向感应定律，转子导体内产生感应电动势，用右手定则判定其方向如图如图2-2所示，转子上半部分导体中的感应电动势方向是指向纸所示，转子上半部分导体中的感应电动势方向是指向纸面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。图图2-2 三相异步电动机工作原理示意图三相异步电动机工作原理示意图 转子导体是闭合回路转子导体是闭合回路，在感应电，在感应电动势的作用下，转子导体内产生电流动势

11、的作用下，转子导体内产生电流I2方向与感应电动势方向一致。根据电方向与感应电动势方向一致。根据电磁力定律，转子的载流导体在旋转磁磁力定律，转子的载流导体在旋转磁场中要受电磁力作用，其方向由左手场中要受电磁力作用，其方向由左手定则确定，如图所示转子上半部分导定则确定，如图所示转子上半部分导体受力体受力fem向左，下半部分导体受力向左，下半部分导体受力fem向右，转子在这对力偶的作用下产生向右，转子在这对力偶的作用下产生逆时针方向的电磁转矩逆时针方向的电磁转矩T，从而使转子，从而使转子以转速以转速n逆时针旋转。逆时针旋转。Page 102.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本

12、工作原理和定子结构 2.1.2三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 图图2-2 三相异步电动机工作原理示意图三相异步电动机工作原理示意图 在正常情况下，异步电动机转子在正常情况下，异步电动机转子转速转速n达不到旋转磁场的同步转速达不到旋转磁场的同步转速n1，电动机的转速电动机的转速n总是略小于同步转速总是略小于同步转速n1，即，即与旋转磁场异步转动与旋转磁场异步转动，所以称为，所以称为异步电动机异步电动机，由于异步电动机转子中，由于异步电动机转子中的电流是感应产生的，故又可称为的电流是感应产生的，故又可称为感感应电动机应电动机。Page 112.12.1交流电动机的基本工作

13、原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.2三相异步电动机的基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理 图图2-2 三相异步电动机工作原理示意图三相异步电动机工作原理示意图 https:/ 12https:/ 槽，槽，安放定子绕组安放定子绕组。机座：机座：用作固定与支撑定子铁心。用作固定与支撑定子铁心。定子绕组：定子绕组：电机电机电路部分电路部分，它由三个在空间相差，它由三个在空间相差120电角电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。在定子槽中。绕组分类：绕组分类：单层绕组和双层绕组。单层绕组和双层绕组。绕组应用：绕组应

14、用：单层绕组一般用在单层绕组一般用在10kV以下的电机，双层短距以下的电机，双层短距 绕组用在较大容量的电机中。绕组用在较大容量的电机中。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 Page 13交流机的交流机的定子由定子铁心、定子绕组和机座定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。三部分组成。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 Page 14铁心和机座铁心和机座2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动

15、机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 Page 15定子冲片定子冲片定子线圈定子线圈2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 Page 162.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 线圈线圈 线圈嵌放在定子铁心内圆周所开的槽中，线圈嵌放在定子铁心内圆周所开的槽中，线圈可用单根导线绕成多匝。大、中容量的线圈可用单根导线绕成多匝。大、中容量的电机的线圈中，电流较大，也可用多根导线电机的线

16、圈中，电流较大，也可用多根导线并行绕制。并行绕制。线圈：线圈：由外敷绝缘的铜线或铝线由外敷绝缘的铜线或铝线(例如漆包电例如漆包电磁线磁线)绕制而成。绕制而成。N N个线圈组成绕组。个线圈组成绕组。线圈线圈Page 172.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 线圈节距及有效边线圈节距及有效边 节距：节距：线圈两个线圈两个有效边之间的距离有效边之间的距离。节距表示法：节距表示法：槽数：有效边在铁心表面跨过的槽数。例槽数：有效边在铁心表面跨过的槽数。例如线圈的一个有效边在第如线圈的一个有效边在第1 1号槽中，另

17、一边在第号槽中，另一边在第9 9号槽中，两有效边所跨槽数为号槽中，两有效边所跨槽数为8 8，则，则y y=8=8。弧度：有效边在铁心内圆周跨过的长度。弧度：有效边在铁心内圆周跨过的长度。有效边：有效边：线圈放于槽内的线圈放于槽内的直线部分。直线部分。端接：线圈两端起连接作用的部分。端接：线圈两端起连接作用的部分。绕组节距绕组节距有效边有效边Page 18Page 192.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 极距、整距线圈及短距线圈极距、整距线圈及短距线圈 为了缩短端接部分以节省有色金属，并为了缩短端接部分

18、以节省有色金属，并且改善感应电动势波形及磁势空间分布，电且改善感应电动势波形及磁势空间分布，电机中常用机中常用短距线圈，即短距线圈，即yt t。极距：极距：电机每一个磁极所占定子内圆周电机每一个磁极所占定子内圆周 的距的距离。用槽数表示。离。用槽数表示。例：定子槽数例：定子槽数z=36，极对数，极对数p=2，则极距则极距t t=z/2p=9。整距线圈：整距线圈：线圈节距线圈节距等于极距，等于极距，y=t t。yt tPage 202.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 电角度（衡量磁场的角度）电角度（衡量

19、磁场的角度）电角度电角度=p 机械角机械角 如果电机在定子上只有一对磁极，那么在如果电机在定子上只有一对磁极，那么在360空间角度上空间角度上磁极电角度也是磁极电角度也是360。若电机定子上有两对磁极，即。若电机定子上有两对磁极，即p=2，则在，则在360空间角度上磁极电角度却有空间角度上磁极电角度却有2 360=720 电角度。电角度。机械角度：机械角度：是指是指空间角度，用空间角度，用360或或2p p弧度表示。弧度表示。电角度：电角度：一对一对磁极变化一周磁极变化一周的角度，相应的用的角度，相应的用360或或2p p电弧电弧度表示。度表示。Page 21电角度和机械角度的关系电角度和机械

20、角度的关系2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 *每极每相槽数每极每相槽数q 三相交流电机的定子绕组是三相对称绕组，每相匝数相等，三相交流电机的定子绕组是三相对称绕组，每相匝数相等，在空间互差在空间互差120电角度。每一相绕组在每一极距下均匀分配。电角度。每一相绕组在每一极距下均匀分配。Page 22每极每相槽数每极每相槽数q q：每一极距下每一相占有的槽数。：每一极距下每一相占有的槽数。式中，式中，z为定子总槽数，为定子总槽数，m m为电机相数。为电机相数。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结

21、构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 *槽距角槽距角a ac 上述第一式的物理意义是定子内圆周有上述第一式的物理意义是定子内圆周有z个槽，个槽，共有共有电电角度为角度为p360，则每槽占，则每槽占p360/z 电角度；第二式的物电角度；第二式的物理意义是每极所含有电角度为理意义是每极所含有电角度为180，为，为mq个槽所占有，所个槽所占有，所以每槽占以每槽占180/mq电角度，显然，两者是一致的。电角度，显然，两者是一致的。Page 23槽距角槽距角:相邻两槽之间所占有的相邻两槽之间所占有的电角度。电角度。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定

22、子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 相带相带 三相对称绕组在槽中的安排顺序为三相对称绕组在槽中的安排顺序为A-Z-B-X-C-Y-A，彼，彼此互差此互差60电角度，这就是电角度，这就是60相带绕组相带绕组。相带：每相绕组相带：每相绕组在在一个极距一个极距中所占有的区域，以中所占有的区域，以电角度电角度来来表示。表示。一个极距为一个极距为180电角度，每极距内有三个相带。一般的三电角度，每极距内有三个相带。一般的三相异步电动机中都采用这种相异步电动机中都采用这种60相带的三相绕组。相带的三相绕组。Page 24 60相带绕组相带绕组：每极距内

23、属于每相的电角度为：每极距内属于每相的电角度为60。25槽电势星形图槽电势星形图槽电势星形图：所有槽内的导体电势相量图。槽电势星形图：所有槽内的导体电势相量图。交流绕组的槽电势星形(z1=24,2p=4,a=30 )相邻两槽空间互差相邻两槽空间互差 电电角度，实角度，实际表示槽中导体电势际表示槽中导体电势时间上时间上互互差差 电电角度。角度。这里槽距这里槽距空间角空间角互差互差360/24=15，而槽距，而槽距电角度电角度互差互差p360/24=30。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.3交流电动机定子结构交流电动机定子结构 26l对三相交

24、流电机绕组的要求三相绕组必须对称：即三相绕组匝数相等，三相绕组轴线空间三相绕组必须对称：即三相绕组匝数相等，三相绕组轴线空间互差互差120120；三相绕组的合成磁势和每相绕组所感应电势的波形应尽量接近三相绕组的合成磁势和每相绕组所感应电势的波形应尽量接近正弦，一定导体数下，获得较大的感应电势；正弦，一定导体数下，获得较大的感应电势；工艺上，端部应尽可能短，绝缘可靠、机械强度高、散热条件工艺上，端部应尽可能短，绝缘可靠、机械强度高、散热条件好且制造方便。好且制造方便。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）

25、三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）27 按相数分类：按相数分类：按槽内导体放置的层数分类：按槽内导体放置的层数分类：1.交流交流绕组的分类：绕组的分类：2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）28单层单层绕组绕组29叠绕绕组叠绕绕组波绕绕组波绕绕组双层双层绕组绕组302.2.三相三相单层单层分布绕组分布绕组定子绕组连接规律定子绕组连接规律单层绕组单层绕组:是是指一个槽内仅放置一个线圈边。指一个槽内仅放置一个线圈边。按照线圈形状和端部连接方式的按照线圈形状和端部连接

26、方式的不同不同。无论是何种形式单层无论是何种形式单层绕组，每相绕组感应绕组，每相绕组感应电势相等电势相等。2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）31 例例1：一台：一台 ，槽的槽的电机，画出其三相单层绕组电机，画出其三相单层绕组连接图，并确定绕组并联支路数。连接图，并确定绕组并联支路数。具体步骤如下具体步骤如下:(1)(1)计算槽距角计算槽距角(电角度电角度)（2 2）画出槽电势星形图）画出槽电势星形图（3 3）按）按6060划分相带划分相带（4 4）画）画绕组连接

27、图绕组连接图（5 5）确定绕组并联）确定绕组并联的支路的支路数数2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）2.2.三相三相单层单层分布绕组分布绕组定子绕组连接规律定子绕组连接规律32（2 2）画出槽电势星形图）画出槽电势星形图（3 3）按）按6060相带法分相相带法分相(1)(1)计算槽距角计算槽距角(电角度电角度)33（4 4）画绕组连接图）画绕组连接图结论：结论：单层绕组是整距分布绕组单层绕组是整距分布绕组，每相的线圈，每相的线圈组数等于极对组数等于极对数。数。(每

28、相每相p p组，如组，如A A1 1X X1 1、A A2 2X X2 2)极距极距=节距节距NSNS34（5 5）确定绕组）确定绕组并联支路并联支路数数单层绕组最多有单层绕组最多有p条并联支数条并联支数35 双层绕组：指定双层绕组：指定子上每个槽内放置两个线圈边，每个线圈边子上每个槽内放置两个线圈边，每个线圈边表示一层。表示一层。按照线圈形状和端部连接方式的按照线圈形状和端部连接方式的不同分为：不同分为：2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）3.3.三相双层分布绕

29、组三相双层分布绕组定子绕组连接规律定子绕组连接规律36例例2：画出：画出Z36，p2，y1=7，a=1时，时，交流电机三相交流电机三相双层叠双层叠绕组的展开图。绕组的展开图。具体步骤如下具体步骤如下:（1 1）计算槽距角）计算槽距角（2 2）画出绕组电势星形图）画出绕组电势星形图（3 3）按）按6060划分相带划分相带（4 4）画出绕组展开图）画出绕组展开图（5 5）确定绕组的并联支路数）确定绕组的并联支路数2.12.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）3.3.三相双层分布

30、绕组三相双层分布绕组定子绕组连接规律定子绕组连接规律37（1）计算）计算槽距角槽距角（2）画基波电动势星形相量图）画基波电动势星形相量图（3）按）按60相带法分相相带法分相 相带相带槽号槽号AZBXCY第一对极第一对极1，2，34，5，67，8，910,11,1213,14,1516,17,18第二对极第二对极19,20,2122,23,2425,26,2728,29,3031,32,3334,35,36Z36，p2，y1=7，a=1AZBXCY38（4）画绕组连接图）画绕组连接图结论：结论：双层绕组为双层绕组为短距绕组短距绕组，每相线圈，每相线圈组数等于极数，它是单组数等于极数，它是单层绕组

31、的两倍。层绕组的两倍。(每相每相2p2p组，如组，如A A相绕组在相绕组在360360 空间共安排空间共安排4 4组组线圈线圈)。Z36，p2，y1=7，a=1NSNS39（5）确定绕组）确定绕组并联支路并联支路数数图6.15 交流绕组的并联支路数 对于实际的电机，在交流绕组的制造过程中，常采用上图所示线圈组之间的接线图指导接线。每相绕组共有每相绕组共有4 4个线圈组个线圈组，可根据需要将它们可根据需要将它们串、并串、并联。联。双层绕组最多并联支路数双层绕组最多并联支路数a=2p。402.1交流电动机的基本工作原理和定子结构交流电动机的基本工作原理和定子结构 本本 节节 要要 点点l同步电动机的基本工作原理同步电动机的基本工作原理 -转子旋转的速度与定子侧的旋转磁场的速度相同。转子旋转的速度与定子侧的旋转磁场的速度相同。l异步电动机的基本工作原理异步电动机的基本工作原理 -转子旋转的速度与定子侧旋转磁场的速度不同。转子旋转的速度与定子侧旋转磁场的速度不同。l交流电动机的定子结构交流电动机的定子结构 -有效边、极距、节距、电角度、槽距角、相带、槽电势有效边、极距、节距、电角度、槽距角、相带、槽电势星形图星形图l交流电动机定子绕组连接规律交流电动机定子绕组连接规律 -定子绕组在铁心槽中的嵌放规律定子绕组在铁心槽中的嵌放规律 -单、双层绕组的并联支路数单、双层绕组的并联支路数