电机拖动与电气控制 第2版 教案 3.1三相异步电动机的结构和工作原理 课程教案.docx

电机拖动与电气控制课程教案

章节名称

第3章交流电动机

3.1三相异步电动机的结构和工作原理

授课时数

2

授课形式

教学目标

①掌握三相异步电动机的工作原理，了解三相异步电动机的结构与铭牌。

②能正确识别异步电动机铭牌数据，并选型；能够按照操作规范正确拆装三相异步电机。

③科学思考，严谨认真，创新意识。

教学重点

难点

旋转磁场的产生、三相异步电动机的工作原理。

教学内容

一、三相异步电动机的结构

三相交流异步电动机属于旋转电机的范畴，因其结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低廉，效率较高，在现实中被广泛应用于现代工业生产与日常生活中。在实际应用中，三相交流异步电动机根据转子结构可分为两种类型：三相鼠笼型异步电动机；三相绕线型异步电动机，其外形如下图所示：左侧为三相鼠笼型异步电动机，右侧为三相绕线型异步电动机。

鼠笼型电动机的内部结构包括有：定子铁芯，定子绕组，转子铁芯，转子绕组，前后端盖等。如图所示。

绕线型电动机的内部结构主要包括有：定子铁芯，定子绕组，转子铁芯，转子绕组，前后端盖，集电环等。如图所示。

不论何种类型的交流电动机，其基本结构大致相同，主要部件包括定子部分，转子部分以及交流电机内的气隙，这些重要部件在交流电机的工作中起到重要作用。

1.定子

其中定子部分包括有定子铁芯和定子绕组，定子铁芯为交流电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽，其外形如图所示。

定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。定子绕组构成电路部分。定子绕组通常采用导电能力较强的铜制材料构成，按照电机的结构，排布在定子铁芯的凹槽内，其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。

2.转子

转子主要包括转子铁芯，转子绕组，转轴。其中转子铁芯为交流电机主磁路的另一组成部分，并放置转子绕组。转子铁芯由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。

转子绕组为转子回路中的电路部分，有两种形式，一种为转子笼式转子绕组。转子每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。

另一种是绕线式转子绕组。与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。

3.气隙

交流电机的另一重要部分为定转子之间的微小气隙，气隙，也是电机主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.2～1.5mm。

二、三相异步电动机的基本工作原理

交流电机就其本质来说依然通过电磁感应原理完成能量的转换，那么交流电机中的磁由何而生，其特性如何？

1.旋转磁场

1）旋转磁场的产生，交流电机中的旋转磁场是由于定子三相绕组中通入三相正弦交流电能，如图所示。

(?)电流入(?)电流出

(?)电流入(?)电流出

从图中可以发现：当三相对称电流流入三相对称绕组后，所建立的合成磁场，并不是静止不动的，而是旋转的。电流变化一周，合成磁场在空间也旋转一周。若电源的频率为f?，则2极磁场每分钟旋转60f周，旋转的方向从U相绕组轴线转向V相绕组轴线再转向W相绕组轴线。

当空间互差120°的线圈通入对称的三相对称交流电流时，在空间就产生了一个随时间而旋转的磁场。

2）旋转磁场的转速如果U、V、W三相绕组分别由两个线圈串联组成，产生的合成磁场为4极旋转磁场。电流变化一周，磁场仅转过1/2周，它的转速为2极旋转磁场转速的1/2。依次类推，当电机的极数为2时，旋转磁场的转速为2极磁场转速的1/，即每分钟转60f/周。旋转磁场的转速称为同步转速，以n1表示。即：r/min

3）旋转磁场的方向：

旋转的方向为从U→V→W,正好和电流出现正的最大值的顺序相同。如果三相绕组通入负序电流,则电流出现正的最大值的顺序是U→W→V。通过图解法分析可知旋转磁场的旋转方向也为U→W→V。

由此可以得出结论:旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组中的三相交流电源的相序。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序,旋转