电动机工作原理

1、三相异步电动机的旋转原理三相异步电动机的使用方法三相异步电动机的运转和控制方法三相异步电动机的机械特性单相异步电动机的旋转原理直流电动机的旋转原理步进电动机的旋转原理、学习要点，第7章电动机， 第七章电动机7.1三相异步电动机的结构和旋转原理7.2三相异步电动机的电磁扭矩和机械特性7.3三相异步电动机的运行和控制7.4三相异步电动机的选择和使用7.5单相异步电动机7.6直流电动机7.7步进电动机、7.1三相异步电动机的结构和旋转原理、7.1.1三相异步电动机的结构、三相异步电动机定子和转子有铁心和绕组。 定子的三相线圈是AX、BY、CZ。 转子有笼式和绕组式两种结构。 笼形转子绕组有铜条和铝铸

2、造两种。 绕组式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，三个绕组的末端与星形连接，三个始端与三个铜总线环连接，启动电阻器和调速电阻器通过电刷与总线环和转子绕组连接。 7.1.2旋转磁场的产生，将三相定子绕组连接成星形，连接到对称三相电源时，定子绕组中会流过对称三相电流。 结论： (1)在对称的三相绕组中流过三相电流，就能产生在空间中旋转的合成磁场。 (2)磁场的旋转方向和电流的相顺序一致。 电流相顺序为A-B-C时，磁场顺时针旋转，电流相顺序为A-C-B时，磁场逆时针旋转。 (3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，只要改变电流频率就能改变磁场转速。 当电流对两极(一对磁极)的磁场旋转一圈时，磁场旋

3、转一圈。 同步转速no与磁场磁极对数p的关系是：根据7.1.3三相异步电动机的旋转原理，静止的转子和旋转磁场之间存在相对运动，在转子导体上产生感应电动势，在形成闭合电路的转子导体上产生感应电流，其方向用右手定律来判定。 转子电流受到旋转磁场的磁场力f的作用，f的方向用左手定律来判定。 电磁力在旋转轴上形成电磁扭矩。 电磁扭矩的方向与旋转磁场的方向一致。 电动机正常运转时，因为其转速n总是比同步转速no稍低，所以被称为异步电动机。 另外，产生电磁转矩的电流是通过电磁感应而产生的，因此也称为感应电动机。 异步电动机的同步转速与转子转速之差和同步转速之比称为滑动率，用s表示，滑动率是异步电动机的重要

4、参数。 异步电动机在额定负载下运行时的打滑率约为1%9%。 7.2三相异步电动机的电磁扭矩和机械特性，7.2.1三相异步电动机的电路分析，1 .定子电路分析，无视R1和X1上的电压降，2 .转子电路分析，7.2.2三相异步电动机的电磁扭矩，7.2.3三相异步电动机的机械特性，1 .启动扭矩，电动机刚起动后2 .额定扭矩，电机在额定负载下工作时的电磁扭矩称为额定扭矩，如果忽略无负载损失扭矩，额定扭矩就与机械负载扭矩相等。 公式中的PN是电机的额定功率，单位是kW nN是电机的额定转速，单位是r/min。 3 .最大扭矩，7.3相异步电动机的运转和控制，7.3.1相异步电动机的启动，1 .直接启动

5、，直接启动是用斩波开关或接触器将电动机直接连接到额定电压的启动方式，也称为全压启动。 优点：启动简单。 缺点：启动电流大，线路电压下降，影响负载的正常工作。 适用范围：电机容量在10kW以下，且小于供电变压器容量的20%。 2 .降压启动、y-转弯启动：启动时将定子线圈连接成星形，通电后运转电机，转速接近额定转速时切换成三角形。 适用范围：正常运转时定子线圈连接成三角形，各相线圈上有2个引出端子的电动机。 优点：启动电流是全压启动时的1/3。缺点：启动扭矩都是全压启动时的1/3。 自耦合降压启动：利用三相自耦合变压器降低启动中电机的端电压，达到减少启动电流的目的。 自耦变压器备有40%、60%

6、、80%等多个抽头，使用时请根据电机起动扭矩的要求进行具体选择。 在绕组式异步电动机的转子绕组上加入附加电阻，可以降低起动电流，增大起动扭矩。 7.3.2通过三相异步电动机调速、三相异步电动机的转速：1 .变极调速、改变电动机的定子线圈形成的磁极对数p来进行调速。 因为磁极对数只按照1、2、3、的规律变化，所以用该方法，无法连续平滑地调节电动机的转速。 2 .用逆变器将频率为50Hz的商用频率的三相交流电源转换为频率和电压可调节的三相交流电源，供给三相异步电动机，调节电动机的速度。 变频调速具有无级调速，机械特性曲线硬的特点。 3 .滑动率的调速是通过改变与转子绕组串联的调速电阻的大小来调整滑

7、动率，实现平滑的调速，也称为滑动率的调速。 调速电阻的连接法与启动电阻相同。 此方法仅适用于绕组式异步电动机。 7.3.3三相异步电动机的反转，因为三相异步电动机的旋转方向由旋转磁场的方向决定，所以旋转磁场的转向依赖于在定子线圈中流过三相电流的相顺序。 因此，改变三相异步电动机的旋转方向非常容易，更换电动机的三相供电电源中的任意两相的话，连接在电动机的定子线圈上的电流的相顺序也发生了变化，旋转磁场的方向也发生了反转。 7.3.4三相异步电动机的制动、1 .能量制动、电动机的定子线圈切断三相电源后，立即接通直流电源。 感应电流和直流电流产生的固定磁场相互作用，产生的电磁扭矩的方向与电动机转子的旋

8、转方向相反，起到制动作用。 特点：刹车准确稳定，但需要额外的直流电源。 2 .逆制动、电动机停止时更换三相电源中的任意二相，改变电动机产生的旋转磁场的方向，电磁扭矩的方向也变化，成为制动扭矩。 注意：电机转速接近零时，请立即切断电源，避免电机反转。 特点：简单，制动效果好，但反向接合时旋转磁场和转子间的相对运动快，电流大。 对电力大的电机进行制动时，必须在定子电路(笼式)或转子电路(绕组式)上插入电阻来限制电流。 3、发电反馈制动器、电动机的旋转速度超过旋转磁场的旋转速度的情况下，电磁扭矩的方向与转子的运动方向相反，限制转子的旋转速度，发挥制动作用。 转子的旋转速度比旋转磁场的旋转速度大时，电

9、能从电动机的定子返回电源，实际上电动机转到发电机的运转，所以将该制动器称为发电反馈制动器。 7.4.1三相异步电动机的铭牌，7.4三相异步电动机的选定和使用，型号：电力：电动机在铭牌规定的条件下正常工作时输出到旋转轴的机械电力，称为额定电力或容量。 电压：电机的额定线电压。 电流：电机在额定状态下运行时的线电流。 频率：电机连接的交流电源的频率。 的双曲馀弦值。 转速：额定转速。 接线方法：7.4.2三相异步电动机的选择，7.4.3电动机的设置和接地，7.5单相异步电动机，7.5.1单相异步电动机的工作原理和特性，在单相异步电动机的定子线圈中流过单相交流电流，在电动机内产生大小和方向沿定子线圈

10、的轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场。但是，若使单相异步电动机旋转，则由顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场B2产生的合成电磁扭矩不为零，通过该合成扭矩，即使不需要其他外部因素，单相异步电动机也继续向原来的运动方向运转。 由于单相异步电动机总是存在反向制动扭矩，其效率和负载能力不如三相异步电动机。 7.5.2单相异步电机的起动、1 .分相法、下图分别表示t=0、45、90时的合成磁场方向，可以看出该磁场随着时间的经过顺时针旋转。 这样，单相异步电机就能通过该旋转磁场启动。 2 .复盖极法、复盖极法在单相异步电动机定子磁极的极面的约1/3处安装铜环(短路环)，安装了短路环的磁极部分称为复盖极。 在定

11、子绕组中流过电流产生脉动磁场时，磁通的一部分通过铜环，在铜环内产生感应电动势和感应电流。 按照极次规律，铜环中感应电流产生的磁场阻止了铜环部分的磁通量的变化，结果，无铜环部分的磁极中的磁通量和有铜环部分的磁极内的磁通量有相位差，复盖极外的磁通量超前了复盖极内的磁通量的相位角。 随着定子绕组电流变化率的变化，单相异步电动机的定子磁场方向也不断变化，在电动机内形成了旋转磁场。 这个旋转磁场使电动机的转子可以启动了。 7.6直流电动机，7.6.1直流电动机的结构和分类，三相异步电动机也由定子和转子构成。 定子的主要作用是产生磁场，包括主磁极、换流磁极、支架和电刷等。 主磁极由铁心和励磁线圈构成，产生

12、一定的主磁场。 换流磁极安装在相邻的两个主磁极之间，降低电枢绕组换流时产生的火花。 刷装置的作用是通过与换向器的折接，将直流电压、直流电流引入电枢线圈。 转子由电枢铁心、电枢绕组、换向器等组成。 电枢铁心有槽孔，槽内有电枢线圈，电枢铁心也是直流电机磁路的一部分。 电枢绕组的-端安装有换向器，换向器由很多铜线分段构成圆柱，分段之间用云母绝缘。 换向器是直流电动机的重要结构特征，换向器通过与电刷的摩擦接触，将两个电刷之间固定极性的直流电流转换为绕组内部的交流电流，形成固定方向的电磁扭矩。 他的励式电动机结构复杂，一般用于调速范围宽的重型机械等设备。 并联励磁式电动机在施加电压一定时，励磁电流产生的

13、磁通保持一定。 起动扭矩大，负载变动时转速稳定，转速调节容易，调速范围宽。 直励式电动机的转速呈随着扭矩的增加而显着下降的软特性，特别适合起重机设备。 积复励磁电动机的电磁转矩变化速度快，在负载变化时能够有效克服电枢电流的冲击，优于并联励磁电动机的性能，主要用于负载转矩急剧变化的情况。 差复励磁电动机具有即使负载变化转速也几乎不变的特性，经常用于要求稳定转速的机械中。 7.6.2接通直流电动机的工作原理和机械特性、直流电压u时，直流电流从a侧流入，从b侧流出，a侧在n极下，b侧在s极下，因此线圈受到电磁力形成逆时针方向的电磁扭矩t，使电枢线圈沿轴线方向逆时针旋转。 1、直流电机的旋转原理，电枢

14、旋转半圈后，a边在s极下，b边在n极下。 由于采用了电刷和整流器装置，此时电枢的直流电流的方向从b侧流入，从a侧流出。 电枢还受到逆时针方向的电磁扭矩t的作用，继续绕轴线逆时针旋转。2、电磁扭矩和电压平衡方程式，3 .机械特性，直流电动机具有坚硬的机械特性。 7.6.3直流电动机的运转和控制，1 .直流电动机的起动、直流电动机直接起动时的起动电流大到额定电流的1020倍，必须限制起动电流。 限制启动电流的方法是在启动时在电枢电路上串联连接启动电阻Rst的方法。 启动电阻值：一般启动电流不能超过额定电流的1.52.5倍。 启动时启动阻力最大，启动后，随着电动机的转速上升，启动阻力逐渐减少。 2

15、.直流电动机的调速根据直流电动机的旋转式n=(U-IaRa)/Ce可知，直流电动机的调速方法有以下三种：改变磁通进行调速，改变电枢电压u进行调速，改变电枢串联电阻进行调速。 改变磁通调速的优点是调速平滑，能进行无级调速，调节经济，控制方便，机械特性硬，稳定性好。 但是，电机在额定状态下运行时，磁路接近饱和，因此只要减小磁通，提高转速，调速范围就很窄。 改变电枢电压调速的优点是，不改变电动机的机械特性，硬度好，稳定性好，控制灵活方便，能实现无级调速的调速范围宽，达到了610。 但是，电枢绕组需要单独的可调直流电源，设备复杂。 电枢串联电阻的调速方法简单方便，但调速范围有限，机械特性变软，电机损失

16、过大，因此仅适用于不太要求调速范围的中小容量直流电机的调速。 3、直流电动机的制动、直流电动机的制动也有能耗制动、逆接制动和发电反馈制动三种。 能量制动器在停电时将电枢线圈的端子从电源断开后马上与制动电阻短路，由于惯性短路后电动机也向原来的方向旋转，电枢线圈的感应电动势还存在，保持原来的方向，但由于没有施加电压，所以电枢线圈的电流和电磁扭矩的方向发生了变化反向制动在停止时将电枢线圈的端子从电源断开后马上与相反极性的电源连接，电动机的电磁扭矩立即变成制动扭矩，使电动机急速减速停止。 所谓发电反馈制动，是指在电动机转速超过理想的无负荷转速时，电枢线圈内的感应电动势高于施加电压，电动机处于发电状态而运转，电枢电流改变方向，电磁扭矩变为制动扭