《电工电子技术》课件 模块三：变压器和电动机

神奇的“电压魔术师”：你知道哪些？为什么手机充电器能把220V变成5V？为什么高压线能把电送到千里之外？这一切都归功于“变压器”——这位掌控电压升降的幕后英雄，它是现代电力传输的核心枢纽。01微型：随身能量管家手机充电器、电源适配器的核心，将220V市电安全降压为5V/12V，为便携设备提供动力。02中型：社区电力枢纽常见于小区或工厂旁的“大铁箱”，将10kV高压电转化为220V民用电压，保障日常用电。03巨型：输电超级心脏发电站核心设备，将电压升至几十万伏以减少传输损耗，实现跨区域的高效电力输送。核心原理：利用电磁感应原理，通过改变线圈匝数比实现电压升降，是连接发电端与用电端的“能量桥梁”。无处不在的“动力心脏”：你知道哪些？01微型电机·精密之芯藏于牙刷、无人机与智能穿戴中。以小巧体积迸发超高转速，实现毫米级精准控制，是便携智能设备的能量源泉。02小型电机·生活引擎驱动洗衣机、吸尘器等家电。兼顾强劲动力与静音耐用，将电能转化为生活便利，是现代家庭不可或缺的隐形帮手。03大型电机·工业巨擘赋能电动汽车、高铁与工厂机床。以超大功率和卓越效率输出动能，承载着重型交通与工业制造的核心驱动力。💡科学溯源：1821年法拉第实验揭示了“电生磁，磁生力”的核心原理，开启了电机时代。从实验室的微小转动到驱动世界的磅礴动力，它始终是改变人类文明进程的“动力心脏”。模块三变压器和电动机两个项目项目一

认识磁路与变压器

磁路的基础知识、认识交流铁芯线圈及变压器、认识常用的变压器项目二

认识电动机

三相异步电动机、直流电动机

项目一认识磁路与变压器6项目一

认识磁路与变压器本项目的焦点问题：

磁场基本物理量？

变压器工作原理？常用的几种变压器？

技能点：钳形电流表使用心式变压器结构通电线圈的磁场钳形表项目一学习目标知识目标1.掌握电磁场的基本概念。2.理解常用变压器的结构、原理。技能目标1.能够识别常用的变压器。2.会使用钳形电流表。素质目标体验电磁电路，具备探索求知的热情，培养自主创新的意识，学会观察和总结分析问题。任务一

掌握磁路的基础知识知识导入结合生活经验，谈谈见过哪些磁体？它们有什么性质？结论：条形磁体、蹄形磁体、针形磁体等。任何一个磁体都有两个磁极，即N极和S极。磁体之间的相互的作用力表现为同性相斥，异性相吸。指南针就是利用磁体的这种性质制作的。

一、磁场的基本物理量【磁场与磁感应线】磁体之间相互吸引或排斥的力称为磁力.磁体周围存在磁力作用的区域称为磁场。在磁场中可以利用磁感应线来形象的表示各点的磁场方向。

任务一

掌握磁路的基础知识

一、磁场的基本物理量【磁场与磁感应线】

磁感应线具有以下特征：（1）磁感应线是互不交叉的闭合曲线，在磁体外部由N极指向S极，在磁体内部由S极指向N极；（2）磁感应线上任意一点的切线方向，就是该点的磁场方向；（3）磁感应线的疏密程度反映了磁场的强弱，磁感线越密表示磁场越强。

任务一

掌握磁路的基础知识

一、磁场的基本物理量（1）磁通（Φ）定义：通过与磁场线方向垂直的某一截面(面积为S)内

磁场线的总数称为磁通Φ。大小：Φ=B·S

反应了磁场中这一截面上磁场的强弱单位：韦伯【Wb】

与电磁单位麦克斯韦(Mx)的关系：1Wb=108Mx。任务一

掌握磁路的基础知识

任务一

掌握磁路的基础知识做一做:如下图所示，磁感强度B垂直于线圈平面S1和S2(S2>S1)，磁场方向指向纸内，若通过线圈平面的磁通量分别为Φ1、Φ2，请比较Φ1与Φ2的大小。一、磁场的基本物理量（2）磁感应强度（B）定义：单位面积上垂直穿过的磁感应线数,称为磁感应强度。

表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，是矢量。方向：与该点磁力线的切线方向一致。强度：磁场线的疏密程度表示该点磁场的强弱公式：

B表示磁感应强度，单位是特（T）；

Φ表示磁通量（Wb）；

S表示与磁场方向垂直的平面面积，单位是平方米（m2）单位：特斯拉【T】任务一

掌握磁路的基础知识磁感应强度【通电螺线管产生的磁场】通电螺线管的磁性很像一根条形磁铁，一端相当于N极，另一端相当于S极，如图所示。磁场的方向同样可用右手螺旋定则来判定，即右手握住螺线管，弯曲的四指指向与电流方向一致，则大拇指指向通电螺线管内部磁感线的方向即为通电螺线管的N极。任务一

掌握磁路的基础知识螺线管产生的磁场

（3）磁导率（μ）定义：表示介质导磁能力的物理量。

在相同的条件下，μ值越大，磁感应强度B越大，磁场越强;

μ值越小，磁感应强度B越小，磁场越弱。单位：亨利/米【H/m】。

真空磁导率：μ0=4π×10-7H/m任何一种介质的磁导率μ与真空磁导率μ0的比值称为该介质的相对磁导率,用μr表示。任务一

掌握磁路的基础知识

一、磁场的基本物理量（4）磁场强度（H）定义：由线圈电流、线圈匝数、线圈尺寸决定，和线圈内部填充材料无关。单位：安/米【A/m】与磁感应强度的关系：

或任务一

掌握磁路的基础知识

二、铁磁性材料的性质铁磁性材料：铁、钢、镍、钴及其合金以及铁氧体等材料。任务一

掌握磁路的基础知识高导磁性磁饱和性磁滞性性质

二、铁磁性材料的性质（1）高导磁性任务一

掌握磁路的基础知识磁畴：在铁磁性材料内部,由分子电流自发形成的一个个具有磁化性质的小区,称为磁畴。每一个磁畴就相当于一个小磁铁,在没有外磁场作用时,各个磁畴取向不同,排列杂乱无章,对外界的作用相互抵消,不显示宏观磁性。当把磁性材料置于外磁场中时,在外磁场作用下,各磁畴就沿外磁场的方向取向,产生了附加磁场,并大大加强了外磁场。

二、铁磁性材料的性质（2）磁饱和性任务一

掌握磁路的基础知识什么是磁饱和性？由于磁化所产生的附加磁场不会随外加磁场的加强而无限制地增加。磁感应强度B与磁场强度H的关系曲线用B=f(H)来表示,这条曲线称为磁化曲线。磁化曲线曲线①分析Oa段：起始磁化，磁畴转向使B随H快速非线性增长；ab段：饱和过渡，磁畴排列趋齐，B增速明显放缓；b点后：深度饱和，磁畴完全定向，B基本不变，为饱和状态。注意：1）铁磁性材料的μ不是常数,其B和H的关系是非线性的2）非磁性材料的磁化曲线是通过坐标原点的直线,如图中③

所示。

二、铁磁性材料的性质（3）磁滞性磁滞性表现在铁磁性材料在交变磁场中反复磁化时,其磁感应强度B的变化滞后于磁场强度H的变化。任务一

掌握磁路的基础知识剩磁感应强度（Br）当磁场强度H减小到零时，材料中残留的磁感应强度。它代表了材料保留磁性的能力。矫顽磁力Hc为使材料的磁感应强度B减小到零，所需施加的反向磁场强度。它代表了材料抵抗退磁的能力。

三、铁磁性材料的类型根据铁磁质的矫顽力的大小，将磁性材料分成软磁、硬磁和矩磁材料。（1）软磁材料任务一

掌握磁路的基础知识较小的矫顽力（矫顽力很小，即磁场的方向和大小发生变化时磁畴壁很容易运动），磁滞回线很窄；包围面积小，在磁场作用下非常容易磁化；取消磁场后很容易退磁化

象硅钢、铁镍合金、铸铁和铁氧体等。由于软磁材料磁滞损耗小，适合用在交变磁场中，如变压器铁芯、继电器、电动机转子、定子都是用软件磁性材料制成。

三、铁磁性材料的类型根据铁磁质的矫顽力的大小，将磁性材料分成软磁、硬磁和矩磁材料。（2）硬磁材料任务一

掌握磁路的基础知识硬磁材料是指那些难以磁化，且除去外场以后，仍能保留高的剩余磁化强度的材料，又称永磁材料。（磁铁）剩磁及矫顽磁力大,磁滞回线较宽包围面积大，需有较强的外磁场才能磁化。取消磁场后磁性不易消失这类材料主要有钨钢、铬钢、钴钢和钡铁氧体等。适用于制造永久磁铁、电信仪表、永磁式扬声器及小型直流电机中的永磁铁芯等。

三、铁磁性材料的类型根据铁磁质的矫顽力的大小，将磁性材料分成软磁、硬磁和矩磁材料。（3）矩磁材料-铁氧体任务一

掌握磁路的基础知识这类材料主要有锰镁铁氧体和锂锰铁氧体等。

在两个方向上的剩磁可用于表示计算机二进制中的“0”和“1”，可作磁性记忆元件，如高速存储器。铁氧体是含铁酸盐的陶瓷氧化物磁性材料，一般呈现出亚铁磁性。磁滞回线呈矩形，又称矩磁材料，具有较大矫顽磁力和较大的剩磁。只需很小的外加磁场就能达到磁饱和撤去外磁场后,磁感应强度与饱和时一样

四、磁路定律1.磁路的概念任务一

掌握磁路的基础知识

在电机、变压器及各种铁磁元件中常用磁性材料做成一定形状的铁心。铁心的磁导率比周围空气或其它物质的磁导率高的多，磁通的绝大部分经过铁心形成闭合通路，磁通的闭合路径称为磁路。

四、磁路定律2.全电流定律任务一

掌握磁路的基础知识

定义：在磁场中沿任何闭合曲线,磁场强度沿任意闭合环路的环量(环量指磁场强度H沿着一条闭合路径的线积分)等于穿过该环路所围曲面的全电流。注意：计算电流∑I时,以预先任取的闭合曲线绕行的方向为准,凡参考方向符合右手螺旋法则的电流为正,反之为负。环形铁芯磁路

四、磁路定律3.磁路的欧姆定律任务一

掌握磁路的基础知识

根据安培环路定律可得设磁路的平均长度为l，则有式中：F=NI

为磁通势，由其产生磁通；

Rm称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用；

l为磁路的平均长度；

S为磁路的截面积。若某磁路的磁通为

，磁通势为F

，磁阻为Rm，则：此即磁路的欧姆定律。

四、磁路定律3.磁路的欧姆定律任务一

掌握磁路的基础知识

磁路磁通势F=NI磁通

磁阻电路电动势E电流密度J

电阻磁感应强度B电流I

NI+_EIR

一、交流铁芯线圈将线圈绕制在铁芯上便构成了铁芯线圈。任务二

认识交流铁芯线圈及变压器直流铁芯线圈铁芯线圈交流铁芯线圈直流磁路交流磁路磁通恒定不变,不会在线圈内产生感应电动势。线圈内的电压、电流的关系及功率损耗与一般的直流电路相同。（根据所接

电源不同）

一、交流铁芯线圈任务二

认识交流铁芯线圈及变压器交流磁路的励磁线圈中通入的是交流电流,比直流磁路复杂。（1）电磁关系

–+e–+e

+–uNi线圈铁心主磁通

：通过铁心闭合的磁通。

与i不是线性关系。漏磁通

：经过空气或其它非导磁媒质闭合的磁通。这两个磁通又分布在线圈中产生两个感应电动势,即主磁电动势e和漏磁电动势eδ

一、交流铁芯线圈（1）电磁关系任务二

认识交流铁芯线圈及变压器

–+e–+e

+–uNi线圈铁心根据KVL:由于线圈电阻上的电压降Ri和漏磁电动势eδ都很小,与主磁电动势e相比均可忽略不计,则上式变为

一、交流铁芯线圈（1）电磁关系任务二

认识交流铁芯线圈及变压器

–+e–+e

+–uNi线圈铁心外加电压u是正弦交流电压,主磁通Φ也随时间按照正弦规律变化。设主磁通则其感应电动势为式中:Em为主磁通感应电动势e的最大值。其有效值为

一、交流铁芯线圈（1）电磁关系任务二

认识交流铁芯线圈及变压器

–+e–+e

+–uNi线圈铁心其电压有效值为通过上式可见，当电源电压的有效值U和频率f保持不变时,只要线圈的匝数N保持定值,主磁通的最大值Φm就基本不变。这个性质也被称为恒磁通原理。

一、交流铁芯线圈任务二

认识交流铁芯线圈及变压器（2）功率损耗

交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。

1.铜损（

Pcu）在交流铁心线圈中,线圈电阻R上的功率损耗称铜损，用

Pcu表示。

Pcu=RI2式中：R是线圈的电阻；I是线圈中电流的有效值。2.铁损（

PFe）在交流铁心线圈中，处于交变磁通下的铁心内的功率损耗称铁损，用

PFe

表示。铁损由磁滞和涡流产生。

+–ui

任务二

认识交流铁芯线圈及变压器铁损耗--磁滞损耗磁滞损耗--在交变磁场中,铁芯被反复磁化,磁性材料内部的磁畴反复取向排列,由此产生功率损耗,并使铁芯发热,这种损耗就是磁滞损耗。在交流电流的频率一定时,磁滞损耗与磁滞回线所包围的面积成正比。减少磁滞损耗的措施：选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。OHB

任务二

认识交流铁芯线圈及变压器铁损耗--涡流损耗涡流：交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流。涡流损耗:由涡流所产生的功率损耗。减少涡流损耗措施：

提高铁心的电阻率。铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。

二、变压器变压器是一种常见的电气设备，在电力系统和电子线路中应用广泛。变压器的主要功能有：任务二

认识交流铁芯线圈及变压器变电压：电力系统

变电流：电流互感器

变阻抗：电子线路中的阻抗匹配

任务二

认识交流铁芯线圈及变压器想一想？电力工业中常采用高压输电低压配电，电力如何到达我们的家庭中的。

发电厂10.5kV输电线220kV升压仪器36V降压…实验室、家庭380/220V降压变电站

10kV降压降压

二、变压器变压器的分类：任务二

认识交流铁芯线圈及变压器按用途分电力变压器(输配电用)仪用变压器整流变压器按相数分三相变压器单相变压器按制造方式壳式变压器心式变压器心式变压器壳式变压器

二、变压器一次绕组（初级绕组、原绕组）与电源相连二次绕组（次级绕组、副绕组）与负载相连表示一次绕组各量的字母均标注下标“1”,如一次绕组电压u1、一次绕组匝数N1等；表示二次绕组各量的字母均标注下标“2”,如二次绕组电压u2、二次绕组匝数N2等。任务二

认识交流铁芯线圈及变压器

单相变压器+–+–一次绕组N1二次绕组N2铁心1.结构变压器主要是由铁心和绕组两部分组成

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(1)空载运行状态--变电压作用。+–+–+–+–

1

一次侧接交流电源，二次侧开路。空载时，铁心中主磁通

是由一次绕组磁通势产生的。

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(1)空载运行状态--变电压作用。+–+–+–+–

1

变压器空载运行状态下的一次绕组电流称为空载电流,用i0表示。磁动势N1i0建立磁场,主磁通Φ沿铁芯闭合,分别在一次、二次绕组中产生正弦交变感应电动势e1和e2。

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(1)空载运行状态--变电压作用。+–+–+–+–

1

二次绕组的电压方程为空载运行状态下,二次绕组的电流I2=0,因此,端电压U20=E2,则输出电压的有效值为在一次绕组中略去极小的电阻电压降以及漏磁通的影响,可以得到:交流电压源的有效值为

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(1)空载运行状态--变电压作用。+–+–+–+–

1

变压器空载时:K为变比（匝数比）结论：改变匝数比，就能改变输出电压。

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(2)负载运行状态--变电流作用。+–+–

1

i1

2i2+–e2+–e2+–u2一次侧接交流电源，二次侧接负载有载时，铁心中主磁通

是由一次、二次绕组磁通势共同产生的合成磁通。

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(2)负载运行状态--变电流作用。+–+–

1

i1

2i2+–e2+–e2+–u2不论变压器空载还是有载，一次绕组上的阻抗压降均可忽略，故有由上式，若U1、f不变，则

m基本不变，近于常数。可见，铁心中主磁通的最大值

m在变压器空载和有载时近似保持不变。即有空载：有载：

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(2)负载运行状态--变电流作用。+–+–

1

i1

2i2+–e2+–e2+–u2结论：一次、二次侧电流与匝数成反比。磁势平衡式：有载磁势空载磁势空载电流i0很小，忽略不计。

二、变压器任务二

认识交流铁芯线圈及变压器2.工作原理(3)变换阻抗作用。+–+–+–由图可知：

结论：变压器一次侧的等效阻抗模，为二次侧所带负载的阻抗模的K2倍。

做一做：已知某变压器铁芯截面积为150cm2,铁芯中磁感应强度的最大值不能超过1.2T,若要用它把6000V工频交流电变换为230V的同频率交流电,则应配多少匝数的原、副绕组?任务二

认识交流铁芯线圈及变压器铁芯中磁通的最大值为Φm=BmS=1.2×150×10-4=0.018(Wb)原绕组的匝数应为N1=U1/4.44fΦm=6000/(4.44×50×0.018)=1502副绕组的匝数应为N2=U2/4.44fΦm=230/(4.44×50×0.018)=58或N2=N1/k=N1/(U1/U2)=1502/(6000/230)=58解：

做一做：已某晶体管收音机输出变压器的一次绕组匝数N1=230匝,二次绕组匝数N2=80匝,原来配有阻抗为8Ω的扬声器,现在要改接为4Ω的扬声器,问输出变压器二次绕组的匝数应如何变动(一次绕组匝数不变)?任务二

认识交流铁芯线圈及变压器设输出变压器二次绕组变动后的匝数为N2′当RL=8Ω时，Ri=k2RL=(230/80)2×8=66.1(Ω)当RL′=4Ω时，Ri′=k′2RL′=(230/N2′)2×4根据题意有Ri=R′i,即66.1=(230/N2′)2×4解得N2′≈57匝解：

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器三相油浸式变压器结构除了铁芯和绕组之外,变压器还包括油箱、油枕、防爆管、高低压套管等附属部件,如图所示。1-信号温度计;2-铭牌;3-吸湿器;4-油枕;5-油表;6-安全气道;7-气体继电器;8-高压套管;9-低压套管;10-分接开关;11-油箱;12-铁芯;13-线圈及绝缘;14-放油阀门;15-小车;16-接地螺栓

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器高压绕组：U1-U2V1-V2W1-W21.结构低压绕组：u1-u2v1-v2w1-w2U1、V1、W1：首端U2、V2、W2：末端u1、v1、w1：首端u2、v2、w12：末端U1V1W1U2V2W2u1v1w2v2u2w1

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器1.结构星形接法高压绕组星形连接用Y表示,三角形连接用D表示,中性线用N表示。低压绕组星形连接用y表示,三角形连接用d表示,中性线用n表示。常用接法:三角形接法Y、yn；Y、d；YN、d高压绕组接法低压绕组接法

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器Y、yn连接ACBbca+–+–+–+–线电压之比：

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器在Y、d连接连接线电压之比：ACBabc+–+–+–

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器物理量星形接法（Y/Yn）三角形接法（D/△）线电压与相电压UL​=UP​线电流与相电流IL​=IP​电压相位线电压超前对应相电压30°线电压与对应相电压同相电流相位线电流与相电流同相线电流滞后对应相电流30°中性点有（Yn可引出零线）无功率（三相总）端线：始端U、V、W三端的引出线--火线中性线：中性点N引出线，三角形连接无中性线相电压：每相电源的电压线电压：端线与端线之间的电压线电流：流过端线的电流相电流：每相电源的电流常用名词：

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器

2.产品说明SJL500/10

变压器额定容量(KVA)，容量为500kV·A

铝线圈

冷却方式J:油浸自冷式F:风冷式相数S:三相D:单相

高压绕组的额定电压(KV)，高压侧线电压为10kV铜线无文字表示

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器

2.产品说明

额定电压U1N、U2N

变压器二次侧开路（空载）时，一次、二次侧绕组允许的线电压值U1N：一次绕组接于电网的额定电压U2N：二次绕组的空载线电压

额定电流I1N、I2N

变压器满载运行时，一次、二次侧绕组允许的电流值。I1N：指一次绕组加上额定电压U1N时一次绕组允许长期通过的最大电流。I2N：指二次绕组加上额定电压U1N时二次绕组

允许长期通过的最大电流。三相电力变压器的I1N和I2N均为线电流。

任务三

认识几种常用的变压器一、三相电力变压器

2.产品说明单相：三相：容量SN

输出功率P2

一次侧输入功率P1

输出功率P2注意：变压器几个功率的关系效率容量：一次侧输入功率：输出功率：变压器运行时的功率取决于负载的性质

额定容量

SN

传送功率的最大能力。负载的功率因数

做一做：有一三相配电变压器,其连接组标号为Y、yn,额定电压为10000V/400V,现向额定电压U2=380V、功率P2=60kW、cosφ2=0.82的负载供电。求变压器原、副绕组的电流,并选择变压器的容量。

任务二

认识交流铁芯线圈及变压器解：变压器供给负载的电流为因变压器是星形连接,绕组相电流IP2等于线电流IL2,故副绕组电流也是111.2A。变压器的变比k=U1N/U2N=10000/400=25,因此,原绕组的电流IP1为IL1=IP1=IP2/k=111.2/25=4.448(A)变压器的容量应为SN≥S2=P2/cosφ2=60/0.82=73.17(kV·A),选择变压器容量为100kV·A。

任务三

认识几种常用的变压器二、自耦变压器ABP+–+–使用时，改变滑动端的位置，便可得到不同的输出电压。实验室中用的调压器就是根据此原理制作的。注意：一次、二次侧千万不能对调使用，以防变压器损坏。因为N变小时，磁通增大，电流会迅速增加。自耦变压器的变比不宜过大，通常选择变比k<3。

任务三

认识几种常用的变压器三、仪用互感器电压互感器：实现用低量程的电压表测量高电压VRN1（匝数多）保险丝N2（匝数少）~u（被测电压）电压表使用注意事项：二次侧不能短路，以防产生过流；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现高压。被测电压=电压表读数

N1/N2

任务三

认识几种常用的变压器三、仪用互感器电流互感器：实现用低量程的电流表测量大电流电流表使用注意事项：二次侧不能开路，以防产生高电压；2.铁心、低压绕组的一端接地，以防在绝缘损坏时，在二次侧出现过压。（被测电流）N1（匝数少）N2（匝数多）ARi1i2被测电流=电流表读数

N2/N1

任务三

认识几种常用的变压器复制打开抖音，看看【安泰小课堂的作品】钳形电流表怎么使用？看完这个视频新手轻松学会（1）.../3MYdd2Xhf3Q/D@U.Yz:7pmWzG:/10/02

！技能练一练：尝试用钳形电流表测试电流

任务二

认识电路的基本物理量巩固提升：（1）判断图中钳形电流表在不同位置分别测量的是什么电流。（2）完成P119：

一（1-6）

三（1-7）项目二认识电动机66项目二认识电动机本项目的焦点问题：

三相异步电动机的结构和工作原理？直流电动机的结构和工作原理？

技能点：启动、调速、反转三相异步

电动机项目二学习目标知识目标

1.掌握三相异步电动机的结构和工作原理。

2.掌握三相异步电动机的启动、调速、反转和制动方法。

3.掌握直流电动机的结构和工作原理。。技能目标

1.能够启动、调速、反转三相异步电动机。

2.能够熟练使用交流电压表、交流电流表等仪表进行测量。素质目标

细致探究电路的连接和检测要求，养成安全操作、认真严谨的职业精神。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机交流电动机同步电动机异步电动机按相数三相异步电动机单相相异步电动机按结构鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机直流电动机电动机电动机分类一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机三相交流电动机的基本结构都是由定子和转子这两大基本部分组成，定子是固定部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间具有一定的气隙。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机1.定子

定子主要由机座、定子铁芯和定子绕组组成。定子铁芯：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2定子绕组机座：铸钢或铸铁一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机1.定子-定子铁芯压圈定子叠片扣片槽紧固槽定位槽0.5mm（a）开口槽－大、中高压；（b）半开口槽－中500V以下；（c）半闭口槽－低压小型；（a）（b）（c）开口槽形状一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机1.定子-定子绕组三相绕组的6个出线端都引至接线盒上，首端分别为U1、V1、W1，尾端分别为U2、V2、W2。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机1.定子-机座

机座的作用是固定定子绕组和定子铁心，并通过两侧的端盖和轴承来支撑电动机转子，同时构成电动机的电磁通路并发散电动机运行中产生的热量。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机2.转子-转子铁芯三相交流异步电动机的转子是由转子铁芯、转子绕组和转轴组成。转子铁芯1、作为电动机磁路的一部分，并放置转子绕组。2、由0.5毫米厚的硅钢片冲制叠压而成。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机2.转子-转子绕组

转子绕组用来切割定子旋转磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力而使转子旋转，按绕组不同，异步电动机分为笼型转子和绕线式转子两类。鼠笼型转子绕组结构示意图一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机2.转子-转子绕组

绕线型转子绕组一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机2.转子-转子绕组

一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机2.转子-转轴

转轴的作用是固定转子铁芯和传递机械功率。为保证其强度和刚度，转轴一般由低碳钢或合金钢制成。转轴两端铣有键槽，用来固定联轴器或者皮带轮。一、三相异步电动机构造任务一

认识三项异步电动机3.气隙

气隙越大励磁电流就越大，电动机的功率因数越小。中小型异步电机一般为0.2~1.5mm气隙愈小则定子和转子之间的相互感应（即耦合）作用就愈好。气隙也不能太小，否则会使加工和装配困难，运转时定子与转子之间易发生扫膛。二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机直线电流的磁场（右手）环形电流的磁场（右手）磁场对通电直导体作用力平伸左手，拇指与四个手指垂直，并在一个平面内，让磁感线穿入掌心，四指指向电流方向，拇指指的方向为通电导体所受电磁力的方向。右手定则平伸右手,大拇指与其余四指垂直,让磁感线穿入掌心,大拇指指向导体运动方向,则其余四指所指的方向就是感应电动势的方向。二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

1.旋转磁场的产生规定：i：“+”--->首端流入，尾端流出i：“-”--->尾端流入，首端流出在表示线圈导出的小圆圈“○”内，用“×”表示电流流进，“.”表示电流流出。

三相异步电动机定子绕组分布示意图二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

1.旋转磁场的产生三相定子绕组：产生旋转磁场合成磁场方向：向下(N→S)U1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W2二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

1.旋转磁场的产生U1U2V2W1V1W2AU2V2W1V1W2U2V1W2U1V2W1二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

1.旋转磁场的产生

t=240O

U1U2V1V2W2W1NS

t=360O

U1U2V1V2W2W1NS二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

1.旋转磁场的产生-转动原理旋转磁场：顺时针切割转子导体Blv右手定则感应电动势E20感应电流I2旋转磁场Bli左手定则电磁力F电磁转矩Tn二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速U1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W2当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即磁极对数：二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速极对数：每相定子绕组分别由两个线圈串联而成。U相绕组由线圈U1U2和U1′U2′串联组成，V相绕组由V1V2和V1′V2′串联组成，W相绕组由W1W2和W1′W2′串联组成。旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速磁场的旋转速度取决于磁极对数工频f1=50Hzn1=3000（转/分）二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速磁场的旋转速度取决于磁极对数工频f1=50Hzn1=3000（转/分）二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速电流变化一周

→

旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周

→

旋转磁场转50圈→

旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周电流变化一周

→

旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周

→

旋转磁场转25圈→

旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(50×60)周p=2

时：电动机的磁极对数，由定子绕组的排列及绕组之间的连接来决定，不同的统组和连接，将决定不同的磁极对数，也就决定电动机转子不同的转速。p=1

时：二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速p为任意值时：三相异步电动机的同步转速601pf1n=r/min）(

f=50Hz时，不同极对数时的同步转速如下:

p123456n1/(r/min)300015001000750600500同步转速二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速电动机转子转动方向与磁场旋转方向一致，但转子速度不可能达到与旋转磁场的转速相等，即n<n1异步电动机如果：n=n1转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转子电动势和转子电流无转矩

因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。二、三相异步电动机工作原理任务一

认识三项异步电动机

2.三相异步电动机的磁极对数与转速设同步转速为n1，电动机的转速为n，则转速差为n1-n。

电动机的转速差与同步转速之比定义为异步电动机的转差率S。

S是分析异步电动机运行情况的主要参数：（1）正常运行时，其s很小，一般s=0.01~0.05（2）起动瞬间，s=1（3）理想空载状态，s=0（不能实现）

做一做：有一台三相异步电动机,其额定转速nN=1465r/min.试求当电源频率f1=50Hz时,电动机的磁极对数p和额定转差率sN。任务一

认识三项异步电动机解：由于额定转速nN与同步转速n1很接近,已知nN=1465r/min,根据当p=2时,n1=1500r/min。由得601pf1n=r/min）(

三、三相异步电动机的铭牌任务一

认识三项异步电动机铭牌定义:固定在产品止，主要用来记载产品的生产厂家及额定工作情况下的一些技术数据，以供正确使用而不致损坏设备。每台电动机的机座上都装有一块铭牌，标明电动机的型号、额定值和有关技术数据、绕组接线方式、防护等级等。三、三相异步电动机的铭牌任务一

认识三项异步电动机Y132M4机座长度代号（中机座）（S-短机座；M-中机座；L-长机座）

机座中心高度132mm三相异步电动机

磁极对数（4对）

1.型号三、三相异步电动机的铭牌任务一

认识三项异步电动机4.额定功率PNPN=3kW→转子轴上输出的机械功率2.额定电压UN

UN=380V→定子三相绕组应施加的线电压3.额定电流IN

IN=7.2A→→定子三相绕组的额定线电流三、三相异步电动机的铭牌任务一

认识三项异步电动机5.绝缘等级

指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级。

绝缘等级AEBFHC绝缘材料允许温度（℃）105º120º130º155º180º180º以上电机允许温升（℃）65º80º90º115º140º140º以上6.接法接法是指三相定子绕组在额定负载运行时应采取的连接方法,有星形和三角形两种。三、三相异步电动机的铭牌任务一

认识三项异步电动机7.工作方式

工作方式指电动机的运行状态,通常分为连续、短时和断续三种。

（1）连续工作制S1：按额定值可长时间持续使用运行。（2）短时工作制S2：只能在规定的时间内按额定运行使用，我国规定的持续时间限值分为10min、30min、60min和90min四种。（3）断续周期工作制S3：电动机间歇运行，但可按一定周期重复运行，每周期（10min）包括一个运行时间和一个停止时间，运行时间与一个循环周期之比称为负载持续率，用百分数表示，我国规定的标准负载持续率为15%、25%、40%、60%。

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机1.三相异步电动机的启动

电动机从接通电源开始，转子开始转动到稳定运行的过程称为启动过程，简称启动。启动电动机投入运行的第一步，是衡量电动机运行性能的一个重要指标。启动的主要问题1、启动电流是额定电流的4~7倍。2、启动转矩并不大。四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机1.三相异步电动机的启动-直接启动

电动机在额定电压下启动称为直接启动，又称为全压启动。其方法是三相刀开关、封闭式负荷开关或者接触器带电吸合方式将电动机直接接入额定电压下启动。直接启动的优点主要是：启动方法最简单，启动设备少、投资小，启动时电动机具有较大的启动转矩，能带额定负载启动。

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机1.三相异步电动机的启动-降压启动-串电阻降压启动

电动机采用串电阻降压启动时,在定子绕组中串联电阻降压,启动结束后再用开关QS2使电阻短路,全压运行。串电阻降压启动时启动电阻有功率损耗,故不宜频繁启动。

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机1.三相异步电动机的启动-降压启动-Y-△降压启动。

在启动时先将定子绕组改接成星形，使加在每相绕组上的电压降低到额定电压的，从而降低了启动电流；待电动机转速升高接近额定转速时，再将定子绕组接成三角形，使其在额定电压下运行。Y-△降压启动只适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电动机。

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机1.三相异步电动机的启动-降压启动-自耦变压器启动启动时利用自耦变压器来降低加到电动机定子绕组上电源电压，以减小启动电流。优点是：不论电动机的定子绕组采用Y或Δ接法都可以使用；启动电压可以选择，广泛应用于启动容量较大的电动机。缺点是：需要自耦变压器、交流接触器等启动设备和元件，设备费用高，不宜频繁启动。

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机2.三相异步电动机的调速三种电气调速方法（1）变极调速绕组串联绕组并联四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机2.三相异步电动机的调速（2）变转差率调速

变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法，在转子电路中接入一个调速电阻,改变电阻的大小,就可得到平滑的调速。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机2.三相异步电动机的调速（3）变频调速

变频调速的工作过程是先将交流电经整流电路变成直流电,再由逆变电路把直流电“逆变”成任意可调的交流电。

与其他调速方法相比,变频调速的调速性能最好,节能效果明显,因而变频调速技术应用越来越广。四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机3.三相异步电动机的反转方法：和电源相接的任意两

相互换，就可实现电

动机反转。

t=0O

t=60O

四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机4.三相异步电动机的制动反接制动

将三相电源线中任意两相对调，改变电动机相序，使旋转磁场反向旋转。电动机转子的旋转方向与电动机电磁转矩方向相反，此时电动机产生的电磁力矩为制动力矩，加快电动机的减速。四、三相异步电动机的使用任务一

认识三项异步电动机4.三相异步电动机的制动能耗制动示意图电动机切断交流电源后，立即在定子线组的任意两相中通入直流电，利用转子感应电流受静止磁场的作用以达到制动目的，称为能耗制动。

任务一

认识三项异步电动机看一看：完成P113相关资料的阅读。一、直流电动机概述任务二

认识直流电动机直流电机是一种将直流电能和机械能相互转化的旋转电机，同一台直流电机既可作为直流电动机运行，又可作直流发电机运行。直流电能

机械能（直流电动机）机械能

直流电能（直流发电机）

作为直流电动机，主要用于广泛调速的地方，比如电力机车、城市地铁、城市电车等。也可以用于快速可逆电力拖动系统，比如卷扬机、轧钢机等。

作为直流发电机，既可以作为独立的直流电源，也可以作为发电机－电动机拖动系统。一、直流电动机概述任务二

认识直流电动机1.优点：（1）直流发电机的电势波形较好，电磁干扰较小。（2）直流电动机的调速性能好，主要表现在调速范围广、调速方便、调速平滑。（3）直流电动机的过载能力较强，起动和制动转矩较大，起动性能好。2.缺点：存在换向器，其制造、维护复杂，价格较高。结构比较复杂，运行时可能产生环火。直流电机变频器3052无刷直流电机、usb风扇、玩具电器专用12V-24V直流电机可用于机器人、小车二、有刷直流电动机的工作原理任务二

认识直流电动机直流电动机是将电能转变成机械能的旋转机械。

把电刷A、B接到直流电源上，电刷A接正极，电刷B接负极。此时电枢线圈中将电流流过。

当线圈旋转到右图所示位置时