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
Page 1,本课程的章节和内容,绪 论第1章 变压器第2章 三相交流电动机第3章 三相交流电动机的电力拖动第4章 直流电机第5章 直流电动机的电力拖动第7章 电动机容量的选择,本章内容,交流电动机的基本工作原理和定子结构*,旋转磁动势*,交流绕组的感应电动势*,三相异步电动机*,三相同步电动机*,实例（应用）,Page 2,三 相 交 流 电 动 机,本章教学基本要求,1. 理解同步电动机和异步电动机的基本工作原理、基本结构和额定值。,2. 了解交流电机的定子绕组连接；理解旋转磁场的概念，掌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；了解分布和短距绕组对消除高次谐波电动势的作用。,4. 掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程、等效电路和相量图，掌握异步电动机的工作特性。,5. 掌握三相同步电动机的基本方程、等效电路和相量图，同步电动机功角特性和矩角特性，同步电动机的励磁调节和V形曲线。,Page 3,3. 理解异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算。,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。,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。,重点：,转子转动时的基本电磁关系。,难点：,Page 4,4. 掌握同步电动机功角、矩角特性，励磁调节和V形曲线。,Page 5,提问,交流电动机是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。,什么是交流电动机？有什么作用？,其作用是作为原动机拖动生产机械。,Page 6,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,本 节 内 容,同步电动机的基本工作原理 - 同步指什么？异步电动机的基本工作原理 - 异步指什么？交流电动机的定子结构 - 交流电动机一些术语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,同步电机运行时，其转速n1与定子绕组中电网频率f1之间有着严格的关系，即 （2-1）式中，p为电机的极对数，n1为同步电机转子的转速，也是气隙旋转磁场的转速。,Page 7,2.1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,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。,同步电动机由定子和转子组成，其工作原理示意图如图2-1所示，定、转子之间有气隙，定子内嵌互差120的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定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，转子上装有励磁绕组，通入直流电后，能建立恒定磁场。,Page 8,2.1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,工作时定子输入三相交流电，产生旋转磁场，设为逆时针方向旋转，如图2-1所示，转子输入直流励磁电流，产生固定磁极，则旋转磁场的磁极将转子的异性磁极吸引，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。,图2-1 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，如图2-2所示，定、转子之间有气隙，定子上内嵌互差120的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定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，设磁场以同步转速n1逆时针方向旋转切割转子导体。,Page 9,2.1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,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面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。,图2-2 三相异步电动机工作原理示意图,转子导体是闭合回路，在感应电动势的作用下，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，其方向由左手定则确定，如图所示转子上半部分导体受力fem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逆时针方向的电磁转矩T，从而使转子以转速n逆时针旋转。,Page 10,2.1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,图2-2 三相异步电动机工作原理示意图,在正常情况下，异步电动机转子转速n达不到旋转磁场的同步转速n1，电动机的转速n总是略小于同步转速n1，即与旋转磁场异步转动，所以称为异步电动机，由于异步电动机转子中的电流是感应产生的，故又可称为感应电动机。,Page 11,2.1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,图2-2 三相异步电动机工作原理示意图,https:/,Page 12,https:/,https:/,https:/,三相电动机结构仿真,三相电机定子制造视频,定子铁心：电机磁路的一部分，定子铁心内圆上均匀开有 槽，安放定子绕组。机座：用作固定与支撑定子铁心。定子绕组：电机电路部分，它由三个在空间相差120电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。绕组分类：单层绕组和双层绕组。绕组应用：单层绕组一般用在10kV以下的电机，双层短距 绕组用在较大容量的电机中。,2.1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,Page 13,交流机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。,2.1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,Page 14,铁心和机座,2.1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,Page 15,定子冲片,定子线圈,2.1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,Page 16,2.1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,线圈,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、中容量的电机的线圈中，电流较大，也可用多根导线并行绕制。,线圈：由外敷绝缘的铜线或铝线(例如漆包电磁线)绕制而成。N个线圈组成绕组。,线圈,Page 17,2.1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,线圈节距及有效边,节距：线圈两个有效边之间的距离。 节距表示法： 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1号槽中，另一边在第9号槽中，两有效边所跨槽数为8，则y=8。 弧度：有效边在铁心内圆周跨过的长度。,有效边：线圈放于槽内的直线部分。端接：线圈两端起连接作用的部分。,Page 18,Page 19,2.1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,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，并且改善感应电动势波形及磁势空间分布，电机中常用短距线圈，即yt 。,极距：电机每一个磁极所占定子内圆周 的距离。用槽数表示。例：定子槽数z=36，极对数p=2， 则极距t=z/2p=9。整距线圈：线圈节距等于极距，y=t。,Page 20,2.1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,电角度（衡量磁场的角度）,电角度=p 机械角 如果电机在定子上只有一对磁极，那么在360空间角度上磁极电角度也是360。若电机定子上有两对磁极，即p=2，则在360空间角度上磁极电角度却有2 360=720 电角度。,机械角度：是指空间角度，用360或2p弧度表示。电角度：一对磁极变化一周的角度，相应的用360或2p电弧度表示。,Page 21,电角度和机械角度的关系,2.1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,*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，在空间互差120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q：每一极距下每一相占有的槽数。,式中，z为定子总槽数， m为电机相数。,2.1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,*槽距角ac,上述第一式的物理意义是定子内圆周有z个槽，共有电角度为p360，则每槽占p360/ z 电角度；第二式的物理意义是每极所含有电角度为180，为mq个槽所占有，所以每槽占180/ mq电角度，显然，两者是一致的。,Page 23,槽距角:相邻两槽之间所占有的电角度。,2.1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,相带,三相对称绕组在槽中的安排顺序为A-Z-B-X-C-Y-A，彼此互差60电角度，这就是60相带绕组。,相带：每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角度来表示。,一个极距为180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60相带的三相绕组。,Page 24,60相带绕组：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：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 ),相邻两槽空间互差电角度，实际表示槽中导体电势时间上互差电角度。,这里槽距空间角互差360/24=15，而槽距电角度互差p360/24=30。,2.1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,26,对三相交流电机绕组的要求,三相绕组必须对称：即三相绕组匝数相等，三相绕组轴线空间互差120；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；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。,2.1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）,27,按相数分类：,按槽内导体放置的层数分类：,1. 交流绕组的分类：,2.1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）,28,单层绕组,29,叠绕绕组,波绕绕组,双层绕组,30,2.三相单层分布绕组定子绕组连接规律,单层绕组:是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不同。,无论是何种形式单层绕组，每相绕组感应电势相等。,2.1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）,31,例1：一台 ， 槽的电机，画出其三相单层绕组连接图，并确定绕组并联支路数。,具体步骤如下:,(1) 计算槽距角(电角度),（2）画出槽电势星形图,（3）按60划分相带,（4）画绕组连接图,（5）确定绕组并联的支路数,2.1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）,2.三相单层分布绕组定子绕组连接规律,32,（2）画出槽电势星形图,（3）按60相带法分相,(1) 计算槽距角(电角度),33,（4）画绕组连接图,结论：单层绕组是整距分布绕组，每相的线圈组数等于极对数。(每相p组，如A1X1、A2X2),极距=节距,N,S,N,S,34,（5）确定绕组并联支路数,单层绕组最多有p条并联支数,35,双层绕组：指定子上每个槽内放置两个线圈边，每个线圈边表示一层。,按照线圈形状和端部连接方式的不同分为：,2.1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）,3.三相双层分布绕组定子绕组连接规律,36,例2：画出Z36 ， p2，y1=7，a=1时，交流电机三相双层叠绕组的展开图。,具体步骤如下:,（1）计算槽距角,（2）画出绕组电势星形图,（3）按60划分相带,（4）画出绕组展开图,（5）确定绕组的并联支路数,2.1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）,3.三相双层分布绕组定子绕组连接规律,37,（1）计算槽距角,（2）画基波电动势星形相量图,（3）按60相带法分相,Z36 ， p2，y1=7，a=1,38,（4）画绕组连接图,结论：双层绕组为短距绕组，每相线圈组数等于极数，它是单层绕组的两倍。 (每相2p组，如A相绕组在360空间共安排4组线圈)。,Z36 ， p2，y1=7，a=1,N,S,N,S,39,（5）确定绕组并联支路数,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4个线圈组，可根据需要将它们串、并联。,双层绕组最多并联支路数a=2p。,40,2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构,本 节 要 点,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。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。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、槽电势星形图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 - 单、双层绕组的并联支路数,
