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1、课题三三相感应电动机的基本原理教学目的及要求：通过教学使学生掌握三相异步电动机的工作原理；明确交流绕组基本量的概念和计算方法；会绘制单层交流绕组（单层链式、单层交叉式、单层同心式）；了解单相绕组的脉振磁势的概念。教学方式：理论讲述实物演示实验操作教具演示设备展示：三相交流电动机单相交流电动机三相旋转磁场产生教具演示操作：电机系统实验装置电机维修实训重点难点：三相异步电动机工作原理交流电机绕组的排列原则交流电动机按照转子转速与旋转磁场速度（同步速度）的异同，可分为交流同步电动机与交流异步电动机。同步电动机转子的速度与旋转磁场的速度相同，所以，称为同步电动机，一般应用于恒速负载与发电场合；异步电动
2、机转子的速度与旋转磁场的速度不同，所以，称为异步电动机，其应用相对同步电动机要广泛的多。同步电动机的定子结构与异步电动机的结构基本相同，所以，本章主要探讨交流异动步电动机。三相异步电动机的工作原理与结构异步电动机按电源相数分类可分为三相异步电动机与单相异步电动机。三相异步电动机使用三相交流电源，它具有结构简单、使用和维修方便、坚固耐用等优点，在工农业生产中应用极为广泛。、三相异步电动机的工作原理在图3.中1，假设磁场的旋转是逆时针的，这相当于金属框相对于永久磁铁，以顺时针方向切割磁力线，金属框中感生电流的方向，如图中小圆圈里所标的方向。此时的金属框已成为通电导体，于是它又会受到磁场作用的磁场力
3、，力的方向可由左手定则判断，如图7.中2小箭头所指示的方向。金属框的两边受到两个反方向的力，它们相对转轴产生电磁转矩磁力矩，使金属框发生转动，转动方向与磁场旋转方向一致，但永久磁铁旋转的速度要比金属框旋转的速度磁场里，闭合导体会因发生电磁感应而成为通电导旋转的方向转动；实际的电动机中不可能用手去摇动他方式产生旋转磁场，如在交流电动机的定子绕组（按一定排列规律排列的绕组）通入对称的交流电，便产生旋转磁场；这个磁场虽然看不到，但是人们可以感受到它所产生的效果，与有形体旋转磁场的效果一样。通过这个实验，可以清楚地看到，交流电动机的工作原理主要是产生旋转磁场。为了更好的说明三相异步电动机的工作原理，用
4、图进2一步进行说明，从中可以很清楚地看到三相交流电产生旋转磁场的现像。图中所示的实际的电动机中一般都是相差电角度）个绕组的尾端标有、连接在一起个绕组的这种连接称为星形接法。常用接法还有三角形接法，就是将个绕组首尾相连，在个接点上分别引出根引线的接法。，将对称的三相交流电t、从_个绕组的首端标有、通入，放在绕组中心处的小磁针便迅速转动起来，由此可知旋转磁场的存在。三相交流电是怎样产生旋转磁场的呢？用图后，绕组中便通过三相对称的交流电流、个特殊的运行时刻，看看三相电流所产生的合成磁场是由绕组始端流进符号，由尾端流出符号。）反。个绕组在空间上相互间隔机械角度当1,相电流i,相电流取为负值，即电流由2
5、端流进，由端流出；W相电流iW为正，即电流从W1端流进，从W2端流出。在图的定子绕组图中，根据电生磁右手螺旋定则，可以判定出此时电流产生的合成磁场如图所示，此时好像有一个有形体的永久磁铁的极放在导体1的位置上，极放在导体2的位置上。当22时，电流已变化了1/周期。此时刻i为正，电流由端流入，从2端流出，i为零；iW为负，电流从W2端流入，从W1端流出。这一时刻的磁场如图所示。磁场方向较1时沿顺时针方向在空间转过了120。用同样的方法，继续分析电流在3时的瞬时情况，便可得这两个时刻的磁场，如图、所示。在冗/时刻，合成磁场方向较2时刻又顺时针转过12。在疋时刻，磁场较时再转过12,即自1时刻起至时
6、刻，电流变化了一个周期，磁场在空间也旋转了一周。电流继续变化，磁场也不断地旋转。从上述分析可知，三相对称的交变电流通过对称分布的组绕组产生的合成磁场，是在空间旋转的磁场，而且是一种磁场幅值不变的圆形旋转磁场。三相异步电动机的基本原理是：把对称的三相交流电通入彼此间隔12电角度的三相定子绕组，可建立起一个旋转磁场。根据电磁感应定律可知，转子导体中必然会产生感生电流，该电流在磁场的作用下产生与旋转磁场同方向的电磁转矩，并随磁场同方向转动二、交流电动机中旋转速度的问题1.旋转磁场的旋转速度旋转磁场的速度也称为“同步转速”，用n1表示，其单位是“r/min”。它的大小由交流电源的频率及磁场的磁极对数决
7、定。图3.所3举的例子是只能产生一对磁极的电动机，电流变化一个周期，旋转磁场转一圈；若电源电流的频率为，则一对磁极的旋转速度应为n1r/min；我国电网供电电流的频率即工频为即每秒完成个周期的变化；则一对旋转磁场的转速就是r/iMnr/min若定子1绕组采用的排列方式不同，那么产生的磁极对数也不同，依照前面分析产生一对磁极的方法，仍然选取几个特殊的时刻，根据图3.上3图各相电流的正、负时刻，画出各个绕组中电流的流向，即可判定出各时刻产生的磁场情况，如图所示。1时，i,相绕组内没有电流；i为负值，电流由端流进，由端流出，再由2端流进，由端流出；iW为正值，电流由W1端流进，由W2端流出再由W1端
8、流进。由W2端流出。此时三相电流产生的合成磁场如图所示。前面讲过，每当交流电变化一个周期，两极旋转磁场就在空间转过36所即1转；机械角度。从图3.中4可以看出，四极的旋转磁场在电流变化一周中，在空间只转过即转机械角度。由此类推，当旋转磁场具有对磁极时，交流电每变化一周，磁场就在空间转过转。故旋转磁场的转速同步转速为式中电流的频率；定子绕组产生的磁极对数。旋转磁场的旋转方向交流电动机旋转磁场的旋转方向，一般与接入定子绕组的电流相序有关。如前面举的两个例子图和图4磁场都是按顺时针方向旋转的，这与三相电源通入三相绕组的电流相序一一正序电流是一致的。若要使磁场按逆图三相交流异步电动机产入中可以明时针方
9、间旋转，只需改变通入三相绕纟一一是反负序的，即只要把可实现，如图所示。在图中相反。转子的旋转速度转子的旋转速度一般称为电动机的转速，用表示。根据前面的工作原理可知，转子是被旋转磁场拖动而运行的，在异步电动机处于电动状态时，它的转速恒小于同步转速1这是因为转子转动与磁场旋转是同方向的，转子比磁场转得慢，转子绕组才可能切割磁力线，产生感生电流，转子也才能受到磁力矩的作用。假如有情况，则意味着转子与磁场之间无相对运动，转子不切割磁力线，转子中就不会产生感生电流，它也就受不到磁力矩的作用了。如果真的出现了这样的情况，转子会在阻力矩（来自摩擦或负载）作用下逐渐减速，使得。当转子受到的电磁力矩和阻力矩摩擦
10、力矩与负载力矩之和平衡时，转子保持匀速转动。所以，异步电动机正常运行时，总是1这也正是此类电动机被称作“异步”电动机的由来。又因为转子中的电流不是由电源供给的，而是由电磁感应产生的，所以这类电动机也称为感应电动机。4.转差率旋转磁场的同步转速与转子转速之差与同步转速的比值，称为异步电动机的转差率，即式中为转差率。当异步电动机刚要起动时，；当时，。异步电动机正常使用时，电动机转速略小于但接近同步转速，额定转差率一般小于5.三相异步电动机的转速与运行状态如果作用在异步电动机转子的外转矩使转子逆着旋转磁场的方向旋转，即V,n0m-0定于n中的电动与电流方向仍和电动机时电磁转矩方Tna电磁制动电动状态
11、0/?77101向仍与旋转磁场方向一致，但与外转矩方向相反。即电磁转矩是制动性质，在这种情况下，一方面电动机吸取机械功率，另一方面因转子导条中电流方向并未改变，对定子来说，电磁关系和电动机状态一样，定子绕组中电流方向仍和电动机状态相同，也就是说，电网还对电动机输送电功率，因此异步电动机在这种情况下，同时从转子输入机械功率、从定子输入电功率，两部分功率一起变为电动机内部的损耗。异步电动机的这种运行状态称为“电磁制动”状态，又称“反接制动”状态。如果用一原动机，或者由其他转矩（如惯性转矩、重力所形成的转矩）去拖动异步电动机，使它的转速超过同步转速，这时在异步电动机中的电磁情况有所改变，因，V,旋转
12、磁场切割转子导条的方向相反，导条中的电动势与电流方向都反向。根据左手定则所决定的电磁力及电磁转矩方向都是与旋转磁场及转子的旋转方向相反。这种电磁转矩是一种制动性质的转矩，如图所示，这时原动机就对异步电动机输入机械功率。以后会讲述，在这种情况下，异步电动机通过电磁感应由定子向电网输送电功率，电动机就处在发电动机状态。三、三相异步电动机的结构异步电动机的结构也可分为定子、转子两大部分。定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分。由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同，交流电机定子是电枢。另外，定、转子之间
13、还必须有一定间隙（称为空气隙），以保证转子的自由转动。异步些特殊场合，还有特殊的外形防护型式，如防爆式、潜水泵式等。不管外形如何电动机结构基本上是相同的。现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。如图3.所7示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。1.定子部分定子部分由机座、定子铁心、定子绕组及端盖、轴承等部件组成。机（座1。）机座用来支承定子铁心和固定端盖。中、小型电动机机座一般用铸铁浇成，大型电动机多采用钢板焊接而成。（定2子）铁心。定子铁心是电动机磁路的一部分。为了减小涡流和磁滞损耗，通常用厚的硅钢片叠压成圆筒，硅钢片表面的氧化层大型电动机要求涂绝缘漆作为片间绝缘，在铁心的内圆
14、上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组。定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜或铝）导线绕制的绕组联接而成。它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。通常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽内。槽口用槽楔定一般为竹制）塞紧。槽内绕组匝间、绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。如果是双层绕组定就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边），还要加放层间绝缘。定4）轴承。轴承是电动机定、转子衔接的部位，轴承有滚动轴承和滑动轴承两类，滚动轴承又有滚珠轴承定也称为球轴承），目前多数电动机都采用滚动轴承。这种轴承的外部有贮存润滑油的油箱，轴
15、承上还装有油环，轴转动时带动油环转动，把油箱中的润滑油带到轴与轴承的接触面上。为使润滑油能分布在整个接触面上，轴承上紧贴轴的一面一般开有油槽。风扇等组成。转轴用碳纲制成，两端轴颈与轴承相配合。出轴端铣有键槽，用以固定皮带轮或联轴器。转轴是输出转矩、带动负载的部件。转子铁心也是电动机磁路的一部分。由0.5厚的硅钢片叠压成圆柱体，并紧固在转子轴上。转子铁心的外表面有均匀分布的线槽，用以嵌放转子绕组。三相交流异步电动机按照转子绕组形式的不同，一般可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机。（笼型1转）子线槽一般都是斜槽（线槽与轴线不平行），目的是改善起动与调速性能。其外形如图3.中7的第5部分；笼型绕组（也称为导条）是在转子铁心的槽里嵌放裸铜条或铝条，然后用两个金属环（称为端环）分别在裸金属导条两端把它们全部接通（短接），即构成了转子绕组；小型笼型电动机一般用铸铝转子，这种转子是用熔化的铝液浇在转子铁心上，导条、瑞环一次浇铸出来。如果去掉铁心，整个绕组形似鼠笼，所以得名笼型绕组，如图3.所8示。图为笼型直条形式，图为笼型斜条形式。绕线型转子绕组与定子绕组类似，由镶嵌在转子铁心槽中的三相绕组组成。绕组一般采用星形连接，三相绕组绕组的尾端接在一起，首瑞分别接到转轴上的3个铜滑环上，通过电刷把
