大学电工电子技术《电动机》课堂讲授课件

大学电工电子技术《电动机》课堂讲授课件结构·原理·控制·应用课程：电工电子技术课程电工电子技术讲授时间2026年课程导览01电动机概述分类用途与铭牌参数，建立整体认知02结构与原理剖析本体结构与电磁转矩机理03运行与控制掌握起动调速制动三大方法04应用与维护面向工程实际的选型与安全用电电动机概述电能变机械能的核心装备从分类到铭牌，认识电动机全貌01电动机是工业的动力心脏把电能变成转动的力量依据电磁感应原理，将电能转换为机械能01核心原理电能转换为机械能电动机是依据电磁感应原理，将电能转换为机械能的动力设备相较于内燃机等动力源，具有结构简单、控制方便、效率高、无污染等优势典型应用领域3项工业机床、起重运输广泛应用的典型领域风机水泵、家用电器、新能源汽车更多应用场景扩展现代工业生产中使用最广泛的动力执行装置是电气自动化系统的基础组成电动机的家族谱系其中

三相异步电动机

因结构简单、运行可靠、维护方便，占工业驱动的主导地位电动机分类总览分类依据主要类别按电流种类直流电动机、交流电动机按相数单相电动机、三相电动机按转子结构笼型电动机、绕线式电动机按运行原理异步电动机、同步电动机按用途驱动电动机、控制电动机、伺服电动机读懂电动机的铭牌密码铭牌是电动机的身份证参数项含义说明型号反映产品系列、机座号与极数等特征额定功率轴上输出的机械功率额定电压定子绕组规定施加的线电压额定电流额定运行时的定子线电流额定频率我国工频为

50Hz额定转速额定运行时的转子转速接法定子绕组的星形或三角形连接绝缘等级决定绕组允许的最高温度工作制连续、短时或断续运行方式结构与原理结构决定原理，原理驱动运行拆解定子转子，揭示旋转磁场奥秘02三相异步电动机结构总览一静一动，靠气隙传递能量三相异步电动机由定子与转子两大部分组成，二者之间留有均匀气隙定定子静固定不动磁场产生旋转磁场的主体转转子动电磁力驱动下旋转输出输出机械能隙气隙媒介能量传递的媒介性能大小直接影响励磁电流与运行性能架机械结构部件机座、端盖、轴承、风扇等作用支撑与散热部件定子结构与三相绕组定子绕组通入三相交流电后，将在气隙中建立旋转磁场定子铁芯由硅钢片叠压而成，内圆冲有槽，用于嵌放绕组并导磁定子绕组三相对称绕组，空间上彼此相差120度电角度绕组接法可接成星形或三角形，引出六个接线端，通过接线盒灵活换接机座固定铁芯并构成散热通路，多采用铸铁或铸铝材料笼型与绕线式转子对比对比项笼型转子绕线式转子结构导条与端环焊接成笼绕组分相嵌放并引出滑环引线无外接引线通过滑环外接电阻起动性能起动转矩较小可串电阻改善起动调速能力调速较困难便于调速结构可靠性简单坚固、维护少结构复杂、需维护典型应用风机、水泵、机床起重、轧钢、卷扬设备笼型转子以简单坚固见长，绕线式转子以起动调速灵活取胜，选型须看工况需求。旋转磁场是怎样转起来的三相交变电流的魔法三相对称绕组通入三相对称交流电流，各相电流在空间合成磁场三相电流相位依次相差

120度，合成磁场方向随时间连续旋转旋转磁场与转子导体产生相对切割，感应电动势并形成电流转子电流在磁场中受电磁力作用，形成驱动转子跟随旋转的

电磁转矩转子转速始终低于磁场转速，二者不同步，故称

异步磁场转速由什么决定极对数与频率决定转速n1=60f/p其中

f

为电源频率，p

为磁极对数同步转速的三大特性01工频50Hz极对数越多，同步转速越低。02反比关系极对数p与同步转速呈反比，是变极调速的理论依据。03离散取值同步转速只能取若干离散值，实际转速还受负载与转差率影响。转差率与转子转动异步的核心就在这一"差"s=(n1−n)/n1转子转速n与同步转速n1之差同n1之比，构成异步电机的转差率转差率的四种运行状态4项额定状态转差率很小，说明转子紧追磁场起动瞬间n为零，转差率最大；理想空载时趋近于零运行中转差率反映运行状态，直接影响转子电流与电磁转矩电磁转矩与机械特性转矩与转速的博弈关系电磁转矩由旋转磁场对转子电流的作用产生，大小与磁通、转子电流及功率因数有关；机械特性呈先升后降的曲线。转机械特性关键区段最大转矩曲线上存在最大转矩点，是电机稳定运行的临界条件稳定工作区最大转矩点右侧为稳定工作区，左侧为不稳定区堵转风险负载转矩超过最大转矩时，电机将堵转停转，须留足过载裕量单相异步电动机原理单相绕组产生脉动磁场，起动时合成转矩为零，不能自起动脉动磁场特性可分解为两个反向旋转的磁场，起动时合成转矩为零。结构简单，广泛用于电风扇、洗衣机等小功率场合。常见起动方式电容起动电阻起动罩极起动通过增设起动绕组引入相位差，形成椭圆形旋转磁场，实现自起动。运行与控制起动平稳，调速灵活，制动可靠三大运行控制方法逐一攻克03起动性能的核心矛盾一按开关，电流先"冲"起来起动瞬间，电流冲击数倍于额定，转矩却所剩无几起动电流大3项转子静止转差率最大，转子感应电流大，定子电流随之剧增电流剧增起动电流可达额定电流的数倍电网冲击造成电网电压波动，影响其他设备运行起动转矩小3项功率因数低起动时功率因数偏小主磁通削弱磁场变弱，转矩基础被削弱转矩受抑综合导致起动转矩较小平衡综合考量直接起动的条件与应用最省事，但有门槛直接起动：设备最简、操作最省，却有电网门槛定定义与适用条件直接接入电动机直接接入额定电压电网起动设备简单起动设备少、操作方便容量约束适用于电机容量相对电网容量较小的场合比例要求电机容量不超过电源变压器容量的某一比例，以免冲击电网优优点与缺点优点起动设备少、成本低、起动转矩较大缺点起动电流大，频繁起动会加剧绕组发热与电网波动星三角降压起动先降压，后提速特点轻载或空载起动三角形接法要求第1步星形起动定子绕组接成星形每相电压降为额定电压的

1/√3，限制起动电流。第2步切换三角形切换为三角形连接转速升高后完成切换，电机进入全压运行。第3步全压运行三角形接法全压运行电机正常运行时须为三角形接法，且绕组具备换接引出条件；适用于

轻载或空载起动

场合。自耦变压器降压起动与软起动选择时需权衡

起动电流、起动转矩

与

设备成本

三者关系各类降压起动的共同思路：降低起动电压以限制起动电流自耦变压器降压起动抽头选档：通过抽头灵活选择电压档位转矩更大：起动转矩比星三角方式更大定子串电阻或电抗起动设备简单：结构简单能耗体积：电阻能耗大、电抗体积大适用范围：多用于小容量电机软起动器起动晶闸管调节：利用晶闸管平滑调节电压无冲击起动：起动过程可控平稳无冲击：实现平稳起动绕线式转子串电阻起动既限流，又增矩绕线式转子串电阻，实现限流与增矩的双重目标原理与过程4步串电阻转子回路经滑环串入电阻双重收益同时降低起动电流并提高起动转矩逐级切除随转速升高逐级切除电阻平稳加速电机平稳加速至正常运行优势与局限4点重载适用特别适合重载起动场合典型场景起重机、轧钢机、卷扬机等设备对比优势相比降压起动，重载下优势明显维护代价滑环与电刷需定期维护，结构相对复杂变极调速改变极对数，跳着调速改变磁极对数即可改变同步转速，实现有级调速原理与实现3项由同步转速公式可知，改变磁极对数

p

即可改变同步转速，实现调速通过改变定子绕组的接法，使电机呈现不同的极对数属于有级调速，转速只能按固定档位跳变特点与应用3项常用双速或多速电动机，如机床主轴、电梯驱动等场合优点：设备简单、控制方便缺点：调速不平滑、档位有限变频调速改变频率，平滑调速变频调速通过改变电源频率，实现无级平滑调速与显著节能原理2项无级调速通过变频器改变电源频率

f，同步转速随之连续变化，实现无级调速压频协调控制为保证磁通基本恒定，调频同时需成比例调节电压，即压频协调控制优势与应用3项调速性能优良调速范围宽、平滑性好、效率高软起动与节能可实现软起动与制动控制，节能效果显著应用领域广泛广泛应用于风机、水泵、数控机床及新能源汽车驱动等领域变转差率调速变转差率调速多用于绕线式电机的特定工况，应用范围相对有限在电源频率与极对数不变时，通过改变

转差率s

即可调整转速转子串电阻调速原理：转子回路串入电阻，改变机械特性实现调速特点：调速平滑短板：串电阻带来额外能量损耗，效率偏低串级调速原理：将转差功率回馈利用优势：改善能耗问题，调速性能更优机械制动与电气制动概述让电机快速、平稳地停下来实际系统中二者常配合使用，以兼顾制动速度与定位精度机械制动原理依靠机械抱闸、电磁抱闸等装置对转轴施加摩擦力特点结构直观、停位可靠电气制动原理通过改变电机绕组的接线或电源条件，产生制动转矩特点平稳、无磨损配合使用二者常配合使用，兼顾制动速度与定位精度电气制动的三种方式反接制动制动原理改变电源相序，使旋转磁场反向，产生强烈制动转矩特点制动快，但冲击大、能耗高快速停车能耗制动制动原理切断交流电源后通入直流电，建立静止磁场消耗动能特点制动平稳、无冲击起重设备回馈制动制动原理转速超过同步转速时进入发电状态，将机械能回馈电网特点节能效果突出电车下坡起重机下放应用与维护选得对，用得久，护得安从课堂走向工程现场04电动机的选型原则选对电机，事半功倍功功率匹配选型依据负载功率并留适当裕量注意过大则效率低、过小则易过载型类型选择依据根据电源条件、起动要求、调速需求选用类别笼型、绕线式或直流电机速转速选择依据结合负载转速与传动方案目标兼顾经济性与传动效率护防护型式依据根据安装环境的粉尘、潮湿、腐蚀等条件选型选用相应防护等级安装与运行前检查安装核对、试运观察、确认投运，三步把好安全关安装前核对核对接线方式、绝缘电阻与铭牌参数检查基础牢固、联轴器同心、旋转方向正确试运行观察空载起动，观察电流、振动、温升与噪声确认紧固螺栓、接线端子连接可靠，接地保护齐全确认后投运一切正常方可带载运行做好运行记录日常维护与常见故障日常维护要点定期检查轴承润滑、绕组温升、绝缘状况与通风散热条件。保持电机良好状态保持电机清洁干燥，防止受潮、积尘与异物侵入。常见故障与排查故障现象可能原因电机过热过载、通风不良、电压异常、绕组故障振动异常、噪声大轴承磨损、安装松动、气隙不均无法起动电源故障、控制回路异常、负载卡阻发现异常应及时停机排查，切忌带病运行电动机的电气保护保护到位，运行无忧构建电机安全运行的防线常用保护措施短路保护由熔断器或断路器实现，迅速切断短路电流过载保护由热继电器实现，防止长时间过载导致绕组过热失压与欠压保护由接触器配合控制线路实现，避免电压异常损坏设备补充说明