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1、第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 了解三相异步电动机的基本结构；了解三相异步电动机的基本结构； 掌握三相异步电动机的工作原理；掌握三相异步电动机的工作原理； 掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性； 掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数； 掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性； 以及以及实现的方法；实现的方法； 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法； 了解同步电动机的结构、工作原理、运
2、行特性和启动了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动 方法。方法。51 三相异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三三相相异异步步电电动动机机主主要要由由定定子子和和转转子子两两个个部部分分组组成成，定定子子是是不不动动的的部部分分，转转子子是是旋旋转转部部分分，在在定定子子和和转转子子之之间间有有一定的气隙。一定的气隙。1. .定子定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。定子由定子铁心、绕组以及机座组成。 定子铁心是磁路的一部分，它由的硅钢片叠压而成。定子铁心是磁路的一部分，它由的硅钢片叠压而成。
3、定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈。硅定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈。硅钢片在叠压后成为一个整体，固定于机座内。钢片在叠压后成为一个整体，固定于机座内。 定子绕组：定子绕组： 定子绕组用绝缘的铜或铝导线定子绕组用绝缘的铜或铝导线（电磁线）（电磁线）绕成，嵌在绕成，嵌在定子槽内。定子槽内。散嵌线圈散嵌线圈 三相对称交流绕组模型三相对称交流绕组模型机座：机座： 主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑主要是为了固定与支撑定子铁心。端盖轴承还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电
4、动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型对中、小型异步电动机，通常用铸铁或铸铝机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座。电机，一般采用钢板焊接的机座。2 2、转子：、转子： 转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子主要由转子铁心、转子绕组和转子轴组成。转子铁心：转子铁心： 磁路的一部分，它用厚的硅钢片叠压而成，固定在转磁路的一部分，它用厚的硅钢片叠压而成，固定在转轴上，整个转子的外表呈圆柱形。轴上，整个转子的外表呈圆柱形。转子绕组：转子绕组： 分为笼型和绕线型两类。分为笼型和绕线型两类。 1 1）笼型转子：）笼型转子：在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两
5、端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。如果把的两端用端环连接起来，形成一个闭合的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状像个松鼠笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。笼子。导条的材料有用铜的，也有用铸铝的。笼型转子笼型转子笼型转子绕组模型笼型转子绕组模型 2 2）绕线型转子：）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线形。转子绕组的三条引线分别接到三个集电环（滑环）上，用一套电刷装置引出来，分别接到三个集电环（滑环）上，
6、用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相与笼型转子相比，绕线型转子的比，绕线型转子的结构较复杂，价格结构较复杂，价格稍贵，可靠性也较稍贵，可靠性也较低，因此只在要求低，因此只在要求起动电流小，起动起动电流小，起动转矩大，或需平滑转矩大，或需平滑调速的场合使用。调速的场合使用。3 3、气隙：、气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，
7、气隙多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为一般为mmmm左右。左右。5.1.2 5.1.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 三相异步电动机定子绕组接三相电源后，电机气隙内三相异步电动机定子绕组接三相电源后，电机气隙内便形成旋转磁场，设旋转磁场的方向为顺时针转动，如图便形成旋转磁场，设旋转磁场的方向为顺时针转动，如图所示。若转子不转，转子绕组与旋转磁场有相对运动，绕所示。若转子不转，转子绕组与旋转磁场有相对运动，绕组中有感应电动势组中有感应电动势e2，于是绕组中有电流，于是绕组中有电流 i2，这样，转子，这样，转子绕组就在磁场中受力绕组就在磁场中受力F，该力在转子轴上产生转矩，
8、使电，该力在转子轴上产生转矩，使电动机旋转。动机旋转。 转子的转向与旋转磁场相同。转子的转向与旋转磁场相同。 转子的转速通常用转差率的转子的转速通常用转差率的形式来表示。形式来表示。 通常通常S00.5%, , SN5%。工作原理：工作原理： 定子均布的三相绕组通入对称的三相电流后，合成旋定子均布的三相绕组通入对称的三相电流后，合成旋转磁场，该磁场沿定子内圆周方向（气隙）旋转。转子绕转磁场，该磁场沿定子内圆周方向（气隙）旋转。转子绕组被旋转磁场切割，产生感应电动势，继而产生感应电流组被旋转磁场切割，产生感应电动势，继而产生感应电流。转子电流在磁场下受力，从而产生电磁转矩，使电动机。转子电流在磁
9、场下受力，从而产生电磁转矩，使电动机旋转。旋转。 由由工工作作原原理理可可知知：转转子子的的转转速速n（电电动动机机的的转转速速）恒恒比比旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转速速度度n0（同同步步速速度度）要要小小。因因为为如如果果两两种种速速度度相相等等时时，转转子子和和旋旋转转磁磁场场没没有有相相对对运运动动，转转子子导导体体不不切切割割磁磁力力线线，因因此此，不不能能产产生生电电磁磁转转矩矩，转转子子将将不不能能继继续续旋旋转转。因因此此，转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间的的转转速速差差是是保保证证转转子子转速的主要因素，也是异步电动机的由来。转速的主要因素，也是异步电动机的由来。三相异步电
10、动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场 1旋转磁场产生的旋转磁场产生的 假假设设每每相相绕绕组组只只有有一一个个线线匝匝，分分别别嵌嵌放放在在定定子子内内圆圆周周的的6个个凹凹槽槽之之中中。现现将将三三相相绕绕组组的的末末端端X、Y、Z相相连连，首首端端A、B、C接接三三相相交交流流电电源源。且且三三相相绕绕组组分分别别叫叫做做A、B、C相绕组。相绕组。 规定：当某相电流为正值时，绕组首端电流流入。规定：当某相电流为正值时，绕组首端电流流入。 从分析可看出，电角从分析可看出，电角度变化度变化600时，合成磁场的时，合成磁场的位置也旋转了位置也旋转了600。当。当电角电角度变化度变化3600时，
11、合成磁场时，合成磁场的位置也旋转的位置也旋转3600。 即：即：n0=f （r/s) ) 由由此此可可知知，当当旋旋转转磁磁场场具具有有两两对对磁磁极极（p=2）时时，其其旋旋转转速速度度仅仅为为一一对对磁磁极极时时的的一一半半。依依次次类类推推，当当有有p对对磁磁极极时时，其转速为：其转速为： 按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。旋转磁场。 旋转磁场的转速旋转磁场的转速为：为： n0=60f / /p， n0也叫也叫同步转速同步转速。旋转磁场的方向：旋转磁场的方向： 通过
12、前面分析可得出旋转磁场的方向是从通过前面分析可得出旋转磁场的方向是从A相绕组转相绕组转向向B相绕组，也就是说旋转磁场的方向是从定子电流的超相绕组，也就是说旋转磁场的方向是从定子电流的超前相转向定子电流的滞后相。前相转向定子电流的滞后相。 如如果果将将定定子子绕绕组组接接至至电电源源的的三三根根导导线线中中的的任任意意两两根根线线对对调调，例例如如，将将B，C两两根根线线对对调调，使使B相相与与C相相绕绕组组中中电电流的相位对调。流的相位对调。 此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而而C相绕组内的电流又超前相绕组内的电流又超前B相绕组内的电流相绕
13、组内的电流2 /3，用上，用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为ACB，即向逆时针方向旋转，如图所示，即与未对调，即向逆时针方向旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。前的旋转方向相反。 由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。 定子绕组连接方式定子绕组连接方式 星形连接（星形连接（Y） 三角形连接（三角形连接（）定子绕组连线方法的选用：定子绕组连线方法的选用： 定定子子三三相相绕绕组组
14、的的连连接接方方式式（Y形形或或 形形）的的选选择择，须须视视电源的线电压而定。电源的线电压而定。 如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的绕组应该接成三角形；电动机的绕组应该接成三角形； 如果电源的线电压是电动机额定相电压的如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。么，电动机的绕组就应该接成星形。 通常电动机的铭牌上标有符号通常电动机的铭牌上标有符号 / /Y和数字和数字220 / /380 。 例例：电电源源线线电电压压为为380V，现现有有两两台台电电动动机机，其其铭铭牌牌数数据如下，试选择定子绕组的连接方式。据如下，试选择定子绕组的连接方式。 1. J32-4，功功率率，连连接接方方法法 /Y，电电压压220/380V，电电流流，转速转速1420 r/min，功率因数。，功率因数。 2. J02-21-4，功率，功率1.1 kW，连接方法，连接方法 ，电压，电压380V，电，电流，转速流，转速1410 r/min，功率因数。，功率因数。 解：解： J32-4 电动机应接星形（电动机应接星形（Y），如图），如图(a) 所示。所示。 J02-21-4 电电动动机机应应接接成成三三角角形形（ ），如如图图 (b)所示。所示。
