《交流電動(dòng)機(jī)》課件

交流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和家庭中的電氣設(shè)備。它們將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)各種機(jī)器和設(shè)備。課程目標(biāo)了解交流電動(dòng)機(jī)的基本概念學(xué)習(xí)交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要類(lèi)型。掌握交流電動(dòng)機(jī)的特性包括轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)等，以及影響這些特性的因素。學(xué)會(huì)交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用包括交流電動(dòng)機(jī)的選型、安裝、運(yùn)行、維護(hù)和故障處理。培養(yǎng)對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用能力能夠根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的交流電動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行安全、高效的應(yīng)用。交流電動(dòng)機(jī)的工作原理1電磁感應(yīng)交流電流在定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。2電磁力感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。3轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終低于同步轉(zhuǎn)速，兩者之間的差值稱(chēng)為“滑差”，滑差決定轉(zhuǎn)矩的大小。繞組結(jié)構(gòu)交流電動(dòng)機(jī)繞組是由導(dǎo)線繞制而成的，它在通電后產(chǎn)生磁場(chǎng)，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。繞組結(jié)構(gòu)決定了電動(dòng)機(jī)的性能，包括啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、運(yùn)行效率、功率因數(shù)等。繞組的結(jié)構(gòu)形式主要有單層繞組和雙層繞組，它們又可以根據(jù)導(dǎo)線的排列方式分為波繞組和鏈繞組。繞組的類(lèi)型定子繞組定子繞組固定在定子上，通過(guò)通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。定子繞組分為單相繞組和三相繞組兩種。轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組安裝在轉(zhuǎn)子上，用來(lái)感應(yīng)定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的電流。轉(zhuǎn)子繞組分為籠型繞組和繞線型繞組兩種?；\型繞組籠型繞組由多個(gè)短路的銅條組成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，應(yīng)用廣泛。繞線型繞組繞線型繞組采用線圈纏繞的方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以更好地控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。繞組的布置定子繞組布置定子繞組通常采用分布式繞組，以減少磁場(chǎng)諧波，提高運(yùn)行效率。轉(zhuǎn)子繞組布置轉(zhuǎn)子繞組的布置取決于電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，常見(jiàn)的有鼠籠型和繞線型繞組。繞組布置圖繞組布置圖用于說(shuō)明繞組的連接方式、相位關(guān)系和匝數(shù)等信息。電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，它與定子相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩。轉(zhuǎn)子類(lèi)型多種多樣，例如鼠籠式轉(zhuǎn)子、繞線式轉(zhuǎn)子，不同的轉(zhuǎn)子類(lèi)型具有不同的性能特點(diǎn)。電機(jī)的勵(lì)磁1勵(lì)磁繞組勵(lì)磁繞組是用來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)的，它可以是直流繞組也可以是交流繞組。2勵(lì)磁電流勵(lì)磁電流的大小決定了磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，從而影響了電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。3勵(lì)磁方式勵(lì)磁方式包括直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和永磁勵(lì)磁。4勵(lì)磁作用勵(lì)磁的作用是產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，使電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)，并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。同步電動(dòng)機(jī)的工作原理同步電動(dòng)機(jī)是交流電動(dòng)機(jī)的一種，它是一種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子速度與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步速度相同。同步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理，即當(dāng)定子繞組通入交流電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)會(huì)與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，從而使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。1同步速度轉(zhuǎn)子與定子磁場(chǎng)同步旋轉(zhuǎn)2定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)3轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場(chǎng)同步電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定、效率高、功率因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，例如發(fā)電廠、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)?。異步電?dòng)機(jī)的工作原理異步電動(dòng)機(jī)利用電磁感應(yīng)原理工作。1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)定子繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2感應(yīng)電流旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，感應(yīng)出電流。3電磁力感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。4異步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速始終低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速存在差異，被稱(chēng)為滑差。滑差的大小決定了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和效率。起動(dòng)電容電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電容起動(dòng)電容串聯(lián)在啟動(dòng)繞組中，以提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)繞組啟動(dòng)繞組在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)與主繞組相位差的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生更大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。離心開(kāi)關(guān)當(dāng)電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，離心開(kāi)關(guān)會(huì)斷開(kāi)啟動(dòng)繞組，電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。雙值電容電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電容起動(dòng)時(shí)，電容與繞組串聯(lián)，提供更高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。運(yùn)行電容運(yùn)行時(shí)，電容并聯(lián)于繞組，改善運(yùn)行效率。電容切換電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)切換電容值，以?xún)?yōu)化運(yùn)行效率。三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子結(jié)構(gòu)定子由定子鐵心、定子繞組和定子外殼組成。定子鐵心定子繞組定子外殼轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)子軸。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子軸端蓋結(jié)構(gòu)端蓋用于固定軸承，保護(hù)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。軸承密封裝置三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組主要有兩種類(lèi)型：鼠籠型和繞線型。鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，應(yīng)用廣泛，主要用于中小型異步電動(dòng)機(jī)。繞線型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，但可以進(jìn)行調(diào)速和制動(dòng)，主要用于大型異步電動(dòng)機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三相繞組通入三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向與電流的相序有關(guān)。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組閉合，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，感應(yīng)出電流。電磁力感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生電磁力，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同步速度轉(zhuǎn)子永遠(yuǎn)追趕著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，但速度略低于磁場(chǎng)速度。三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路模型，通過(guò)簡(jiǎn)化實(shí)際電路，可以幫助我們更好地理解和分析異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。等效電路模型將定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、磁路、鐵損、機(jī)械損耗等因素等效為電阻、電感、電容等電路元件。1定子繞組用電阻R1和電感L1表示2轉(zhuǎn)子繞組用電阻R2和電感L2表示3勵(lì)磁支路用電容Cm表示4鐵損用電阻Rc表示三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-滑差特性曲線三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩-滑差特性曲線反映了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與滑差之間的關(guān)系?；钍侵鸽妱?dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速之差，是衡量異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載大小的重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)矩-滑差特性曲線通常呈“S”形，曲線分為三個(gè)區(qū)域：?jiǎn)?dòng)區(qū)、正常工作區(qū)和過(guò)載區(qū)。不同區(qū)域的轉(zhuǎn)矩和滑差表現(xiàn)出不同的規(guī)律。三相異步電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)效率功率因數(shù)效率是指電機(jī)輸出功率與輸入功率之比，功率因數(shù)是指電機(jī)的有功功率與視在功率之比。隨著負(fù)載率的增加，三相異步電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)一般呈上升趨勢(shì)，但在滿(mǎn)載或過(guò)載時(shí)，效率和功率因數(shù)會(huì)略有下降。三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)1直接啟動(dòng)將定子繞組直接接到電源上，電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)，啟動(dòng)電流大，沖擊大，適合負(fù)載較輕的情況。2降壓?jiǎn)?dòng)通過(guò)降壓?jiǎn)?dòng)器降低啟動(dòng)電壓，減小啟動(dòng)電流，適合負(fù)載較重的情況，啟動(dòng)過(guò)程需要降壓?jiǎn)?dòng)器。3星-三角啟動(dòng)先將定子繞組接成星形，啟動(dòng)后改為三角形連接，啟動(dòng)電流降低，但需要進(jìn)行連接切換，適合負(fù)載較大的情況。4軟啟動(dòng)利用軟啟動(dòng)器控制電壓和電流，平滑地將電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，避免沖擊，廣泛應(yīng)用于各種負(fù)載，但需要軟啟動(dòng)器。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速改變電源頻率改變電源頻率，可改變電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此方法適用于需要精確控制轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合。改變定子繞組極數(shù)改變定子繞組的極數(shù)，可以改變同步轉(zhuǎn)速，從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此方法適用于需要改變轉(zhuǎn)速范圍的場(chǎng)合。改變轉(zhuǎn)子電阻改變轉(zhuǎn)子電阻可以改變轉(zhuǎn)差率，從而改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。此方法適用于需要改變轉(zhuǎn)速范圍的場(chǎng)合。采用變頻調(diào)速使用變頻器改變電源頻率，可以實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)速控制。此方法適用于需要精確控制轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合，并且可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)是指使正在運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程。常用的制動(dòng)方法主要有三種：再生制動(dòng)、反接制動(dòng)和電磁制動(dòng)。1再生制動(dòng)利用電動(dòng)機(jī)發(fā)電，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。2反接制動(dòng)改變電機(jī)定子繞組的相序，使電機(jī)反轉(zhuǎn)。3電磁制動(dòng)利用電磁力使電機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的工作原理1電流電樞繞組和勵(lì)磁繞組串聯(lián)2磁場(chǎng)勵(lì)磁繞組電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)3轉(zhuǎn)矩電樞電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與勵(lì)磁磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組串聯(lián)，因此電樞電流等于勵(lì)磁電流。隨著電流的增加，磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增加，從而產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，適用于需要克服較大負(fù)載慣性的場(chǎng)合。速度可調(diào)性串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的速度可以通過(guò)改變勵(lì)磁電流來(lái)調(diào)節(jié)，因此適用于需要速度可調(diào)的場(chǎng)合。易于控制串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的控制簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。成本低串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用起重機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在起重機(jī)中被廣泛應(yīng)用，以提供強(qiáng)大的啟動(dòng)扭矩和高負(fù)載能力。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)可用于提升重物，并提供精確的控制。電動(dòng)工具串勵(lì)電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)工具中具有重要作用，提供高功率輸出和可調(diào)節(jié)的速度。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)可用于鉆孔、切割和磨削等各種應(yīng)用。單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)單相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，定子上有繞組，轉(zhuǎn)子為鼠籠型結(jié)構(gòu)。定子通常由硅鋼片疊壓而成，繞組放置在定子槽中，通電后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子通常為鋁或銅材料制成，由許多導(dǎo)條和短路環(huán)構(gòu)成，導(dǎo)條之間由短路環(huán)連接。單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理單相異步電動(dòng)機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子繞組通入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出電流，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)交流電在定子繞組中產(chǎn)生2感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流3電磁轉(zhuǎn)矩電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩4轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式1電容啟動(dòng)電容啟動(dòng)是通過(guò)電容來(lái)改變電流相位，使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。2陰影極啟動(dòng)陰影極啟動(dòng)是利用陰影極產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3電阻啟動(dòng)電阻啟動(dòng)是指在啟動(dòng)時(shí)串聯(lián)一個(gè)電阻，降低啟動(dòng)電流，提升啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。4分相啟動(dòng)分相啟動(dòng)是指利用輔助繞組和啟動(dòng)電容產(chǎn)生一個(gè)與主繞組電流相位差的電流，從而產(chǎn)生啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。單相異步電動(dòng)機(jī)的特性11.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)單相異步電動(dòng)機(jī)依靠旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。22.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩單相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較低，需要輔助啟動(dòng)裝置。33.效率與三相異步電動(dòng)機(jī)相比，單相異步電動(dòng)機(jī)的效率較低。44.功率因數(shù)單相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)相對(duì)較低，通常需要使用電容補(bǔ)償。交流電動(dòng)機(jī)的選型和應(yīng)用電機(jī)功率選擇合適的電機(jī)功率非常重要。過(guò)小的電機(jī)可能無(wú)法滿(mǎn)足負(fù)載需求，而過(guò)大的電機(jī)則會(huì)造成能源浪費(fèi)。轉(zhuǎn)速根據(jù)負(fù)載的具體要求，選擇合適的轉(zhuǎn)速。例如，用于高速運(yùn)行的設(shè)備需要高速電機(jī)。電壓和頻率要確保選用的電機(jī)與供電系統(tǒng)的電壓和頻率相匹配。不同地區(qū)可能使用不同的電壓和頻率。工作