电动机的结构和工作原理

2019/9/8
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
A
Y
Z
2、 三相对称绕组 每相绕组由 一个线圈组成
定子绕组
A BC
C
电流流入
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B
X
电流流出
X YZ
3、设三相电流的参考方向为 从绕组的首端指向尾端
4、定子三相绕组中电流的标注方法
5、以三相绕组结成Y型为例来讨论
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
ຫໍສະໝຸດ BaiduU1 × V2 ×
Im
i1
i2 i3
W2
O
t
W1
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
×
Im
i1
i2 i3
V2
× W2
O
t
×
W1
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
感应式电动机
U1
i Im
i1
V2
N
W2
O
W1
S
V1
U2
i2 i3
t
电工技术
3-7三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）
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第9章 电 动 机
导入新课：电 机 概 述
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。
电机
电动机 发电机
直流电动机 交流电动机 直流发电机 交流发电机
同步电动机（三相和单相） 异步电动机（三相和单相）
（笼型和绕线型）
电机 动力电机 : 以高效率的能量转换为目的。 控制电机 : 以高灵敏度、高准确度的信号 转换和传递为主要目的。
3-7-1异步电动机旋转原理模型图
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模型说明
人为 转动
n0
f
n
感应电 流受力 而旋转
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N
i e
S
蹄形 磁铁
闭合 线圈
感生 电流
异步电模动型机示原意理图模型图
导线内感应电流方 向用“右手定则” 判 断
结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致
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人为转动
通电导体的 受力方向用 “左手定则” 判断
U ← i1 = Imsin t V ← i2 = Imsin( t－120O) W← i3 = Imsin( t＋120O)
A BC
Z i的参考方向: 首端指向尾端
i1
B Im
i1
X YZ
i2 i3
O
t
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：
9.2 三相异步电动机的工作原理
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定子铁芯内圆冲有分布的槽。
9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
定子绕组 作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分。
定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子 铁芯槽中。
对称三相绕组。
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定子绕组
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。
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t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
×
Im
i1
i2 i3
V2 ×
× W2
N S
O
t
W1
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
（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 转子铁芯
一般用45号钢制成， 用20来19/9传/8 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
鼠笼式异步电动机的转子
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
N S
U1
Im
i1
i2 i3
V2
× W2
O
t
×
W1
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
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交流电动机感性认识
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9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
三相异步电动机的外形
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9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
笼型异步电动机外形
※ 部分额定值： UN 400 V ~ 690 V fN 50 / 60 Hz PN 200 kW ~ 2 300 kW 2p 2 ~ 8
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
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3-8-1 定子
定子铁心、定子绕组、 机座和端盖等。
定子铁心的硅钢片
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9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
定子铁心
作用：嵌放绕组，提供磁路；
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。
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※ 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
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3-8 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
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
Im
i1
i2 i3
V2
W2
N S
O
t
× W1
× V1
×
U2
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t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
机械负载 旋转起来
相当于 变压器 的副边
异步电动机的由来
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。
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注意： 磁场的旋转是电机旋转的前提！！！
图1 铜条笼型转子 导条
图2 铸铝笼型转子 风扇
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端环
9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
绕线式异步电动机的转子
集电环
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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。
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播放视频讲解电动机结构
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U1
V2 ×
N
Im
i1
i2 i3
W2
O
t
× W1
S
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
t = 120o t = 240o t = 360o
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。
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。
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3-7-2 三相异步电动机的旋转磁场
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。
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。
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？？？？？
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选定电流的几个特殊值加以 分析，就能得出结论了！！
二、旋转磁场的产生
电流流入
电流流出
A
Y× N
×S
C
X
t = 0O 时
i1 = 0 i2＜ 0(尾端流入、首端流出） i3 ＞20109/（9/8首端流入、尾端流出）
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
Im
i1
i2 i3
V2
× W2
O
t
×
W1
V1
×
U2
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t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
×
Im
i1
i2 i3
V2
× W2
O
t
W1
V1
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U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
定子接线盒
U1 V1 W1
U1 V1 W1 W2 U2 V2
U2 V2 W2
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3~
星
形
U1
V1 W1
W2
U2
V2
(Y) 联 结
3~
U1
V1
W2
U2
三
角
W1
形 (△)
联 V2 结
9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值
3-8-2转子
（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。
对转子的转 轴形成一个 顺时针方向 的转矩
第6章 电 动 机
异步电动机转动模型原理总结如下：
相当于 变压器 的原边
对称定子三相绕组 通入对称三相电流
三相 交流 电能
旋转磁场 （磁场能量）
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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
感
受到电磁力的作用
应
电磁
转矩
转子旋转起来
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
Im
i1
i2 i3
V2
W2
O
t
×
W1
V1
×
U2
2019/9/8
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
t = 120o t = 240o t = 360o
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1
Im
i1
i2 i3
V2
W2
O
t
×
W1
V1
×
U2
2019/9/8
9.2 三相异步电动机的工作原理
不同时间旋转磁场的位置
U1 × V2 ×
× W1
Im
i1
i2 i3
W2
O
t
V1
2019/9/8
U2
t = 0o t = 30o t = 60o t = 90o t = 150o t = 180o t = 210o t = 270o t = 300o t = 330o
U1
V2
W2 V2
N
W2
W1
V1
W1
S
V1
U2
U2
t = 240O 时
t = 360O 时
i1＜ 0，i2＞0，i3 = 0
i1= 0，i2＜ 0，i3＞0
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20193/96/80°。
快速浏览--------
i的一个周期内不同时间段旋转磁场的位置
U1
U1
V2
N
W2 V2
W2
W1
S
V1
W1
V1
U2
U2
t = 0O 时
t = 120O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3＞0
i1＞0，i2 = 0，i3＜ 0
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2019随/9/8之旋转了120°。
9.2 三相异步电动机的工作原理
U1