电动机的结构和工作原理(课件)

感应式电动机

感应式电动机2023/1/43-7三相异步交流电动机基本知识主要内容及重难点：一、三相异步电动机的基本结构（重点）二、三相异步电动机的工作原理（难点）三、三相异步电动机的铭牌数据（了解）四、电磁转矩和机械转矩（重点）五、特殊用途的电动机（了解）2022/12/293-7三相异步交流电动机基本知识主要内容2023/1/4导入新课：电机概述第9章电动机

电机——实现机械能与电能的相互转换。发电机——将机械能转换为电能。电动机——将电能转换为机械能。直流电动机交流电动机直流发电机交流发电机（三相和单相）（三相和单相）

电动机电机

发电机同步电动机异步电动机（笼型和绕线型）

动力电机电机

控制电机

:以高效率的能量转换为目的。:以高灵敏度、高准确度的信号转换和传递为主要目的。2022/12/29导入新课：电机概述第9章电2023/1/4交流电动机感性认识2022/12/29交流电动机感性认识2023/1/4

三相异步电动机的外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2022/12/29三相异步电动机的外形9.1三相2023/1/4※部分额定值：UN690V，2kV~11kVfN

50/60HzPN

200kW~3000kW2p

2~12

笼型异步电动机外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值※

部分额定值：UN400V~690V

fN

50/60HzPN

200kW~2300kW2p

2~82022/12/29※部分额定值：笼型异步电动机外形92023/1/42022/12/292023/1/43-8三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构1.定子：指其固定不动部分，主要包括：(1)定子铁心(2)定子绕组(3)机座和端盖等2.转子：指其旋转部分，主要部件包括：(1)转子铁心(2)转子绕组(3)转轴等2022/12/293-8三相异步电动机的基本结构一、2023/1/4

定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。

定子铁心的硅钢片3-8-1定子2022/12/29定子铁心的硅钢片3-8-1定子2023/1/4

定子铁心9.1三相异步电动机的基本结构和额定值定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯硅钢片：异步电动机的铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。作用：嵌放绕组，提供磁路；2022/12/29定子铁心9.1三相异步电动机的基2023/1/4

定子绕组对称三相绕组。9.1三相异步电动机的基本结构和额定值定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分。定子绕组2022/12/29定子绕组对称三相绕组。9.1三相2023/1/4机座和端盖：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。2022/12/29机座和端盖：机座机座是电动机的支架，通常2023/1/4

定子接线盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2U1V1

W1W2

U2V2星形(Y)联结3~U1V1

W1W2

U2V2三角形(△)联结3~9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2022/12/29定子接线盒U1V12023/1/4（1）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。（2）转子绕组：感应出电势、电流。

（分为两种类型：如下）绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。（3）转轴（4）风扇等。

转子铁心的硅钢片3-8-2转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值转子铁芯一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。转子绕组2022/12/29（1）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。转子2023/1/4

鼠笼式异步电动机的转子

导条

端环

风扇图1铜条笼型转子图2铸铝笼型转子2022/12/29鼠笼式异步电动机的转子2023/1/4

绕线式异步电动机的转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值集电环2022/12/29绕线式异步电动机的转子9.1三2023/1/4

由于绕线式异步电动机能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。2022/12/29由于绕线式异步电动机能采用转子绕2023/1/4播放视频讲解电动机结构2022/12/29播放视频讲解电动机结构2023/1/43-7-1异步电动机旋转原理模型图2022/12/293-7-1异步电动机旋转原理模型图2023/1/4模型说明ei蹄形磁铁闭合线圈人为转动感应电流受力而旋转感生电流2022/12/29模型说明ei蹄形磁铁闭合线圈人为转动感应2023/1/4异步电动机原理模型图通电导体的受力方向用“左手定则”判断导线内感应电流方向用“右手定则”判断人为转动对转子的转轴形成一个顺时针方向的转矩

结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致模型示意图2022/12/29异步电动机原理模型图通电导体的受力方向用2023/1/4异步电动机转动模型原理总结如下：第6章电动机

机械负载旋转起来对称定子三相绕组通入对称三相电流旋转磁场（磁场能量）

磁感线切割转子绕组

转子绕组中产生e和

i

转子绕组在磁场中受到电磁力的作用

转子旋转起来

三相交流电能电磁转矩感应

相当于变压器的原边

相当于变压器的副边2022/12/29异步电动机转动模型原理总结如下：第6章2023/1/4转子旋转的原理：在旋转磁场和转子之间要有相对运动，转子导体要切割磁力线，如果n=n1,它们之间就没有相对运动了，不可能产生e,i,F,T。因此n与n1之间一定存在差异，所以叫异步电动机。异步电动机的由来

2022/12/29转子旋转的原理：异步电动机的由来

2023/1/4下面就先来讨论异步电动机中的旋转磁场是怎样建立起来的。

模型中靠磁铁的转动来获得转子转动，它是用机械能换取机械能，没有实际意义。注意：磁场的旋转是电机旋转的前提！！！2022/12/29下面就先来讨论异步电动机中的旋转磁场是怎2023/1/43-7-2三相异步电动机的旋转磁场

实际的异步电动机中的旋转磁场是利用三相交流电通过固定在定子上的三相对称绕组来获得的。旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。2022/12/293-7-2三相异步电动机的旋转磁场2023/1/4AXBYZCA

B

CXYZ

电流流出

电流流入

4、定子三相绕组中电流的标注方法

一.定子绕组的放置方式1、先以每相绕组中只有一个绕组的简单电路来说明

定子铁芯

定子绕组2、三相对称绕组每相绕组由一个线圈组成3、设三相电流的参考方向为从绕组的首端指向尾端2022/12/29AXBYZCAB2023/1/4对称的三相电流通入对称的三相绕组中，它们的合成磁场、合成磁通就是一个旋转磁场！！！这个结论怎么得到的呢？？？？？选定电流的几个特殊值加以分析，就能得出结论了！！5、以三相绕组结成Y型为例来讨论2022/12/29对称的三相电流通入对称的三相绕组中，它们2023/1/4U←V←W←AXBYZCi1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3t=0O

时i1=0i2＜0(尾端流入、首端流出）i3

＞0（首端流入、尾端流出）××NSIm

tOi1二、旋转磁场的产生相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向如上所示：A

B

CXYZi的参考方向:首端指向尾端

电流流入

电流流出2022/12/29U←AXBYZCi1=Imsin2023/1/4t=0O

时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NSt=120O

时i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NS9.2三相异步电动机的工作原理

显然，电流随时间变化120°电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120°。2022/12/29t=0O时U1U2V1V2W2W2023/1/4U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O

时i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

时i1=0，i2＜0，i3＞0NS9.2三相异步电动机的工作原理电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360°。2022/12/29U1U2V1V2W2W1U1U2V1V22023/1/4tOi1

i2

i3ImU1U2V1V2W2W1××NS

快速浏览--------i的一个周期内不同时间段旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

t=90ot=120o

t=150ot=180o

t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/4tOi1

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i3ImU1U2V1V2W2W1××NS

不同时间旋转磁场的位置t=0ot=30ot=60o

t=90ot=120o

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t=210ot=240ot=270ot=300ot=330ot=360o9.2三相异步电动机的工作原理2022/12/29tOi12023/1/49.2三相异步电动机的工作原理当P=1时，结论:i

变化一周→旋转磁场转一圈。旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。

只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间、空间、位置不断变化的旋转磁场。2022/12/299.2三相异步电动机的工作原理2023/1/4ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°时电流和磁场情况×××NSn0

结论：

可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。归纳：只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。2022/12/29ωt0iωt=360°AXBYCZωt2023/1/4河南工业大学电气工程学院n1n1×

××

×NSn三、运行原理见下图：2022/12/29河南工业大学电气工程学院n1n1×2023/1/4电动机转动（运行）的原理（一）、基本工作原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。（转子导体是闭合，该图为剖面图。）3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。U2U1W2V1W1V2n2022/12/29电动机转动（运行）的原理（一）、基本工作2023/1/4AXBYCZ×××n0（二）三相异步电动机工作原理概括

在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场NS转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF

若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子绕组中两相电流的相序即可。2022/12/29AXBYCZ×××n0（二）三相异步电动2023/1/4i

变化一周对50Hz的工频交流电来说

i每秒钟变化50周对50Hz的工频交流电来说i每分钟变化(50×60)周→旋转磁场转一圈→旋转磁场每秒钟转50圈→旋转磁场每分钟转3000圈四、旋转磁场的转速n1

——同步转速n1=60f1

能否得到不同转速的旋转磁场呢？用什么方法呢？由以上两极（磁极对数p=1）旋转磁场的分析可知:1、旋转磁场的转速n1的大小

2022/12/29i变化一周→旋转磁场转一圈四、旋转磁场2023/1/4经过分析和实验，得到旋转磁场的转速n1不仅和电源频率f有关，还和磁极对数p有关。以上分析的是两极（磁极对数p=1）的旋转磁场，怎么增加旋转磁场的磁极对数呢？如果三相对称绕组中每项绕组是有两个线圈组成，就可形成4极旋转磁场。P=2自行分析，不做讨论！！！！！！！！！！！！！2022/12/29经过分析和实验，得到旋转磁场的转速n1不2023/1/4四极旋转磁场转速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

相邻线圈电流的流向一致，其合成磁场的分布情况为：ωt0iωt=0°时××××ωt=120°时AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

电流变化120°，旋转磁场在空间的位置仅转过了60°；当电流变化360°时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180°。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机的1/2。2022/12/29四极旋转磁场转速的分析AA'B'Y'C'2023/1/4

依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：

电动机通常工作在50Hz的工频情况下，因此：

即：异步电动机旋转磁场的转速与电源频率成正比，与电机的极对数(出厂时就已经确定)成反比。显然，改变电机的极对数，可以得到不同的转速。2022/12/29依此类推，可得电动机旋转磁场的2023/1/4

U(i1)→V(i2)→W(i3)

由超前相转向滞后相。

即由通入三相绕组中的电流的相序决定的。旋转磁场的旋转方向决定了电动机的转动方向。

电动机怎样改变转向呢？

只需要改变旋转磁场的方向即可。

怎样改变旋转磁场n1的方向?

只需要调换任意两项绕组与电源的连线，就可改变通入三相绕组中的电流的相序，例如：原来：A(i1)→B(i2)→C(i3)后来：C(i1)→B(i2)→A(i3)

此为电机正反转的原理2、旋转磁场n1的的方向（转向）2022/12/29此为电机正反转的原理2、旋转磁场n12023/1/43.旋转磁场如何改变方向？？（电动机的转向改变问题）电动机转向与旋转磁场的转向相同。顺时针方向旋转怎样改变转子的转向?3~M3~UVW3~M3~UVW逆时针方向旋转旋转方向？2022/12/293.旋转磁场如何改变方向？？电动机转向2023/1/4注意：转子旋转方向与磁场旋转方向相同，但转速总是低于磁场转速！！！！！定义磁场转速为同步转速，用表示n1；转子转速为n,则转差率转差率是电机一个重要参数，其值范围0﹤S≤12022/12/29注意：转子旋转方向与磁场旋转方向相同，2023/1/4五、有关转差率的讨论

电动机的转差速度与磁场转速n0之比称为转差率，用s表示：

显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。(1)电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s=1；(2)电动机理想空载时，转速n≈n0，转差率s≈0；(3)电动机运行过程中，转速0<n<n0，转差率0<s<1；问题与讨论

电动机的转速n能等于旋转磁场的转速n1吗？分析如果二者相等，则转子与旋转磁场之间产生感应电流成为载流导体→不是载流导体就无法在磁场中n≠n1，异步！就没有了相对切割→转子不切割磁场就不能受力→不受力电动机就永远转运不起来。正常运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。2022/12/29五、有关转差率的讨论电动机的转差速2023/1/4六、异步电机的三种运行状态—了解，知识拓展根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态2022/12/29六、异步电机的三种运行状态—了解，知识拓2023/1/4可逆电机

可逆电机，一方面通电的时候，可以带动电机专用。另一方面，当外力使电机转动的时候可以产生电，这个时候就是个发电机。和它相对应的就是“定向电机”，现在可逆电机的应用主要是为了节省能源和环保，在一些高档的汽车上有用到。直流电动机可以作发电机使用,而直流发电机也可以作电动机使用。一般应按铭牌规定使用...如果直流电动机要当发电机使用时，为了能达到发电机规定的额定电压，就应适当提示机组的转速，但不能超过额定值的10%；或者增大其励磁电流，但注意不要超过电机2022/12/29可逆电机可逆电机，一方面通电的时候，可2023/1/4电动机能当发电机用吗？听父辈的中学物理张老师说过，1972年农村没电的时候他曾经用木制的水轮带动电动机发电，输出近1KW。

我想电动机和发电机的结构（原理）不一样，不一定可逆，不知坛里有老前辈DIY过类似的，请介绍一下，谢谢！

我试过用一台单相电动机同轴带动一台三相电动机，结果只是空转，什么电都发不出来。

电动机和发电机没有本质的区别,完全是可逆的,同步电机就不说了,那就是一样的,异步电动机做发电机,电机不用任合改动,每一相并上合适的电容就行了.电容是为了建立磁场,你不给电机并电容,当然就发不出电啦,我们用195柴油机带10KW电机发电,这种异步发电机还有一个最大的优点,不怕短路,短路放掉了电容的电,电机失磁,电流也就消失了,短路消失又能发电了.直流的电动机只要很简单的稍微调整一下电刷架的位置就是一台直流发电机了（如果不调整刷架位置也能发点，就是电刷反应大一些，电刷间的花火大）

交流电动机尤其是三相异步电动机，直接转是不可能发点的....

交流发电机一般都是同步的

说的超级简单点吧，您把三相电动机内的鼠笼转子换成磁铁，再转起来就能发电了，磁铁的磁极要跟定子绕组垂直。当年下乡在农场当放映员时，停电频繁。为解决电源问题就是用的三相异步电动机（3KW）接三个电容（1000V，8MF，星形接法），用打药水的汽油机或手扶拖拉机拖动来发电的，效果相当的好。

由于农场各队均有钻床，用钻床上的电机是最理想的了，电机上面带的塔形皮带轮可和拖拉机的皮带轮随意连接，以后干脆只带内装三个电容的配电盒就可以了，到现场后临时把电机拆下装到拖拉机上，一套发电设备很快就完成了。

2022/12/29电动机能当发电机用吗？听父辈的中学物理张2023/1/4刚刚用三个2.2uF/450V电容并在三相电机的绕组上（三相异步，三角接法），果然发出电来了

我用的是一台480W洗衣机（南韩Goldstar）电机同轴（10mm）连接一台110W三相异步电机（法国FWV，型号：635-4PR35），负载是三盏25W/230V电灯。感觉发这种电的质量很差，负载的轻重直接严重影响输出电压和频率。

电是发出来了，加电容的原理还是不很清楚---正在学习中....效果不好，负载调整率差，适合固定负载照明，别的最好不用。如果手头有动力设备和电机（应该是常见的），此法适合应急。完全可以在急需时临时拼凑一套发电设备在用后恢复，而无须投资备用一套常年闲置的专用设备。

最好用功率远大于电力输出的动力设备拖带发电的电机，用电负荷稳定较好。一般的单相电机只要把4个绕组交叉并联起来再接上一个30微发的工作电容就可以了老技术了，文革前、甚至于解放前，穷对付的老技术了2022/12/29刚刚用三个2.2uF/450V电容并在三2023/1/4直流电机的可逆原理

直流电机在一定的条件下，可作为发电机运行，把机械能转变为电能供给直流负载；而在另外的条件下又可把电能转换为机械能拖动机械负载。任何直流电机都是可逆的，但这并不是说是厂商提供的直流机可以不分发电机和电动机了。因为电机是有额定工作状态的，这也是制造厂家为该电机设计的最佳工作状态，若混用，会不同程度的偏离最佳工作状态，使电机的性能变坏。

2022/12/29直流电机的可逆原理

直流电机在一定的条件2023/1/4

电动机和发电机的工作原理分别是什么？

电动机：电生磁，磁生力。（是磁场对通电导线有作用力-电流通过线圈产生磁力驱动转子转动）发电机：力生磁，磁生电。（电磁感应-机械力驱动转子线圈转动切割磁场发生电磁感应后而发电。闭合电路中一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，产生感应电流）在结构上来说，发电机和电动机是完全相同的，通常由定子、转子、端盖.电刷.机座及轴承等部件构成。定子由机座.定子铁芯、线包绕组、以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯、转子磁极（有磁扼.磁极绕组)、滑环、(又称铜环.集电环)、风扇及转轴等部件组成。发电机和电动机是完全可逆的，在发电机和电动机的定子上加上额定电压，转子就会旋转，用外力使发电机或电动机的转子旋转，达到额定同步转速，定子就会产生电压，发出电来。三相异步电动机的工作原理：

三相交流电流的电动机的定子绕组通入三相交流电，就会产生一个旋转磁场，旋放磁场的磁力线通过定子铁芯、气隙和转子铁苡构成回路。异步电动机转子绕组导体由于相对于旋转磁场运动，就会因切割磁力线而感应电动势，因而转子绕组就会流过电流。载流的转子绕组导体在旋转磁场中会受到电磁力的作用。在电磁力形成的电磁转矩作用下，电动机转子就沿着旋转磁场的方风转动起来。同步发电机的工作原理:

同步发电机的工作原理转子是旋转的,其中装设的转子励磁绕组线圈两端与两个彼此绝缘的滑环连接,外界是通过压在滑环上的电刷将直流电送给励磁绕组的,当转子励磁绕组得电后,就会产生磁场,有N极S极。当转子在原动机的带动下旋转时,三相定子电枢绕组就处在旋转磁场中切割磁力线而感应电势,输出端接入负荷,发电机就会向负载供电。2022/12/29

电动机和发电机的工作原理分别是什么？

2023/1/4发电机分同步和异步，都是发交流电。电动机做发电机，属于异步发电机，需要转子有剩磁，同时需要电容；直接的发电机，转子带磁（永磁或者电磁），不需要电容。原则上要想发电，首先要建立磁场，因为没有线圈切割磁力线的过程就无法发出电来。而电动机的磁场可以直接由电源建立出来。所以要想把电动机变成发电机，首要条件是具备自我建立磁场的能力。尽管电动机可以变成发电机，但许多参数并不是处在最佳状态下，而发电机是专为发电而设计的，各项参数都做了最佳选择。所以电动机虽然能够发电，但还是不如发电机的效率高。2022/12/29发电机分同步和异步，都是发交流电。2023/1/41、发电机原理：导体在外力作用下切割磁力线，导体内会感应出电动势，可以用右手定则来判别。2、电动机原理：通电导体在磁场中会运动，运动方向可以用左手定则来判别。3、如果电动机用作发电机时是可以的，但是电动机设计时在定子上有专门换向补偿绕组，它是去磁作用，可减少换向电流及火花，改成发电机使用，换向电流可能较大，从而产生火花比正规发电机要大。4、并激电动机只要有其他电动机拖动就能作发电机使用，而发电机只要通电就会成为电动机旋转。里面不存在再需要外加励磁电压，（他激式电机除外）2022/12/291、发电机原理：导体在外力作用下切割磁力2023/1/41.异步电动机的电磁转矩3-9异步电动机的电磁转矩和机械转矩电动机的结构常数每极下工作主磁通转子电流转子电路功率因数

异步电动机的电磁转矩等于转子中各载流导体在旋转磁场作用下，受到电磁力所形成的转矩之总和。上式中各参数：每极下工作主磁通遵循主磁通原理。转子电路的功率因数和转子电流均随转差率的变化而变化。2022/12/291.异步电动机的电磁转矩3-9异步电2023/1/4

将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式，即可得到电磁转矩的另一种表达形式：

电磁转矩T正比电源电压U12的平方，反映了电动机的电磁转矩在负载不变情况下，其大小取决于电源电压的高低。但这并不意味电动机的工作电压越高，电动机实际输出的电磁转矩就越大。上式说明，只要电机参数不发生变化，电磁转矩

电动机拖动机械负载运行时，输出机械转矩的大小，实际上决定于来自于电动机轴上负载阻转矩的大小。换言之，当电磁转矩T等于负载阻转矩TL时，电动机就会在某一速度下稳定运行；若T>TL，电动机就会加速运行；若T<TL，电动机则要减速运行直至停转。2022/12/29将公式中各量的计算式代入电磁转矩公式2023/1/42、异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个重要值，分别为：Tmsm1T0sn=0n=n0根据公式可得异步机的电磁转矩特性曲线：最大电磁转矩对应最大电磁转矩的临界转差率。(1)额定转矩TN

电动机额定电压下以额定转速nN运功率单位若为W时，9550改为9.55行，输出额定机械功率PN时，电机转轴上对应输出的机械转矩为额定电磁转矩TN。2022/12/292、异步电动机电磁转矩特性电磁转矩有三个2023/1/4

最大转矩反映了电动机带最大负载的性能，我们把它与额定转矩的比值称为电动机的过载能力，即：TMT0s最大电磁转矩起动电磁转矩(2)最大转矩TM

起动转矩反映了异步机带负载起动时的性能。起动转矩与额定电磁转矩之比称作电动机的起动能力，即：Tst(3)起动转矩Tst

λm通常在1.6~2.0之间。如果负载转矩超过了最大转矩，电动机将停转。

λst通常在1.4~1.8之间。如果电机的起动转矩Tst小于电动机轴上的负载阻转矩TL时，电动机将无法起动。2022/12/29最大转矩反映了电动机带最大负载的2023/1/43.异步电动机的机械特性n0T机械特性曲线额定工作点NnNTNTstTM额定转矩

电动机运行在AB段，其电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。ABC

机械特性曲线可分为稳定运行区AB段和非稳定运行区BC段两部分。

电机稳定运行时TL=TN。当负载增加时，TL'>TN动力小于阻力电机稳定运行状态被破坏转速n下降转差率s上升转子电路感应电动势增加电流I2增大定子电流I1随之增大电磁转矩T增大至T′当T′=TL′时电动机转速重新稳定在n'上，此时n′<n。特性曲线的N点向右移。

显然，把转矩特性曲线旋转90°后即可得到机械特性曲线。额定转速最大电磁转矩起动电磁转矩分析

电机稳定运行在TL=TN。当负载减少时，TL″<TN动力大于阻力电机的稳定运行状态被破坏转速n上升转差率s下降转子电路感应电动势减小电流I2减小定子电流I1随之减小电磁转矩T减小至T″当T″=TL″时电动机转速重新稳定在n″上，此时n″>n。沿特性曲线左移。N′N″2022/12/293.异步电动机的机械特性n0T机械特性2023/1/44、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V

电流15.4A

接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1

B级绝缘年月编号××电机厂Y表示异步机，132(mm)表示机座中心高；M代表中机座(L长机座、S短机座)，-4代表4极电机。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n。

三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形

。

三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，如图示：Y形接线Δ形接线2022/12/294、三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动2023/1/43-10三相异步电动机的控制见另一课件2022/12/293-10三相异步电动机的控制见另一课件2023/1/4一、.单相异步电动机简介

实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下（小功率）。电容运转单相机洗衣机电动机电风扇电动机制冷压缩机单相异步电动机产品图

三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？3-11.单相异步电动机2022/12/29一、.单相异步电动机简介实2023/1/4二、单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子ωt0i在定子绕组中通入单相交流电×××电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值，如图示：

相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。

合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。NS电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负，如图：×××SN

相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。

合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。结论：显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁场。2022/12/29二、单相异步电动机的定子磁场单相机定子单2023/1/4单相异步电动机脉动磁场的分析

脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1和B2。

顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零。2022/12/29单相异步电动机脉动磁场的分析脉动2023/1/42022/12/292023/1/42022/12/292023/1/42022/12/292023/1/4如何使单相异步电动机旋转起来呢？为何电容分相法可让单相异步机转动？

电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕组在空间对称嵌放。起动绕阻与电容C串联，使起动绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：

加入起动绕组后，和工作绕组并联连接于单相交流电源上。这时两绕组中的电流磁场为：

可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。AXBYAXBYAXBY2022/12/29如何使单相异步电动机旋转起来呢？为何电容2023/1/4

启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90°，从而产生旋转磁场，电机转起来；

转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。其工作原理~KDCWSTAXA'X'2022/12/29启动时开关K闭合，使两绕2023/1/42022/12/292023/1/43、罩极式单相电机定子磁极转子短路环

定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。

图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。2022/12/293、罩极式单相电机定子转子短路定2023/1/4

拓展：三相异步电动机的单相运行

三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。2022/12/29拓展：三相异步电动机的单相运行2023/1/4三相异步电动机为什么不能缺相运行?当电动机两相运行时，定子磁场有三相旋转磁场变为单项脉动磁场，这个脉动磁场可分解成两个转向向反的旋转磁场，其中正向旋转磁场产生的正向转矩使电动机继续运转，而反向旋转磁场产生的反向转矩将抵消一部分正向转矩，因此电动机的转矩要比原来降低很多。两相运行时，缺相的那一相无电流，其他两相的电流增大，虽然电机仍能运转，但转速降低，电流加大，使电动机发热，很容易烧坏电机绕组。所以，电动机不允许长期缺相运行。2022/12/29三相异步电动机为什么不能缺相运行?当电2023/1/43-12特种电机---控制电机（了解）

概述§一、步进电动机

§二、伺服电动机交流伺服电动机直流伺服电动机2022/12/293-12特种电机---控制电机（了解）2023/1/4

前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。本节介绍控制电机。概述如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速；步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。

控制电机的主要功能是转换和传递信号。控制电机的种类很多，下面主要介绍步进机、伺服机。

对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。2022/12/29前面介绍的异步电动机、直流电动机等2023/1/4§3-12-1步进电动机机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。

(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。

(3)改变脉冲顺序，改变方向。2022/12/29§3-12-1步进电动机机理：步进电2023/1/4种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用：

步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。

下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。2022/12/29种类：应用：下面以反应式步进电机为例说2023/1/4§3-12-2伺服电动机

交流伺服电动机和直流伺服电动机。伺服电动机分类：

伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着变化。伺服电动机的作用2022/12/29§3-12-2伺服电动机交流伺服电2023/1/4

直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。直流伺服电机经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1-600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控制等。应用：2022/12/29直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。2023/1/4结束！谢谢！2022/12/29结束！感应式电动机

感应式电动机2023/1/43-7三相异步交流电动机基本知识主要内容及重难点：一、三相异步电动机的基本结构（重点）二、三相异步电动机的工作原理（难点）三、三相异步电动机的铭牌数据（了解）四、电磁转矩和机械转矩（重点）五、特殊用途的电动机（了解）2022/12/293-7三相异步交流电动机基本知识主要内容2023/1/4导入新课：电机概述第9章电动机

电机——实现机械能与电能的相互转换。发电机——将机械能转换为电能。电动机——将电能转换为机械能。直流电动机交流电动机直流发电机交流发电机（三相和单相）（三相和单相）

电动机电机

发电机同步电动机异步电动机（笼型和绕线型）

动力电机电机

控制电机

:以高效率的能量转换为目的。:以高灵敏度、高准确度的信号转换和传递为主要目的。2022/12/29导入新课：电机概述第9章电2023/1/4交流电动机感性认识2022/12/29交流电动机感性认识2023/1/4

三相异步电动机的外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2022/12/29三相异步电动机的外形9.1三相2023/1/4※部分额定值：UN690V，2kV~11kVfN

50/60HzPN

200kW~3000kW2p

2~12

笼型异步电动机外形9.1三相异步电动机的基本结构和额定值※

部分额定值：UN400V~690V

fN

50/60HzPN

200kW~2300kW2p

2~82022/12/29※部分额定值：笼型异步电动机外形92023/1/42022/12/292023/1/43-8三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构1.定子：指其固定不动部分，主要包括：(1)定子铁心(2)定子绕组(3)机座和端盖等2.转子：指其旋转部分，主要部件包括：(1)转子铁心(2)转子绕组(3)转轴等2022/12/293-8三相异步电动机的基本结构一、2023/1/4

定子铁心、定子绕组、机座和端盖等。

定子铁心的硅钢片3-8-1定子2022/12/29定子铁心的硅钢片3-8-1定子2023/1/4

定子铁心9.1三相异步电动机的基本结构和额定值定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯硅钢片：异步电动机的铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。作用：嵌放绕组，提供磁路；2022/12/29定子铁心9.1三相异步电动机的基2023/1/4

定子绕组对称三相绕组。9.1三相异步电动机的基本结构和额定值定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。作用：产生旋转磁场，构成电机电路的一部分。定子绕组2022/12/29定子绕组对称三相绕组。9.1三相2023/1/4机座和端盖：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。2022/12/29机座和端盖：机座机座是电动机的支架，通常2023/1/4

定子接线盒U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2U1V1

W1W2

U2V2星形(Y)联结3~U1V1

W1W2

U2V2三角形(△)联结3~9.1三相异步电动机的基本结构和额定值2022/12/29定子接线盒U1V12023/1/4（1）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。（2）转子绕组：感应出电势、电流。

（分为两种类型：如下）绕线型：对称三相绕组。笼型：对称多相绕组。（3）转轴（4）风扇等。

转子铁心的硅钢片3-8-2转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值转子铁芯一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。转子绕组2022/12/29（1）转子铁心：嵌放绕组，提供磁路。转子2023/1/4

鼠笼式异步电动机的转子

导条

端环

风扇图1铜条笼型转子图2铸铝笼型转子2022/12/29鼠笼式异步电动机的转子2023/1/4

绕线式异步电动机的转子9.1三相异步电动机的基本结构和额定值集电环2022/12/29绕线式异步电动机的转子9.1三2023/1/4

由于绕线式异步电动机能采用转子绕组串电阻起动和调速，因此起动性能和调速性能均比鼠笼式异步机优越。2022/12/29由于绕线式异步电动机能采用转子绕2023/1/4播放视频讲解电动机结构2022/12/29播放视频讲解电动机结构2023/1/43-7-1异步电动机旋转原理模型图2022/12/293-7-1异步电动机旋转原理模型图2023/1/4模型说明ei蹄形磁铁闭合线圈人为转动感应电流受力而旋转感生电流2022/12/29模型说明ei蹄形磁铁闭合线圈人为转动感应2023/1/4异步电动机原理模型图通电导体的受力方向用“左手定则”判断导线内感应电流方向用“右手定则”判断人为转动对转子的转轴形成一个顺时针方向的转矩

结论：转子的旋转方向和磁场旋转方向一致模型示意图2022/12/29异步电动机原理模型图通电导体的受力方向用2023/1/4异步电动机转动模型原理总结如下：第6章电动机

机械负载旋转起来对称定子三相绕组通入对称三相电流旋转磁场（磁场能量）

磁感线切割转子绕组

转子绕组中产生e和

i

转子绕组在磁场中受到电磁力的作用

转子旋转起来

三相交流电能电磁转矩感应

相当于变压器的原边

相当于变压器的副边2022/12/29异步电动机转动模型原理总结如下：第6章2023/1/4转子旋转的原理：在旋转磁场和转子之间要有相对运动，转子导体要切割磁力线，如果n=n1,它们之间就没有相对运动了，不可能产生e,i,F,T。因此n与n1之间一定存在差异，所以叫异步电动机。异步电动机的由来

2022/12/29转子旋转的原理：异步电动机的由来

2023/1/4下面就先来讨论异步电动机中的旋转磁场是怎样建立起来的。

模型中靠磁铁的转动来获得转子转动，它是用机械能换取机械能，没有实际意义。注意：磁场的旋转是电机旋转的前提！！！2022/12/29下面就先来讨论异步电动机中的旋转磁场是怎2023/1/43-7-2三相异步电动机的旋转磁场

实际的异步电动机中的旋转磁场是利用三相交流电通过固定在定子上的三相对称绕组来获得的。旋转磁场的作用就是相当于模型中的蹄形磁铁转动时产生的磁场。2022/12/293-7-2三相异步电动机的旋转磁场2023/1/4AXBYZCA

B

CXYZ

电流流出

电流流入

4、定子三相绕组中电流的标注方法

一.定子绕组的放置方式1、先以每相绕组中只有一个绕组的简单电路来说明

定子铁芯

定子绕组2、三相对称绕组每相绕组由一个线圈组成3、设三相电流的参考方向为从绕组的首端指向尾端2022/12/29AXBYZCAB2023/1/4对称的三相电流通入对称的三相绕组中，它们的合成磁场、合成磁通就是一个旋转磁场！！！这个结论怎么得到的呢？？？？？选定电流的几个特殊值加以分析，就能得出结论了！！5、以三相绕组结成Y型为例来讨论2022/12/29对称的三相电流通入对称的三相绕组中，它们2023/1/4U←V←W←AXBYZCi1=Imsin

ti2=Imsin(

t－120O)i3=Imsin(

t＋120O)i1

i2

i3t=0O

时i1=0i2＜0(尾端流入、首端流出）i3

＞0（首端流入、尾端流出）××NSIm

tOi1二、旋转磁场的产生相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向如上所示：A

B

CXYZi的参考方向:首端指向尾端

电流流入

电流流出2022/12/29U←AXBYZCi1=Imsin2023/1/4t=0O

时i1=0，i2＜0，i3＞0U1U2V1V2W2W1NSt=120O

时i1＞0，i2=

0，i3＜

0U1U2V1V2W2W1NS9.2三相异步电动机的工作原理

显然，电流随时间变化120°电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120°。2022/12/29t=0O时U1U2V1V2W2W2023/1/4U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1NSt=240O

时i1＜

0，i2＞0，i3=0t=360O

时i1=0，i2＜0，i3＞0NS9.2三相异步电动机的工作原理电流随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360°。2022/12/29U1U2V1V2W2W1U1U2V1V22023/1/4tOi1

i2