《交流电动机》课件

交流电动机交流电动机是一种广泛应用于工业、商业和家庭中的电气设备。它们将电能转换为机械能，驱动各种机器和设备。课程目标了解交流电动机的基本概念学习交流电动机的结构、工作原理和主要类型。掌握交流电动机的特性包括转速、转矩、效率、功率因数等，以及影响这些特性的因素。学会交流电动机的应用包括交流电动机的选型、安装、运行、维护和故障处理。培养对交流电动机的实际应用能力能够根据实际需求选择合适的交流电动机，并进行安全、高效的应用。交流电动机的工作原理1电磁感应交流电流在定子绕组中产生旋转磁场，磁场切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电流。2电磁力感应电流与定子磁场相互作用，产生电磁力，推动转子旋转，将电能转化为机械能。3转速转子转速始终低于同步转速，两者之间的差值称为“滑差”，滑差决定转矩的大小。绕组结构交流电动机绕组是由导线绕制而成的，它在通电后产生磁场，推动转子旋转。绕组结构决定了电动机的性能，包括启动转矩、运行效率、功率因数等。绕组的结构形式主要有单层绕组和双层绕组，它们又可以根据导线的排列方式分为波绕组和链绕组。绕组的类型定子绕组定子绕组固定在定子上，通过通电产生旋转磁场。定子绕组分为单相绕组和三相绕组两种。转子绕组转子绕组安装在转子上，用来感应定子磁场产生的电流。转子绕组分为笼型绕组和绕线型绕组两种。笼型绕组笼型绕组由多个短路的铜条组成，结构简单、成本低廉，应用广泛。绕线型绕组绕线型绕组采用线圈缠绕的方式，结构复杂，但可以更好地控制电机转速。绕组的布置定子绕组布置定子绕组通常采用分布式绕组，以减少磁场谐波，提高运行效率。转子绕组布置转子绕组的布置取决于电动机的类型，常见的有鼠笼型和绕线型绕组。绕组布置图绕组布置图用于说明绕组的连接方式、相位关系和匝数等信息。电机的转子转子是电动机的旋转部分，它与定子相互作用产生旋转力矩。转子类型多种多样，例如鼠笼式转子、绕线式转子，不同的转子类型具有不同的性能特点。电机的励磁1励磁绕组励磁绕组是用来产生磁场的，它可以是直流绕组也可以是交流绕组。2励磁电流励磁电流的大小决定了磁场的强弱，从而影响了电机的转矩和转速。3励磁方式励磁方式包括直流励磁、交流励磁和永磁励磁。4励磁作用励磁的作用是产生一个磁场，使电机能够旋转，并实现能量转换。同步电动机的工作原理同步电动机是交流电动机的一种，它是一种旋转磁场电机，其转子速度与定子旋转磁场的同步速度相同。同步电动机的工作原理是基于电磁感应原理，即当定子绕组通入交流电时，会产生旋转磁场，该磁场会切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流，感应电流会产生磁场，该磁场会与定子产生的旋转磁场相互作用，从而使转子旋转。1同步速度转子与定子磁场同步旋转2定子绕组产生旋转磁场3转子绕组感应电流产生磁场同步电动机具有转速稳定、效率高、功率因数高等优点，被广泛应用于各种场合，例如发电厂、工业生产、交通运输等。异步电动机的工作原理异步电动机利用电磁感应原理工作。1旋转磁场定子绕组通入三相交流电，产生旋转磁场。2感应电流旋转磁场切割转子导体，感应出电流。3电磁力感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁力，驱动转子旋转。4异步转子转速始终低于旋转磁场转速。异步电动机的转速与旋转磁场的转速存在差异，被称为滑差。滑差的大小决定了电动机的转矩和效率。起动电容电动机起动电容起动电容串联在启动绕组中，以提高起动转矩。启动绕组启动绕组在电机启动时产生一个与主绕组相位差的磁场，从而产生更大的起动转矩。离心开关当电机达到一定转速时，离心开关会断开启动绕组，电机继续运行。双值电容电动机起动电容起动时，电容与绕组串联，提供更高的起动转矩。运行电容运行时，电容并联于绕组，改善运行效率。电容切换电动机运行时，自动切换电容值，以优化运行效率。三相异步电动机的结构定子结构定子由定子铁心、定子绕组和定子外壳组成。定子铁心定子绕组定子外壳转子结构转子包括转子铁心、转子绕组和转子轴。转子铁心转子绕组转子轴端盖结构端盖用于固定轴承，保护电机内部结构。轴承密封装置三相异步电动机的转子绕组三相异步电动机的转子绕组主要有两种类型：鼠笼型和绕线型。鼠笼型转子绕组结构简单，成本低，应用广泛，主要用于中小型异步电动机。绕线型转子绕组结构复杂，成本较高，但可以进行调速和制动，主要用于大型异步电动机。三相异步电动机的工作原理旋转磁场三相绕组通入三相交流电，产生旋转磁场，磁场旋转的方向与电流的相序有关。转子感应电流转子绕组闭合，旋转磁场切割转子导体，感应出电流。电磁力感应电流与旋转磁场相互作用，产生电磁力，使转子旋转。同步速度转子永远追赶着旋转磁场，但速度略低于磁场速度。三相异步电动机的等效电路三相异步电动机的等效电路模型，通过简化实际电路，可以帮助我们更好地理解和分析异步电动机的工作特性。等效电路模型将定子绕组、转子绕组、磁路、铁损、机械损耗等因素等效为电阻、电感、电容等电路元件。1定子绕组用电阻R1和电感L1表示2转子绕组用电阻R2和电感L2表示3励磁支路用电容Cm表示4铁损用电阻Rc表示三相异步电动机的转矩-滑差特性曲线三相异步电动机的转矩-滑差特性曲线反映了电动机转矩与滑差之间的关系。滑差是指电动机同步转速与实际转速之差，是衡量异步电动机负载大小的重要指标。转矩-滑差特性曲线通常呈“S”形，曲线分为三个区域：启动区、正常工作区和过载区。不同区域的转矩和滑差表现出不同的规律。三相异步电动机的效率和功率因数效率功率因数效率是指电机输出功率与输入功率之比，功率因数是指电机的有功功率与视在功率之比。随着负载率的增加，三相异步电动机的效率和功率因数一般呈上升趋势，但在满载或过载时，效率和功率因数会略有下降。三相异步电动机的启动1直接启动将定子绕组直接接到电源上，电动机直接启动，启动电流大，冲击大，适合负载较轻的情况。2降压启动通过降压启动器降低启动电压，减小启动电流，适合负载较重的情况，启动过程需要降压启动器。3星-三角启动先将定子绕组接成星形，启动后改为三角形连接，启动电流降低，但需要进行连接切换，适合负载较大的情况。4软启动利用软启动器控制电压和电流，平滑地将电动机启动，避免冲击，广泛应用于各种负载，但需要软启动器。三相异步电动机的调速改变电源频率改变电源频率，可改变电动机的同步转速，从而改变异步电动机的转速。此方法适用于需要精确控制转速的场合。改变定子绕组极数改变定子绕组的极数，可以改变同步转速，从而改变异步电动机的转速。此方法适用于需要改变转速范围的场合。改变转子电阻改变转子电阻可以改变转差率，从而改变异步电动机的转速。此方法适用于需要改变转速范围的场合。采用变频调速使用变频器改变电源频率，可以实现精确的转速控制。此方法适用于需要精确控制转速的场合，并且可以实现无级调速。三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动是指使正在运转的电动机停止运转的过程。常用的制动方法主要有三种：再生制动、反接制动和电磁制动。1再生制动利用电动机发电，将动能转化为电能。2反接制动改变电机定子绕组的相序，使电机反转。3电磁制动利用电磁力使电机转子停止转动。串励电动机的工作原理1电流电枢绕组和励磁绕组串联2磁场励磁绕组电流产生的磁场3转矩电枢电流产生的磁场与励磁磁场相互作用产生串励电动机的励磁绕组与电枢绕组串联，因此电枢电流等于励磁电流。随着电流的增加，磁场强度也随之增加，从而产生更大的转矩。串励电动机的特性高启动转矩串励电动机具有较高的启动转矩，适用于需要克服较大负载惯性的场合。速度可调性串励电动机的速度可以通过改变励磁电流来调节，因此适用于需要速度可调的场合。易于控制串励电动机的控制简单，容易实现正反转和调速。成本低串励电动机的结构简单，制造成本较低。串励电动机的应用起重机串励电动机在起重机中被广泛应用，以提供强大的启动扭矩和高负载能力。串励电动机可用于提升重物，并提供精确的控制。电动工具串励电动机在电动工具中具有重要作用，提供高功率输出和可调节的速度。串励电动机可用于钻孔、切割和磨削等各种应用。单相异步电动机的结构单相异步电动机由定子和转子组成，定子上有绕组，转子为鼠笼型结构。定子通常由硅钢片叠压而成，绕组放置在定子槽中，通电后产生旋转磁场。转子通常为铝或铜材料制成，由许多导条和短路环构成，导条之间由短路环连接。单相异步电动机的工作原理单相异步电动机由定子和转子组成。定子绕组通入交流电，产生旋转磁场，并在转子中感应出电流，从而产生转矩驱动转子旋转。1旋转磁场交流电在定子绕组中产生2感应电流转子绕组中感应出电流3电磁转矩电流产生磁场，产生转矩4转子旋转转矩驱动转子旋转单相异步电动机的启动方式1电容启动电容启动是通过电容来改变电流相位，使启动转矩增大。2阴影极启动阴影极启动是利用阴影极产生的附加磁场来产生启动转矩。3电阻启动电阻启动是指在启动时串联一个电阻，降低启动电流，提升启动转矩。4分相启动分相启动是指利用辅助绕组和启动电容产生一个与主绕组电流相位差的电流，从而产生启动转矩。单相异步电动机的特性11.旋转磁场单相异步电动机依靠旋转磁场产生转矩，驱动转子旋转。22.启动转矩单相异步电动机启动转矩较低，需要辅助启动装置。33.效率与三相异步电动机相比，单相异步电动机的效率较低。44.功率因数单相异步电动机的功率因数相对较低，通常需要使用电容补偿。交流电动机的选型和应用电机功率选择合适的电机功率非常重要。过小的电机可能无法满足负载需求，而过大的电机则会造成能源浪费。转速根据负载的具体要求，选择合适的转速。例如，用于高速运行的设备需要高速电机。电压和频率要确保选用的电机与供电系统的电压和频率相匹配。不同地区可能使用不同的电压和频率。工作