4.1 三相异步电动机基本结构和工作原理（课件）-《电机与拖动》同步精品课堂（人邮版）

项目4 三相异步电动机 4.1 三相异步电动机基本结构和工作原理 《电机与拖动》人邮版（第4版） 同步精品课堂 1 学习目标 知识目标 1.能够准确说出三相异步电动机的基本结构，包括定子、转子和气隙的组成部分及作用。 2.理解旋转磁场的产生原理，掌握旋转磁场的转向、旋转速度的决定因素及计算方法。 能力目标 1.培养观察能力，能够通过观察实物或图片，准确描述三相异步电动机的结构特点。 2.提升分析和推理能力，能够运用所学知识分析旋转磁场的产生、转向和速度等问题，并解释三相异步电动机的工作原理。 情感目标 1.通过对三相异步电动机的学习，培养对电气技术的兴趣和热爱，激发探索科学技术的好奇心。 2.在小组讨论和问题解决过程中，培养团队合作精神和沟通能力，增强自信心和成就感。 项目4 三相异步电动机 导入情景 01 三相异步电动机 三相异步电动机构件分解图 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 电机: 实现能量转换或信号转换的电磁装置（动力电机) (控制电机) 发电机——将机械能转换为电能； 电动机——将电能转换为机械能。 电动机的分类 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机由定子、转子两部分组成，定子和转子之间有气隙。其按转子结构不同分为笼形和绕线转子异步电动机两大类。 笼形异步电动机结构简单、价格低廉、工作可靠、维护方便，已成为生产上应用得最广泛的一种电动机。 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 绕线转子异步电动机由于结构较复杂、价格较高，一般只用在要求调速和起动性能好的场合。 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 1.定子 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 三相定子绕组可连接成星形或三角形 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 1.转子（转子由转子铁芯和转子绕组组成。转子铁芯也是由相互绝缘的硅钢片叠成的，有槽，槽内安装转子绕组。） (1)转子铁芯 转子铁芯作为电动机磁路的一部分，并放置转子绕组。转子铁芯一般用0.5mm 厚的硅钢片叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 (2)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，异步电动机分为笼形转子和绕线转子两类。 笼形转子 根据导体材料不同，笼形转子分为铜条转子和铸铝转子。 绕线转子 绕线转子绕组和定子绕组一样，也是一个用绝缘导线绕成的三相对称绕组被嵌放在转子铁芯槽中，接成星形。 新知学习 02 一、三相异步电动机的基本结构 3.气隙 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，一般为0.2~2.5mm。气隙大小对电动机性能的影响很大，气隙越大，为建立磁场所需的励磁电流就越大，从而降低电动机的功率因数。如果把异步电动机看成变压器，显然，气隙越小，定子和转子之间的相互感应(即合)就越好。 因此，应尽量让气隙小些，但气隙太小会使加工和装配困难，运转时定子、转子之间易发生扫膛。 新知学习 02 二、 三相异步电动机的工作原理 异步电动机工作的基本条件 三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，如果在定子绕组中通入三相对称的交流电流，就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的磁场，称为旋转磁场。 1.旋转磁场的产生 图4-6所示为三相异步电动机定子绕组分布情况，每相绕组只有一个线圈，3个相同的线圈—、—、 在空间中的位置彼此互差 120˚分别放在定子铁芯槽中。当把三相线圈接成星形，并接通三相对称电源后，在定子绕组中便产生3个对称电流，其波形如图4-7所示。 新知学习 02 二、 三相异步电动机的工作原理 在三相异步电动机定子上布置结构完全相同、在空间各相差120˚电角度的定子绕组当分别向三相定子绕组通入三相交流电时，在定子、转子与气隙中产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。 新知学习 02 二、 三相异步电动机的工作原理 2.旋转磁场的转向 由图4-8中各个瞬间的磁场变化可以看出，当通入三相绕组中电流的相序为 旋转磁场在空间是沿绕组始端U一V一W 方向旋转的，在图4-8 中即按顺时针方向旋转。 如果把通入三相绕组中的电流相序任意调换其中两相，如调换 V、W 两相，此时通入三相绕组电流的相序为则旋转磁场按逆时针方向旋转。 由此可见，旋转磁场的方向是由三相电流的相序决定的，即把通入三相绕组中的电流相序任意调换其中的两相，就可改变旋转磁场的方向。 新知学习 02 二、 三相异步电动机的工作原理 3.旋转磁场的旋转速度 当三相交流电变化一周后，旋转磁场也正好转过一周。故在两极电动机中旋转磁场的转速等于三相交流电的变化速度。 国产的异步电动机的电源频率通常为 50Hz。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 每台三相异步电动机的机座上均有一块铭牌，上面标注该电动机的型号及主要技术数据，供用户正确使用电动机时参考，如图4-10所示。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 1.型号 型号是指电动机的产品代号、规格代号和特殊环境代号，电动机产品型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。 我国生产的异步电动机的主要产品有如下几个系列。 Y系列为一般的小型笼形全封闭自冷式三相异步电动机，主要用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。 YD系列是变极多速三相异步电动机。 YR系列是三相绕线转子异步电动机。 YZ和YZR系列是起重和冶金用三相异步电动机，YZ是笼形，YZR是绕线式 YB系列是防爆式笼形异步电动机。 YCT系列是电磁调速异步电动机。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 2.额定功率(2.2kW) 额定功率表示电动机在额定工作状态下运行时，允许输出的机械功率。 3.额定电流(9.69A/5.61A) 额定电流表示电动机在额定工作状态下运行时，定子电路输入的线电流。9.69A 是连接时的额定电流，5.61A 是星形-三角形连接时的额定电流。 4.额定电压(380V) 额定电压表示电动机在额定工作状态下运行时，定子电路所加的线电压。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 5.额定转速(950r/min) 额定转速表示电动机在额定工作状态下运行时的转速。 6.接法 (220/380Y) 接法表示电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，220/380Y 表示电源为220V 时采用三角形)接法，电源为380V 时采用星形(Y)接法。 7.防护等级(IP44) 防护等级表示电动机外壳防护的方式。IP11 是开启式，IP22、IP23 是防护式，IP44 是封闭式。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 8.频率(50Hz) 频率表示电动机使用交流电源的频率。 9.绝缘耐热等级 绝缘耐热等级表示电动机各绕组及其他绝缘部件所用绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能分级，电动机常用的绝缘耐热等级为 A、E、B、F、H及 C(180C以上)6 种。 10.定额 定额是指电动机按铭牌值工作时，可以持续运行的时间和顺序。电动机定额分为连续定额短时定额和断续定额3 种，分别用 S1、S2、S3表示。 新知学习 02 三、 三相异步电动机的铭牌 11. 振动量 振动量表示电动机振动的情况。1.8mm/s 表示电动机振动为每秒轴向移动不超过1.8mm。 12.噪声 67dB(A)表示电动机运行时产生的最大噪声为67dB(A)。 三相异步电动机输入输出功率与各量之间的关系为 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 1： 三相异步电动机中气隙的作用是（ ）。 A. 产生磁场 B. 减小磁场损耗 C. 支撑转子 D. 增加磁场强度 答案：B 解析：气隙的作用主要是减小磁场损耗，同时也为转子的转动提供空间。气隙本身不产生磁场，也不是主要用来支撑转子或增加磁场强度。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 2： 旋转磁场的转向取决于（ ）。 A. 电源频率 B. 电源电压 C. 三相电源的相序 D. 电机的极对数 答案：C 解析：改变三相电源的相序可以改变旋转磁场的转向。电源频率影响旋转磁场的转速；电源电压主要影响电机的输出功率等；电机的极对数决定旋转磁场的转速和同步转速。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 3： 当三相异步电动机的转子转速高于旋转磁场的转速时，电机处于（ ）状态。 A. 电动 B. 发电 C. 制动 D. 启动 答案：B 解析：当转子转速高于旋转磁场转速时，电机处于发电状态，向电网回馈能量。电动状态是转子转速低于同步转速；制动状态是有外力使电机减速等情况；启动状态是电机从静止开始加速的过程。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 4： 三相异步电动机铭牌上的额定电流是指（ ）。 A. 定子绕组的线电流 B. 定子绕组的相电流 C. 转子绕组的线电流 D. 转子绕组的相电流 答案：A 解析：额定电流是指定子绕组的线电流。同样，电机铭牌上的电流一般是定子绕组的电流，且为线电流。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 5： 电机铭牌上的频率是指（ ）。 A. 电源的频率 B. 转子的频率 C. 旋转磁场的频率 D. 电机的工作频率 答案：A 解析：铭牌上的频率是指电源的频率，三相异步电动机的工作依赖于电源频率，旋转磁场的频率也与电源频率相关。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 6： 三相异步电动机在运行过程中，如果电源电压降低，会导致（ ）。 A. 转速升高，电流减小 B. 转速降低，电流增大 C. 转速和电流都不变 D. 转速和电流都增大 答案：B 解析：电源电压降低，旋转磁场的强度减弱，电机的电磁转矩减小，转速降低；同时，为了维持电磁转矩与负载转矩平衡，电流会增大。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 7： 下列哪种调速方法不适合三相异步电动机（ ）。 A. 改变电源频率 B. 改变定子绕组的极对数 C. 改变电枢电阻 D. 改变电源电压 答案：C 解析：改变电枢电阻是直流电机的调速方法，三相异步电动机不能通过改变电枢电阻调速。可以通过改变电源频率、极对数和电源电压等方法调速。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 8： 三相异步电动机的过载能力是指（ ）。 A. 最大转矩与额定转矩之比 B. 启动转矩与额定转矩之比 C. 同步转矩与额定转矩之比 D. 最大转速与额定转速之比 答案：A 解析：过载能力是指最大转矩与额定转矩的比值，反映了电机在短时间内承受过载的能力。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 9： 简述旋转磁场的产生原理。 答案： 在三相异步电动机中，定子绕组通入三相交流电，由于三相电流在时间上存在相位差，使得它们在定子铁心中产生的磁场在空间中也存在相位差。这三个磁场相互作用，合成一个旋转磁场。 小试牛刀 03 尝试解答下面习题 题目 10： 解释三相异步电动机铭牌上额定功率、额定电压和额定电流的含义。 答案： 额定功率是指电动机在额定运行状态下输出的机械功率；额定电压是指电动机在额定运行状态下定子绕组所应加的线电压；额定电流是指电动机在额定电压和额定功率下运行时，定子绕组中的线电流。 1.三相异步电动机的基本结构： 定子：由定子绕组和机座组成。定子绕组是电机的电路部分，当通入三相交流电时，它会产生旋转磁场。机座主要起支撑和固定定子绕组的作用，同时也是电机磁路的一部分。 转子：转子分为鼠笼式转子和绕线式转子。 气隙：是定子与转子之间的空隙。它虽然很小，但对电机的性能有重要影响。气隙的作用主要是减小磁场损耗，同时为转子的旋转提供空间。 2.旋转磁场的产生： 当三相定子绕组通入三相交流电时，由于三相电流在时间上存在相位差，它们在定子铁心中产生的磁场在空间上也存在相位差。这些磁场相互作用，合成一个在空间以一定速度旋转的磁场，即旋转磁场。 课堂小结 04 作业布置 05 简述三相异步电动机定子的主要组成部分及其作用。 分别说明鼠笼式转子和绕线式转子的特点。 阐述旋转磁场的产生原理。 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