电动机的结构和工作原理.ppt

第6章 电 动 机,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,第 6 章 三相交流电动机基本知识,本章主要内容：,一、三相异步电动机的基本结构 二、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的铭牌数据,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,交流电动机感性认识,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,6.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,第9章 电 动 机,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,三相笼型异步电动机的部件图,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,三相绕线型异步电动机的结构,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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；,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,定子接线盒,星形(Y)联结,三角形()联结,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,（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,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,笼型异步电动机的转子1,风扇,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,图1 铜条笼型转子 图2 铸铝笼型转子,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,笼型异步电动机的转子2,铸铝转子,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,绕线型异步电动机的转子,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,绕线型异步电动机的转子,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,集电环,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,三相绕线型异步电动机示意图,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,转子三相绕组必须接成 Y 形,短接或外接对称电阻等,三个向外的引出端子与固定在转轴上的三个相互绝缘的铜环相接,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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,9.1 三相异步电动机的基本结构和额定值,部分额定值：UN 400 V 690 V fN 50/60 Hz PN 200 kW 2 300 kW 2p 2 8,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,播放视频讲解电动机结构,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,异步电动机原理模型,e,i,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,6.1.2 三相异步电动机的工作原理,第6章 电 动 机,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,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,三相异步电动机旋转原理模型,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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,三相异步电动机旋转原理模型示意图,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,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：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,横截面,流出,流入,定子三相绕组中电流的标注方法,1.定子旋转磁场的产生,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,三相对称绕组每相绕组由一个线圈组成,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,在电动机三相对称定子绕组中通入对称的三相电流,设三相电流的参考方向为从绕组的首段指向尾端,以三相绕组结成Y型为例来讨论,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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。,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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,U V W,i1=Imsin ti2=Imsin(t120O)i3=Imsin(t120O),i1 i2 i3,t=0O 时i1=0，i2 0，i3 0,NS,一、旋转磁场的产生,它们的合成磁场、合成磁通方向如上图所示：,用右手定则判断磁场磁力线的正方向,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,t=0O 时i1=0，i2 0，i30,NS,t=120O 时i10，i2=0，i3 0,9.2 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,NS,t=240O 时i1 0，i20，i3=0,t=360O 时i1=0，i2 0，i30,NS,9.2 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,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 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,9.2 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。,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,i 变化一周对50Hz的工频交流电来说 i 每秒钟变化 50 周对50Hz的工频交流电来说i 每分钟变化(5060)周,旋转磁场转一圈旋转磁场每秒钟转 50 圈旋转磁场每分钟转3 000 圈,2.旋转磁场的转速 n1,同步转速,n1=60 f1 能否得到不同转速的旋转磁场呢？用什么方法呢？,9.2 三相异步电动机的工作原理,由以上两极（磁极对数p=1）旋转磁场的分析可知:,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,经过分析和实验，得到旋转磁场的转速n1不仅和电源频率f有关，还和磁极对数p有关。,以上分析的是两极（磁极对数p=1）的旋转磁场，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圈串联组成，就可形成4极旋转磁场。P=2,具体分析如下：,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,每相绕组由一个线圈组成,每相绕组由两个线圈串联组成,9.2 三相异步电动机的工作原理,4极旋转磁场 P=2,空间布置图,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,以绕组接成Y型为例来分析旋转磁场的产生:,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,t=0O 时 i1=0，i2 0，i3 0,N,S,N,S,磁极对数 p=2结论：电流变化一周 旋转磁场转半圈 n1=1 500 r/min,电流参考方向为绕组的首端指向尾端,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,同理，可得当磁极对数 p=3 时 n1=1 000 r/min,结论,n1不仅和电源频率f有关，还和磁极对数p有关。,当供电是采用的市电时候（频率是50Hz），电动机的最高转速不会超过3000r/min,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,U(i1)V(i2)W(i3)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。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？只需要改变旋转磁场的方向即可。怎样改变旋转磁场n1 的方向?只需要调换任意两项绕组与电源的连线，就可改变通入三相绕组中的电流的相序，例如：原来：A(i1)B(i2)C(i3)后来：C(i1)B(i2)A(i3),此为电机正反转的原理,3.旋转磁场的转向(n1 的方向),大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,转差率:,(1)起动时 n=0，s=1(2)理想空载时 n=n0，s=0(3)正常运行时 0nn0，1s0(4)额定运行时 sN=0.01 0.09,4.转差率 s,转子电磁感应最强,n n,转子电磁感应消失,转子电磁感应减弱,n n=n0,电磁转矩 T=0,nn0,n,异步,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,转子电流有功分量与e2同方向,转子电流有功分量与旋转磁场相互作用,二、转动原理,1.电磁转矩的产生,(1)用右手定则判断转 子绕组中感应电流 的方向；(2)用左手定则判断转 子绕组受到的电磁 力的方向。(3)电磁力 电磁转矩 T(4)T 与 n0 同方向。,9.2 三相异步电动机的工作原理,大连理工大学电气工程系,LFChun 制作,2.电磁转矩的的方向（转子旋转方向）,与旋转磁场的转向相同。,顺时针方向旋转,怎样改变转子的转向?,3,M3,3,M3,逆时针方向旋转,旋转方向？,9.2 三相异步电动机的工作原理,