电机与拖动2.1-三相交流电动机的基本工作原理和定子结构

Page1本课程的章节和内容绪论第1章变压器第2章三相交流电动机第3章三相交流电动机的电力拖动第4章直流电机第5章直流电动机的电力拖动第7章电动机容量的选择本章内容交流电动机的基本工作原理和定子结构**旋转磁动势*交流绕组的感应电动势*三相异步电动机***三相同步电动机***实例（应用）Page2三相交流电动机本章教学基本要求1.理解同步电动机和异步电动机的基本工作原理、基本结构和额定值。2.了解交流电机的定子绕组连接；理解旋转磁场的概念，掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件以及转差率s的意义；了解分布和短距绕组对消除高次谐波电动势的作用。4.掌握综合表达三相异步电动机电磁关系的基本方程、等效电路和相量图，掌握异步电动机的工作特性。5.掌握三相同步电动机的基本方程、等效电路和相量图，同步电动机功角特性和矩角特性，同步电动机的励磁调节和V形曲线。Page33.理解异步电动机的运行原理，转子绕组折算和频率折算。本章教学基本要求1．掌握圆形旋转磁动势的特性和产生条件。2．熟悉三相异步电动机负载运行时的基本电磁关系，基本方程、等效电路和相量图，转子绕组折算和频率折算。3．掌握异步电动机功率与转矩的平衡关系，工作特性。重点：转子转动时的基本电磁关系。难点：Page44.掌握同步电动机功角、矩角特性，励磁调节和V形曲线。Page5提问交流电动机是将交流电能转换为机械能的一种旋转装置。其作用是作为原动机拖动生产机械。Page62.1交流电动机的基本工作原理和定子结构本节内容同步电动机的基本工作原理-同步指什么？异步电动机的基本工作原理-异步指什么？交流电动机的定子结构-交流电动机一些术语交流电动机定子绕组连接规律-定子绕组在铁心槽中的嵌放规律同步电机运行时，其转速n1与定子绕组中电网频率f1之间有着严格的关系，即（2-1）式中，p为电机的极对数，n1为同步电机转子的转速，也是气隙旋转磁场的转速。pfn1160Page72.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.1三相同步电动机的基本工作原理同步电机主要用作发电机，现代电力系统的电能基本上是同步发电机生产的，但同步电机同样可作为电动机运行拖动生产机械，尤其适用于大功率生产机械的场合，以下主要介绍三相同步电动机。同步电动机由定子和转子组成，其工作原理示意图如图2-1所示，定、转子之间有气隙，定子内嵌互差120°的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场，转子上装有励磁绕组，通入直流电后，能建立恒定磁场。Page82.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.1三相同步电动机的基本工作原理工作时定子输入三相交流电，产生旋转磁场，设为逆时针方向旋转，如图2-1所示，转子输入直流励磁电流，产生固定磁极，则旋转磁场的磁极将转子的异性磁极吸引，使转子与定子产生的旋转磁场同速旋转，这就是同步电动机的基本工作原理。图2-1三相同步电动机工作原理示意图SNn1+-~AZXCBY负载SNn1n1n1~n1SNn1异步电动机由定子和转子组成，如图2-2所示，定、转子之间有气隙，定子上内嵌互差120°的三相对称绕组AX、BY、CZ，将定子三相对称绕组接入三相对称交流电，会产生圆形旋转磁场，设磁场以同步转速n1逆时针方向旋转切割转子导体。Page92.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.2三相异步电动机的基本工作原理转子与旋转磁场之间存在相对运动，若将旋转磁场看作静止磁场，则转子上半部分导体是顺时针切割静止磁场的，根据电磁感应定律，转子导体内产生感应电动势，用右手定则判定其方向如图2-2所示，转子上半部分导体中的感应电动势方向是指向纸面的，下半部分导体中感应电动势方向从纸面指向外。图2-2三相异步电动机工作原理示意图NSnn1~E2I2femTn1fem~n1E2I2femfemnT转子导体是闭合回路，在感应电动势的作用下，转子导体内产生电流I2方向与感应电动势方向一致。根据电磁力定律，转子的载流导体在旋转磁场中要受电磁力作用，其方向由左手定则确定，如图所示转子上半部分导体受力fem向左，下半部分导体受力fem向右，转子在这对力偶的作用下产生逆时针方向的电磁转矩T，从而使转子以转速n逆时针旋转。Page102.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.2三相异步电动机的基本工作原理图2-2三相异步电动机工作原理示意图NSnn1~E2I2femTn1fem~n1E2I2femfemnT在正常情况下，异步电动机转子转速n达不到旋转磁场的同步转速n1，电动机的转速n总是略小于同步转速n1，即与旋转磁场异步转动，所以称为异步电动机，由于异步电动机转子中的电流是感应产生的，故又可称为感应电动机。Page112.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.2三相异步电动机的基本工作原理图2-2三相异步电动机工作原理示意图NSnn1~E2I2femTn1fem==.htmlPage12==.html?spm=a2h0j.11185381.listitem_page1.5!2~A=bjh&context={%22nid%22:%2210997087665794510258%22,%22sourceFrom%22:%22bjh%22}&fr=bjhauthor&type=video三相电动机结构仿真三相电机定子制造视频定子铁心：电机磁路的一部分，定子铁心内圆上均匀开有槽，安放定子绕组。机座：用作固定与支撑定子铁心。定子绕组：电机电路部分，它由三个在空间相差120°电角度、结构相同的绕组连接而成，按一定规律嵌放在定子槽中。绕组分类：单层绕组和双层绕组。绕组应用：单层绕组一般用在10kV以下的电机，双层短距绕组用在较大容量的电机中。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构Page13交流机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构Page14铁心和机座2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构Page15定子冲片定子线圈2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构Page162.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构线圈线圈嵌放在定子铁心内圆周所开的槽中，线圈可用单根导线绕成多匝。大、中容量的电机的线圈中，电流较大，也可用多根导线并行绕制。线圈：由外敷绝缘的铜线或铝线(例如漆包电磁线)绕制而成。N个线圈组成绕组。线圈Page172.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构线圈节距及有效边节距：线圈两个有效边之间的距离。节距表示法：槽数：有效边在铁心表面跨过的槽数。例如线圈的一个有效边在第1号槽中，另一边在第9号槽中，两有效边所跨槽数为8，则y=8。弧度：有效边在铁心内圆周跨过的长度。有效边：线圈放于槽内的直线部分。端接：线圈两端起连接作用的部分。绕组节距有效边Page18Page192.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构极距、整距线圈及短距线圈为了缩短端接部分以节省有色金属，并且改善感应电动势波形及磁势空间分布，电机中常用短距线圈，即yt。极距：电机每一个磁极所占定子内圆周的距离。用槽数表示。例：定子槽数z=36，极对数p=2，则极距t=z/2p=9。整距线圈：线圈节距等于极距，y=t。ytPage202.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构电角度（衡量磁场的角度）电角度=p×机械角如果电机在定子上只有一对磁极，那么在360°空间角度上磁极电角度也是360°。若电机定子上有两对磁极，即p=2，则在360°空间角度上磁极电角度却有2×360°=720°电角度。机械角度：是指空间角度，用360°或2p弧度表示。电角度：一对磁极变化一周的角度，相应的用360°或2p电弧度表示。Page21电角度和机械角度的关系2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构***每极每相槽数q三相交流电机的定子绕组是三相对称绕组，每相匝数相等，在空间互差120°电角度。每一相绕组在每一极距下均匀分配。pmzq2Page22每极每相槽数q：每一极距下每一相占有的槽数。式中，z为定子总槽数，m为电机相数。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构***槽距角ac上述第一式的物理意义是定子内圆周有z个槽，共有电角度为p×360°，则每槽占p×360°/z电角度；第二式的物理意义是每极所含有电角度为180°，为mq个槽所占有，所以每槽占180°/mq电角度，显然，两者是一致的。Page23槽距角:相邻两槽之间所占有的电角度。mqpmqpzpzpcc1802360360360aa或2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构相带三相对称绕组在槽中的安排顺序为A-Z-B-X-C-Y-A，彼此互差60°电角度，这就是60°相带绕组。相带：每相绕组在一个极距中所占有的区域，以电角度来表示。一个极距为180°电角度，每极距内有三个相带。一般的三相异步电动机中都采用这种60°相带的三相绕组。Page2460°相带绕组：每极距内属于每相的电角度为60°。25槽电势星形图槽电势星形图：所有槽内的导体电势相量图。交流绕组的槽电势星形(z1=24,2p=4,a=30º)10360Zp总齿数总电角度数a相邻两槽空间互差a电角度，实际表示槽中导体电势时间上互差a电角度。这里槽距空间角互差360˚/24=15˚，而槽距电角度互差p360˚/24=30˚。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.3交流电动机定子结构26对三相交流电机绕组的要求三相绕组必须对称：即三相绕组匝数相等，三相绕组轴线空间互差120º；三相绕组的合成磁势和每相绕组所感应电势的波形应尽量接近正弦，一定导体数下，获得较大的感应电势；工艺上，端部应尽可能短，绝缘可靠、机械强度高、散热条件好且制造方便。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）27交流绕组单层绕组双层绕组叠绕组波绕组同心式绕组链式绕组交叉式绕组按相数分类：按槽内导体放置的层数分类：交流绕组单相绕组多相绕组1.交流绕组的分类：2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）28单层绕组29叠绕绕组波绕绕组双层绕组302.三相单层分布绕组定子绕组连接规律单层绕组:是指一个槽内仅放置一个线圈边。单层绕组同心式绕组链式绕组交叉式绕组按照线圈形状和端部连接方式的不同。无论是何种形式单层绕组，每相绕组感应电势相等。2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）31例1：一台，槽的电机，画出其三相单层绕组连接图，并确定绕组并联支路数。42p241Z具体步骤如下:(1)计算槽距角(电角度)（2）画出槽电势星形图（3）按60˚划分相带3024360236010Zpa（4）画绕组连接图（5）确定绕组并联的支路数2.1交流电动机的基本工作原理和定子结构2.1.4三相交流电机的定子绕组连接规律（了解）2.三相单层分布绕组定子绕组连接规律32（2）画出槽电势星形图12a34567891011121314151617181920212