电动机课件讲义

电动机电动机是把电能转换为机械能的装置

电动机交流电动机直流电动机异步电动机同步电动机电动机的分类：三相异步电动机单相异步电动机电动机电动机是把电能转换为机械能的装置。三相异步电动机主要有定子（固定部分），转子（转动部分）组成。还有端盖和轴承盖、防护罩、轴承等。三相异步电动机的定子结构：三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁心、定子三相绕组和端盖等部分组成。定子铁心是电动机磁路的一部分，一般是用厚度为0.5mm相互绝缘的硅钢片叠成，铁芯内圆表面有均匀分布的槽。三相异步电动机的定子主要由机座、定子铁心、定子三相绕组和端盖等部分组成。定子槽内嵌放定子三相绕组，每对绕组有两个接头，总共6个接头分别引接到接线盒的6个端子上，以便把三相绕组连成星形或三角形。三相绕组和机座接线盒的连接三相异步电动机的转子结构：三相异步电动机的转子主要由转轴、转子铁心和转子绕组等组成。转子铁心固定在转轴上，铁心由硅钢片叠成圆柱形，外表面有槽，槽内放置转子绕组。笼型转子是在转子铁心的槽内放置铜条，铜条的两端分别焊接在两个铜环上，以使转子绕组构成回路。中、小型笼形电动机大都采用铸铝转子。将熔化的铝浇注到转子铁心槽内，并同时铸出两端短路环和散热风扇叶片绕线型转子绕组与定子绕组类似，按一定规律把绝缘导线嵌放在转子铁心槽中组成三相星形绕组，三个首端分别接在装在转轴的三个滑环上，通过一组电刷引出来与外部的三相变阻器连接起来。绕线型异步电动机转子电路接线图三相异步电动机的工作原理一对顺时针旋转的永久磁铁产生旋转磁场，闭合的转子绕组受到磁力线的切割产生感生电动势和感生电流

感生电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F以及转矩T电磁力F的方向由左手定则判断，在电磁转矩T作用下转子和旋转磁场同方向旋转，但转子转速必然低于磁场转速异步电动机的工作原理图三相异步电动机旋转磁场的产生

三相异步电动机定子绕组示意图

定子铁心有六个槽，每相绕组由一个线圈组成，三相绕组在空间互差120°对称的嵌放在定子铁心槽内。三相绕组的首端U1，V1，W1接在三相电源上，末端U2，V2，W2连在一起接成星形。三相对称绕组中有三相对称电流流过

旋转磁场的转速每相绕组由两个线圈串联而成，采用90°几何角的节距，每相绕组由两个线圈串联而成每相绕组的首端与首端、末端与末端互隔60°几何角

给三相绕组通入三相对称电流，可产生两对极旋转磁场

两对极（四极）三相异步电动机定子绕组示意图

旋转磁场的转速当电流变化180°，合成磁场在空间旋转90°旋转磁场的转速：具有P对磁极的旋转磁场的转速：旋转磁场的方向

磁场按顺时针旋转

把三根电源线中的任意两根对调

磁场按逆时针旋转

转子的旋转方向与磁场的旋转方向相同转速与转差率因为异步电动机的转子绕组受到旋转磁场切割时，产生电磁转矩，使电动机转动，因此异步电动机的转速n必然小于磁场同步转速n1转差率:

在电动机启动瞬间，电动机的转速n=0，转差率s=1随着转速n的提高，转差率s减小，电动机在额定负载下运行时的额定转速nN略小于同步转速n1，所以额定转差率很小，一般为0.02-0.08。三相异步电动机的机械特性电磁转矩从理论上推导出异步电动机电磁转矩的表达式为是与电动机结构有关的常数

是定子绕组的相电压

为转子每相绕组的电阻为转子静止时每相绕组的等效感抗电源电压的波动对电动机的转矩影响很大

电动机电磁转矩的表达式为:相电压U1和频率f一定时，转矩T与转差率s的关系曲线电磁转矩;2.机械特性电动机的机械特性指在电源电压u1不变的条件下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系

b点对应的转矩为额定转矩TN，转速为额定转速nN，c点对应的转矩为最大转矩Tm，d点对应n=0时的启动转矩Tst电动机启动的条件：

三相电动机的铭牌型号:三相异步电动机的使用启动：电动机接通电源后开始转动，直到转速稳定的过程电源启动的瞬间，电动机转速n=0，转差率s=1，旋转磁场切割转子的相对速度最大，转子电路的感应电动势和感应电流最大，定子电流也必然最大，此瞬间定子线电流称为启动电流。一般中、小型笼型三相异步电动机的启动电流约为额定电流的5~7倍。通常情况下，电动机的启动时间很短(中、小型电动机约为1~3秒)，电流随转速上升而很快下降。对于不频繁启动的电动机，不会因启动而过热，但过大的启动电流会使供电线路电压降低，影响同一变压器供电的其他负载的工作一般情况下，30kW以下的小容量笼型异步电动机可以全压直接启动，即将额定电压通过开关直接加在定子绕组上使电动机启动。常用的降压启动方法

定子串联电阻（电抗）启动定子电路中串联电阻或电抗器、以限制启动电流，待转速升高时，再将电阻或电抗器短接，使电动机在额定电压下正常运行。b.星形-三角形转换连接法星形连接启动时：三角形直接启动时：

c.自耦变压器降压启动若自耦变压器变压比为K，则起动电流和起动转矩均下降为直接起动时的1/K²

降压起动虽然降低了起动电流，同时也降低了起动转矩，因而降压起动适用于电动机轻载或空载起动的场合。绕线型电动机可以采用在转子回路中串联电阻的起动方法。这样既可以限制起动电流，同时又增加了起动转矩。三相异步电动机的使用三相异步电动机的调速异步电动机的转速公式:

由上式可得改变异步电动机转速的方法有:

改变转差率S

改变磁极对数

P改变电源频率

f改变定子绕组电压、改变转子电路电阻均可使同一转矩下的转差率变化三相异步电动机的使用三相异步电动机的反转S1闭合，电动机定子绕组U,V,W分别与电源L1,L2,L3连接，电动机通常为顺时针旋转。S2闭合，电动机定子绕组U,V,W分别与电源L3,L2,L1连接，使定子绕组的电流相序为逆时针方向排序，电动机也逆时针方向旋转。三相异步电动机的使用三相异步电动机的制动能动制动当电动机与交流电源断开后，立即给定子绕组通入直流电流，在三相异步电动机内部形成一静止的磁场。转子导体切割直流磁场将产生感生电流，转子电流与静止磁场相互作用产生的电磁转矩将阻止转子转动，电动机迅速停车b.反接制动:将电动机的三根电源线中任意两根换位反接，使磁场反向旋转，电磁转矩变为制动转矩，使电动机因制动而迅速减速单相异步电动机单相异步电动机在单相电压下运行，功率容量较小。常用的有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机单相异步电动机结构示意图

接线原理图

适当选择电容C，可使U2绕组中的电流i2在相位上超前U1绕组中的电流i1将近90°，则两相电流所产生的合成磁场为一旋转磁场。磁场旋转方向由串联电容的绕组转向未串联电容的绕组。在旋转磁场的作用下，转子有启动转矩，电动机转动

可通过开关的切换，改变电容C在两个绕组中的位置，改变磁场旋转方向，从而改变电动机的转动方向

罩极式异步电动机的原理图罩极式异步电动机转子为笼型转子，定子为凸极式，定子绕组套在这个凸极上，在每个磁极表面约1/3处有一个开槽，槽内套有短路铜环，被铜环套着的部分磁极称为罩极。

当定子绕组通入交变电流时，由于短路铜环中感应电流的作用，罩极部分的磁通在时间上滞后，形成一个移动磁场，使电动机启动。罩极式异步电动机的旋转方向从磁极不罩铜环的部分，转向罩有铜环的部分。三相同步电动机结构：同步电动机分为电枢和磁极两部分。电枢与三相异步电动机的定子结构完全相同，也是由铁心和绕组组成。磁极由磁极铁心和励磁绕组构成。磁极铁心装在电动机转轴上，磁极铁心上有励磁绕组，经滑环和电刷通入直流励磁电流，使各磁极产生N，S交错的极性。工作原理：三相同步电动机的电枢绕组通入三相对称正弦交流电时，和三相异步电动机一样，产生幅值恒定，转速均匀的旋转磁场。制造上使定子旋转磁场的磁极对数与转子磁场的磁极对数相等，根据磁极同性相斥，异性相吸的原理，转子磁极被旋转磁场吸住以同步转速旋转，转速为旋转磁场的同步转速电枢旋转磁场与转子磁极吸引住的条件是两者相对静止和磁极间相互吸引所形成的电磁转矩足以克服转子上的负载转矩。所以同步电动机的旋转磁场在能够吸引住转子的情况下，电动机的转速与所带负载大小无关，恒为同步转速同步电动机运行时，转子磁极轴线落后于旋转磁场中心线一个θ角，电磁转矩随θ角的增加而增大。θ=O°时转矩为零，θ为90°时转矩最大，在同步电动机运行中，负载的变化只影响θ的变化，而不改变转速。同步电动机本身没有自起动能力，常用的方法为异步起动法。同步电动机在制造时为转子上多安装一套笼型起动绕组。起动同步电动机时，先不给转子磁极绕组励磁，而用适当阻值的电阻将笼型起动绕组接成闭合回路，这样当电枢绕组中接入三相电源时，电动机为异步工作状态。当电动机接近同步转速时，再切断笼型起动绕组电阻，为转子磁极绕组通直流励磁电流，使转子产生磁场，被电枢旋转磁场吸引，拖入同步运行状态。直流电动机定子为一对直流励磁的静止的主磁极N和S。转子上装设电枢铁心，在电枢铁心上装有电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的相互绝缘的铜片上称为换向片。由换向片构成的整体称为换向器，固定不动的电刷B1和B2与转动的换向器保持滑动接触。直流电动机电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。当电枢线圈中有电流流过，就会在磁场中受到电磁力作用产生电磁转矩而转动。由于换向器的作用，电流总是从N极范围内的导体流入，从S极范围内的导体流出，从而保证所产生的电磁转矩方向不变，电动机能连续的旋转。直流电动机结构主要由定子、转子（电枢）两大部分组成定子部分包括机座