电动机的结构和工作原理

tOi电工技术i1i2i3ImU1U2V1V2W2W1NS感应式电动机2020/1/233-7三相异步交流电动机基本知识主要内容及重难点：一、三相异步电动机的基本结构（重点）二、三相异步电动机的工作原理（难点）三、三相异步电动机的铭牌数据（了解）四、电磁转矩和机械转矩（重点）五、特殊用途的电动机（了解）2020/1/23导入新课：电机概述第9章电动机电机——实现机械能与电能的相互转换。发电机——将机械能转换为电能。电动机——将电能转换为机械能。直流电动机交流电动机直流发电机交流发电机（三相和单相）（三相和单相）电动机电机发电机同步电动机异步电动机（笼型和绕线型）动力电机电机控制电机:以高效率的能量转换为目的。:以高灵敏度、高准确度的信号转换和传递为主要目的。2020/1/23交流电动机感性认识2020/1/23三相异步电动机的外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2020/1/23※部分额定值：UN690V，2kV~11kVfN50/60HzPN200kW~3000kW2p2~12笼型异步电动机外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值※部分额定值：UN400V~690VfN50/60HzPN200kW~2300kW2p2~82020/1/232020/1/233-8三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：指其固定不动部分，主要包括：(1)定子铁心(2)定子绕组(3)机座和端盖等2.转子：指其旋转部分，主要部件包括：(1)转子铁心(2)转子绕组(3)转轴等2020/1/23定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。定子铁心的硅钢片3-8-1定子2020/1/23定子铁心9.1三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槽。定子铁芯硅钢片：异步电动机的铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。作用：嵌放绕组，提供磁路；2020/1/23定子绕组对称三相绕组。9.1三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，嵌入到定子铁芯槽中。作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分。定子绕组2020/1/23机座和端盖：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。2020/1/23定子接线盒U1V1W1W2U2V2U1V1W1U2V2W2U1V1W1W2U2V2星形(Y)联结3~U1V1W1W2U2V2三角形(△)联结3~9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2020/1/23（1）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。（2）转子绕组：感应出电势、电流。（分为两种类型：如下）绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。（3）转轴（4）风扇等。转子铁心的硅钢片3-8-2转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值转子铁芯一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。转子绕组2020/1/23鼠笼式异步电动机的转子导条端环风扇图1铜条笼型转子图2铸铝笼型转子2020/1/23绕线式异步电动机的转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值集电环2020/1/23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。2020/1/23播放视频讲解电动机结构2020/1/233-7-1异步电动机旋转原理模型图2020/1/23n0nNSf模型说明ei蹄形磁铁闭合线圈人为转动感应电流受力而旋转感生电流2020/1/23异步电动机原理模型图通电导体的受力方向用“左手定则”判断导线内感应电流方向用“右手定则”判断人为转动对转子的转轴形成一个顺时针方向的转矩结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致模型示意图2020/1/23异步电动机转动模型原理总结如下：第6章电动机机械负载旋转起来对称定子三相绕组通入对称三相电流旋转磁场（磁场能量）磁感线切割转子绕组转子绕组中产生e和i转子绕组在磁场中受到电磁力的作用转子旋转起来三相交流电能电磁转矩感应相当于变压器的原边相当于变压器的副边2020/1/23转子旋转的原理：在旋转磁场和转子之间要有相对运动，转子导体要切割磁力线，如果n=n1,它们之间就没有相对运动了，不可能产生e,i,F,T。因此n与n1之间一定存在差异，所以叫异步电动机。异步电动机的由来2020/1/23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的。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，没有实际意义。注意：磁场的旋转是电机旋转的前提！！！2020/1/233-7-2三相异步电动机的旋转磁场实际的异步电动机中的旋转磁场是利用三相交流电通过固定在定子上的三相对称绕组来获得的。旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。2020/1/23AXBYZCABCXYZ电流流出电流流入4、定子三相绕组中电流的标注方法一.定子绕组的放置方式1、先以每相绕组中只有一个绕组的简单电路来说明定子铁芯定子绕组2、三相对称绕组每相绕组由一个线圈组成3、设三相电流的参考方向为从绕组的首端指向尾端2020/1/23对称的三相电流通入对称的三相绕组中，它们的合成磁场、合成磁通就是一个旋转磁场！！！这个结论怎么得到的呢？？？？？选定电流的几个特殊值加以分析，就能得出结论了！！5、以三相绕组结成Y型为例来讨论2020/1/23U←V←W←AXBYZCi1=Imsinti2=Imsin(t－120O)i3=Imsin(t＋120O)i1i2i3t=0O时i1=0i2＜0(尾端流入、首端流出）i3＞0（首端流入、尾端流出）××NSImtOi1二、旋转磁场的产生相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向如上所示：ABCXYZi的参考方向:首端指向尾端电流流入电流流出2020/1/23t=0O时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1t=120O时i1＞0，i2=0，i3＜0U1U2V1V2W2W1NS9.2三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°。2020/1/23U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1t=240O时i1＜0，i2＞0，i3=0t=360O时i1=0，i2＜0，i3＞0NS9.2三相异步电动机的工作原理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转了360°。2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××NS快速浏览--------i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=360o2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1NS×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1NS××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1NS×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1×××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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/23tOi1i2i3ImU1U2V1V2W2W1××NS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=360o9.2三相异步电动机的工作原理2020/1/239.2三相异步电动机的工作原理当P=1时，结论:i变化一周→旋转磁场转一圈。旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。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，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间、空间、位置不断变化的旋转磁场。2020/1/23ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°时电流和磁场情况×××NSn0结论：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。归纳：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，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。2020/1/23河南工业大学电气工程学院n1n1××××NSn三、运行原理见下图：2020/1/23电动机转动（运行）的原理（一）、基本工作原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感