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1、,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,转动的的条件,旋动条件： 定子转子结构和电磁相互作用是电动机转动的基本条件。必然存在至少一个旋转磁场或旋转运动，起到转动的功能。另外定子磁场和转子磁场至少有一个电磁场，可以补给能量和进行控制。定子磁场和转子磁场都是永磁场，是不能产生连续转动的，也是不可控的。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种旋转磁场,1、固定磁场中换向器电刷系统供电的转子（电枢）线圈的转动,图2-1 固定磁场中转子受到的旋转力示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种旋
2、转磁场,2、定子旋转磁场,(a) (b) 图2-2 定子旋转磁场示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种旋转磁场,3、感应旋转磁场,按照电磁感应律，会在转子的闭合导体中产生感应电动势和感应电流。此时一是产生一个转子磁场，二是能受到定磁场和转子磁场的共同作用而受到力的作用。转子受力会产生旋转，旋转的方向是使闭合导体转子产生的感应电流减少。因此就产生了转子感应旋转磁场。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种旋转磁场,图2-3 感应旋转磁场示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理
3、,各种旋转磁场,4、分时激励定子旋转磁场,图2-4 无刷直流电机的离散旋转磁场示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种旋转磁场,无刷直流电机的定子磁场，由六个晶体管电子开关给各定子绕组分别加脉动直流电能。可由A相，B相和C相依次导通形成离散旋转磁场。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,(1)同步型电动机 在定子磁场是旋转磁场的情况下，定子磁场与转子磁场基于磁力吸引而使转子产生转动的电机可以称之为同步电机。钉子与转子有相同的转速。常用类型有以下几种。,第二章,电机的 基本原理,三相定子
4、 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,图2-5 交流同步电机示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,三相定子绕组AX、BY、和CZ通以弦交流电后产生旋转电磁场，通过电刷系统给转子的绕组通以直流电能，产生固定电磁场，定子磁场通过磁力吸引转子使转子旋转。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,（2）永磁同步电机 （3）无刷直流电机 （4）步进电机 （5）开关磁阻电动机,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原
5、理,电磁配合类型与电机的主要类型,图2-6 步进电动机原理图（三相单三拍） a) A相通电 b) B相通电 c) C相通电,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,具有四对定子极和三对转子极的四相开关磁阻电机,图2-7 8/6极的开关磁阻电动机的结构原理图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,2、异步型 定子是旋转电磁场，旋转电磁场切割转子使转子产生感应电流和感应电磁场，具有感应电流的转子受到地磁力的作用使转子转动。主要有以下三种类型。 （1）三相笼型转子异步电动机
6、三相笼型转子异步电动机定子接三相电源后电机内便形成圆形旋转磁动势及圆形旋转磁密，由此产生感应电动势和电磁转矩。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,1. 转差率 通常把同步转速n1和电动机转子转速n二者之间的差与同步转速的比值称为转差率（也叫做转差或滑差），用s表示。 s是一个没有单位的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。正常运行的异步电动机，转子转速n接近于同步转速n1，转差率s很小，一般s=0.010.05。 即：,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,图2-
7、8 三相笼型转子异步电动机示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,异步电机的三种运行状态,按照转差率的正负和大小，感应电机有电动机，发电机和电磁制动三种运行状态。如下图所示,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,（2）单相异步电动机,在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流产生
8、脉振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正转和反转磁场和。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流 。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,图2-9 单相异步电动机绕组示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,（3）三相绕线转子异步电动机,如果是三相绕线转子异步电动机，则转子绕组也是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成Y型或型。一般小容量电动机联接成型，大、中容量电动机联接成Y型。,第
9、二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,图2-10 三相绕线转子异步电动机结构示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,电磁配合类型与电机的主要类型,3、排斥型 这种类型的电动机是指直流电动机。两级的直流电机的简化模型。,图2-11 两极直流电机的简化模型,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,定子绕组结构,1）定子 定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 定子铁心是异步电动机磁路的一部分。他是用厚的硅钢片冲制、叠压而成的，紧紧地装在机座的内部。在定子铁心的内
10、圆上开有均匀的槽，用以放置定子绕组。 定子绕组是电动机的电路部分。定子绕组是由许多线圈按规律联接而成的。小型三相异步电动机定子绕组通常用高强度漆包线绕制而成。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,定子绕组结构,图2-12 定子结构示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,三相电枢绕组的磁动势,假定每相电枢绕组产生的磁动势在空间是正弦分布的，并且三相磁动势在空间相差120电角度。三相电枢绕组的磁动势可写成：,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,三相电枢绕组的磁动势,设电机极对数为np,f
11、1为电源频率 合成磁动势的幅值：,转速：,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,概述,直流电机是将机械能转换为直流电能或将直流电能转换为机械能的一种装置。 把机械能转换为电能的直流电机称为直流发电机(dc generators)，把电能转换为机械能的直流电机称为直流电动机(dc motor)。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本结构,图2-15 直流电机结构示意图,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本结构,将直流电加到电刷上（B1为+、B2为-），线圈AX上就
12、有电流通过（A端为、X端为），根据电磁力定律，载流导体在磁场中要受力，大小为：f=Bxli（N），方向由左手定则确定。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本结构,载流导体受力方向的确定： 伸开左手使大拇指与四指呈90，当磁力线指向手心四指的指向为导体中电流方向，则大拇指指向导体受力方向在图1-5中A受向左的切向力，X受向右的切向力，这一对力形成了力矩T(称电磁转矩)，使电枢按逆时针方向旋转。 在直流电动机中，换向器和电刷的共同作用： 将刷间的直流电逆变成线圈中的交流电； 把外面不转的电路与转动的电路联接。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋
13、转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本结构,电枢逆时针旋转时，导体切割磁力线，根据电磁感应定律导体内产生感应电动势，大小为e=Bxlv。 感应电动势方向由右手定则判定，伸开右手使大 拇指与四指呈90，当磁力线指向手心，大拇指指向 导体运动方向，则四指的指向为导体中感应电动势方向。 在图(a)中t=0时，A端，与之相接触的电刷B1为“+”，X端为，与之相接触的电刷B2为“-” 当电枢旋转了180后，在图(b)中t=180时，X端 旋转到N极下，X端为，A端旋转到S极下，A端为 其波形如图1-3所示。,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本
14、结构,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机的基本结构,直流电机由两大部分组成： 定子（静止部分）和转子（转动部分或称电枢）,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种直流电机类型,1、直流他励电动机 励磁绕组与电枢没有点的联系，励磁电路是由另外直流电源供给的。因此励磁电流不受电枢端电压或电枢电流的影响。(a) 2、直流并励电动机 并励绕组两端电压就是电枢两端电压，但是励磁绕组用细导线绕成，其匝数很多，因此具有较大的电阻，使得通过她的励磁电流较小。(b),第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构
15、与原理,各种直流电机类型,3.直流串励电动机 励磁绕组是和电枢串联的，所以这种电动机内磁场随着电枢电流的改变有显著的变化。为了使励磁绕组中不致引起大的损耗和电压降，励磁绕组的电阻越小越好，所以直流串励电动机通常用较粗的导线绕成，他的匝数较少。(c) 4.直流复励电动机 电动机的磁通有两个绕组内的励磁电流产生。(d),第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,各种直流电机类型,（a) 他励式 （b) 并励式 (c) 串励式 (d) 复励式,第二章,电机的 基本原理,三相定子 旋转磁场分析,直流电机 结构与原理,直流电机运行原理,1）外施电压、电流是直流， 电枢线圈内
16、电流是交流； 2）线圈中感应电势与电流方向相反； 3）线圈是旋转的，电枢电流是交变的； 4）产生的电磁转矩T与转子转向相同，是驱动性质。,第二章,各种异步电机,同步电机,电机的 电磁转矩,三相异步电机,定子部分(定子铁心、定子绕组、机座),（1）定子铁心 导磁部分。 定子铁心是电机磁路的一部分，并起固定定子 绕组的作用。为了增强导磁能力和减小铁耗，定子铁心常选用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，片间涂上绝缘漆。定子铁心内圆均匀冲出许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组,第二章,各种异步电机,同步电机,电机的 电磁转矩,三相异步电机,（2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内 导电部分。 定子绕组是异步电动机的电路部分，其材料主要采用紫铜。小型异步电动机常采用三相单层绕组，大中型异步电动机常采用三相双层短矩叠绕组形式，三相绕组
