交流电机结构及原理
交流电机结构及原理
交流电机结构及原理交流电机是一种将电能转换为机械能的装置。
其工作原理是通过电流在磁场中产生力矩，使电机转动，进而实现能量的转换。
交流电机的结构一般包括定子、转子、端盖和轴承等部分。
下面将详细介绍交流电机的结构及其工作原理。
1.定子：定子是交流电机的固定部分，也是产生磁场的部分。
通常由硅钢片叠压而成，叠压的铁心上绕有多个线圈，称为定子线圈。
定子线圈所绕的截面称为槽。
2.转子：转子是交流电机的动部，通过旋转来产生机械功。
转子通常由铁心和绕组构成。
铁心通常由多个感应电流圈叠加而成，称为转子绕组。
3.端盖：端盖是用于固定定子与转子的零部件，通常用于安装轴承，并保护电机内部的运转部件。
4.轴承：轴承支撑电机的转子，使其能够自由旋转。
常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两种。
交流电机的工作原理主要包括感应原理和电磁力原理两种。
感应原理：交流电机中的定子线圈与电源相连，当电源通电时，电流将在定子线圈中流动。
由于电流的存在，定子线圈产生的磁场也会产生变化，进而在定子槽中产生电动势。
而转子绕组处于变化的磁场中，则在转子绕组上感应出电流。
根据一个事实，即导体在磁场中受到力的作用，由于转子绕组中感应出了电流，则在转子上也会产生电流作用力。
这个电流作用力使转子开始旋转，旋转的方向取决于电流的方向。
电磁力原理：在交流电机中，定子线圈中的电流产生的磁场与转子绕组感应出的磁场相互作用，形成一个力矩。
这个力矩使电机的转子开始旋转。
这种电磁力的作用，通常通过洛伦兹力来实现。
通过感应原理和电磁力原理的作用，交流电机能够将电能转化为机械能。
电能经过电源供给到定子线圈中，定子线圈产生磁场，而转子绕组感应出电流，产生电流作用力，从而使转子开始旋转。
旋转的转子通过轴承支撑，并通过驱动装置输出机械能。
总之，交流电机是一种重要的电动机械设备，在许多领域的应用中起着至关重要的作用。
通过电流在磁场中产生力矩，交流电机能够实现能量的转换，为各种机械设备提供动力。
交流发电机的结构及原理
交流发电机的结构及原理发电机是一种将机械能转化为电能的装置。
交流发电机是一种通过电磁感应原理产生交流电的设备。
下面将详细介绍交流发电机的结构和原理。
1.定子：定子是发电机中不动的部分，通常由铁心和定子绕组组成。
铁心是用导磁性材料制成的，它能集中和导向磁感线。
定子绕组是绕在铁心上的一组导线，用于接收磁场的作用力产生电流。
2.转子：转子是发电机中旋转的部分，它通过电机或其他动力源提供机械能来驱动发电机旋转。
转子通常由磁通轴、绕组和集电环组成。
绕组是绕在转子轴上的一组导线，通常采用绝缘材料包裹，以保证电绕组不短路。
3.扇形铁心：扇形铁心是定子的一部分，由一片或数片铁心组合而成，可以集中和引导磁通。
扇形铁心通常用于提高定子的磁通密度和提高发电效率。
4.定子绕组：定子绕组是绕在定子铁心上的一组导线。
定子绕组通常采用三角形或星形连接方式，以提供均匀分布的三相电流。
5.转子绕组：转子绕组是绕在转子轴上的一组导线。
转子绕组通常采用螺旋形或直行形连接方式，以确保转子绕组能顺利与刷子接触。
6.集电环：集电环是固定在转子轴上的一个金属环，作为电流的传导通道，将转子绕组产生的电能传送到外部电路中。
7.轴：轴是连接转子和其他部件的中心支撑部分，它承受着转子的旋转动力，并传输电能到外部。
为了产生交流电流，交流发电机通常采用三相绕组。
三相绕组中的三个绕组分别位于120度的相位差位置，分别与不同的相上的电压变化同步。
当各个相上的绕组接收到不同的感应电动势时，它们的电压和相位差随时间呈正弦变化。
1.当转子旋转时，会在转子绕组中产生感应电动势。
2.扇形铁心把磁场引导到定子绕组上，使其绕组中产生感应电动势。
3.通过定子绕组和转子的相互作用，定子绕组中的电流会产生旋转磁场。
4.旋转磁场使得转子绕组中的电流也产生旋转磁场。
5.转子绕组中的旋转磁场和定子绕组中的旋转磁场相互作用，从而产生电磁感应的力矩，使得转子继续旋转。
6.转子上的集电环通过刷子与电路外部连接，将转子绕组产生的电能传送到外部。
交流发电机的结构及原理
3.1.2 普通交流发电机的结构
5．带轮及风扇
交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传 动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。
发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产 生，温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作， 所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有的发 电机装有两个风扇（前后各一个）。如丰田轿车的发电机。
电刷组件由电刷、电刷架和电刷 弹簧组成，如图3.9所示。
电刷的作用是将电源通过滑环引 入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷 架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持 接触。
电刷和滑环的接触应良好，否则 会因为磁场电流过小，导致发电机发 电不足。
图3.9 电刷组件
3.1.2 普通交流发电机的结构
励磁绕组通过两只电刷(F 和E)和外电路相连，根据电刷 和外电路的连接型式不同，发 电机分为内搭铁型和外搭铁型 两种，如图3.10所示。
目标
了解交流发电机的功用。 了解调节器的工作原理。 掌握调节器的检测方法。 掌握交流发电机的结构、工作原理。 掌握交流发电机的试验、检测及维修方法。 了解汽车充电系的组成。 掌握电路检测及维修方法。
3.1 交流发电机的结构
3.1.1．发电机的功用 3.1.2．普通交流发电机的结构 1．转子 2．定子 3．整流器 4．端盖及电刷组件 5．带轮及风扇
图3.6 交流发电机整流二极管安装示意图 a）焊接式 b）电路图 c) 压装式 1－正整流板 2－负整流板
3.1.2 普通交流发电机的结构
汽车用硅整流二极管是专用的， 有如下特点：
（1）允许的工作电流大，如ZQ50 型二极管的正向平均电流为50A，浪 涌电流为600A。
（2）承受反向电压的能力高，可 承受的反向重复峰值电压在270V左 右，反向不重复峰值电压在300V左 右。
电机的原理与结构
电机的原理与结构电机是现代社会中不可或缺的重要设备，广泛应用于各个领域。
无论是在工业生产中的机械运转，还是在家庭中的电器使用，电机都发挥着至关重要的作用。
为了更好地理解电机的原理与结构，本篇文章将从以下几个方面进行探讨。
一、电机的基本原理电机的基本原理是利用电流通过导线产生的磁场与永磁体或电磁体之间的相互作用来产生旋转力。
根据磁场的产生方式，电机可以分为直流电机和交流电机两种类型。
1. 直流电机直流电机的工作原理是利用直流电流经过转子线圈产生磁场，与永磁体之间的相互作用而产生旋转力。
直流电机一般由定子和转子两部分组成，其中定子上绕有场绕组，转子上绕有电流导线。
2. 交流电机交流电机的工作原理是利用交流电流的周期性变化，通过定子线圈产生的磁场与转子的磁场之间的相互作用来产生旋转力。
交流电机根据定子线圈和转子线圈的接线方式和结构不同，可以分为异步电机、同步电机和感应电机等多种类型。
二、电机的构造与部件电机的结构与部件根据不同的电机类型和应用需求有所不同，但一般都包括以下几个主要部分：1. 定子定子是电机的固定部件，由铁心和绕组组成。
铁心一般由硅钢片叠压而成，以减小磁场的涡流损耗。
绕组则由导线绕制而成，通常是Y型或Δ型连接，用于产生旋转磁场。
2. 转子转子是电机的旋转部件，其结构与部件的选择根据不同的电机类型有所差异。
在直流电机中，转子通常由永磁体和电流导线组成。
在交流电机中，转子可以是铜绕组、铝绕组或铁芯铝绕组等，用于通过电流产生磁场。
3. 磁场产生装置磁场产生装置主要用于产生电机所需的磁场。
在直流电机中，磁场由永磁体提供，永磁体可以是永磁铁或永磁体组成。
在交流电机中，磁场可以由励磁线圈产生，在异步电机中，磁场由定子线圈提供。
4. 输电与控制装置输电与控制装置用于提供电流和控制电机的转速和方向。
输电装置通过外部电源将电流输入电机，控制装置则根据控制信号来控制电机的工作状态。
三、电机的应用领域电机广泛应用于各个领域，包括工业生产、交通运输、家电等。
交流电机的绕组、电动势和磁动势
N极面
S极面
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
N
NS
S
N
S
A
X
单层绕组的特点： (1)最大并联支路数等于极对数； (2)不能利用短距绕组消除高次谐电势和磁势； (3)线圈数少，绕线和嵌线的工时少； (4)无层间绝缘，下线方便，槽利用率高；
YA Z B
C
X
例 3：Q＝36，2P＝4，绘制 a=1的三相单层交叉式 绕组展开图。
1、计算绕组参数； 2、画槽电动势星形图，划分相带； 3、连接A相绕组，画A相绕组展开图； 4、画B、C相绕组展开图。
例 4 ：Q=24；2P=2；要求绘制三相单层同心式绕组。
18槽2极单层同心式绕组（a=1）
A
B
C
X
Y
Z
24 槽 4 极单层整距绕组
绕组结构参数？ y=？τ=？ q=？ α=？
24槽4极单层整距绕组
三相4极24槽单层整距绕组
两个图的区别？ 三相4极24槽单层链式绕组
判断：绕组的结构型式及绕组结构参数
τ
τ
τ
τ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324
同步电机
异步电机
同步电机：多用作发电机，也用作电动机，可改 变电网功率因数。
异步电机：主要用作电动机，只有特殊场合才用 作发电机。
两种类型的交流电机涉及三个共同部分：
◆交流绕组的基本结构 ◆交流绕组中感应的电动势 ◆交流绕组产生的磁动势
5.1 交流电机的基本工作原理
一、同步发电机的基本工作原理
二、异步电动机的基本工作原理
交流电动机原理
交流电动机原理交流电动机是一种常见的电动机类型，它利用交流电源作为动力源将电能转换为机械能。
本文将详细介绍交流电动机的工作原理。
一、交流电动机的结构交流电动机主要由定子和转子两部分组成。
定子是不动的部分，周围固定有若干个线圈，称作定子绕组。
转子则是可以旋转的部分，通常由铁心和线圈构成。
线圈通电时，会产生磁场，从而驱动转子旋转。
二、交流电动机的工作原理交流电动机的工作原理基于电磁感应和洛仑兹力的相互作用。
当定子绕组通电时，产生的磁场会引起转子中的导体感应电动势，从而在转子上产生感应电流。
根据洛仑兹力的作用，感应电流在磁场的作用下会受到力的作用，使得转子开始旋转。
具体来说，交流电动机的工作过程可以分为三个阶段：起动、运行和制动。
1. 起动阶段：当交流电源接通时，电流流过定子绕组，形成旋转磁场。
此时转子中的感应电动势引起感应电流，根据洛仑兹力的作用，转子开始旋转。
2. 运行阶段：一旦转子开始旋转，交流电动机就进入了运行状态。
转子的旋转会产生一个转子磁场，与定子产生相互作用，进一步驱动转子旋转。
通过不断改变电流的方向，可以保持交流电动机的连续运转。
3. 制动阶段：当停止给定子绕组电流时，转子的旋转速度逐渐减慢，并最终停止。
这是由于失去定子绕组的磁场作用产生的阻力。
为了更快地停止转子旋转，常常会使用外加的制动装置。
三、交流电动机的应用交流电动机广泛应用于各个领域，包括工业、交通、农业以及家电等。
它们可以用于驱动各种设备，如风扇、泵、压缩机和传送带等。
交流电动机具有体积小、转速范围广、维护成本低等优点。
在工业领域，交流电动机常用于驱动大型机械设备，如工厂的生产线和大型机床。
在家庭中，交流电动机则广泛应用于家电产品，如洗衣机、冰箱和空调等。
四、交流电动机的优化与改进随着技术的不断发展，交流电动机的效率和性能得到了优化和改进。
一种常见的改进方法是采用变频器控制交流电动机的转速和运行状态，从而实现更高的能效和灵活性。
浙江三相交流电机工作原理
浙江三相交流电机工作原理
浙江三相交流电机的工作原理是基于旋转磁场的原理。
其主要原理如下：
1. 三相供电：浙江三相交流电机通过三相电源（A相、B相、C相）供电，电压相位相差120度。
2. 旋转磁场：当三相电源供电后，通过电源引线连接到定子线圈上，形成三个互相间隔120度的交流电流激励定子线圈。
这三个电流形成的磁场旋转，称为旋转磁场。
3. 感应转子：浙江三相交流电机的转子上有导体。
当旋转磁场通过转子时，磁场的变化会引起转子上导体内感应出电流，并在导体中形成电流激励磁场。
4. 电磁力和转矩产生：由于转子导体中激励磁场与定子磁场互相作用，形成的电磁力将导致转子转动。
这个电磁力与转子上的导体数量、导体形状以及导体与磁场的相对速度有关，从而产生转矩。
5. 滑动现象：由于转子上导体的滑动现象，会导致转子速度稍低于旋转磁场的速度。
这样，转子上的感应电流将产生一个反向的磁场，与定子磁场相互作用，形成稳定的运转状态。
6. 实际运行：浙江三相交流电机在正常运行中，电源提供连续的三相交流电流，通过上述原理产生的旋转磁场将带动转子转动，从而达到工作的目的。
交流电动机
第六章交流电动机电机是实现电能和机械能互相转换的旋转装置。
本章主要介绍交流电动机的基本构造、工作原理、转速与转矩之间的机械特性及起动、反转、调速及制动的基本原理和使用方法等。
6．1 三相异步电动机的构造三相异步电动机分主要由定子(固定部分)和转子(旋转部分)两个基本部分组成。
见下图三相异步电动机的定子构成：由机座和装在机座内的圆筒形铁心以及其中的定子绕组组成。
见下图三相异步电动机的转子铁心是圆柱状的，也是用硅钢片叠成，表面有冲槽，用来放置转子绕组。
转子铁心装在转轴上，轴上加机械负载。
根据构造的不同可分为鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式异步电动机若去掉转子铁心，嵌放在铁心槽中的转子绕组，就象一个“鼠笼”，它一般是用铜或铝铸成。
见下图绕线式异步电动机的转子绕组同定子绕组一样也是三相的，它联接成星型。
每相绕组的的始端联接在三个铜制的滑环上，滑环固定在转轴上。
环与环，环与转轴之间都是互相绝缘的。
在环上用弹簧压着碳质电刷。
起动电阻和调速电阻是借助于电刷同滑环和转子绕组联接，见下图6．2 异步电动机转动原理：旋转磁场1.旋转磁场的产生三相异步电动机的定子绕组嵌放在定子铁心槽内，按一定规律连接成三相对称结构。
三相绕组AX，BY，CZ在空间互成1200，它可以联接成星形,也可以联接成三角形。
当三相绕组接至三相对称电源时，则三相绕组中便通入三相对称电流i A、i B、i C：i A=I m sinωti B= I m sin(ωt－120o)i C= I m sin(ωt＋120o)电流的参考方向和随时间变化的波形图见下图。
的产生过程(见下图)：由分析可知,当定子绕组中通入三相电流后，当三相电流不断地随时间变化时，它们共同产生的合成磁场也随着电流的变化而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。
这个旋转磁场同磁极在空间旋转所产生的作用是一样的。
2.旋转磁场的转向从旋转磁场可以看出，在ωt=00的时，A相的电流i A=0，此时旋转磁场的轴线与A相绕组的轴线垂直；当ωt=900时，A相的电流i A=+I m达到最大，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。
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定子绕组是电动机的电路部分，是对称的三相绕组，分别 用AX、BY、CZ表示。其中A、B、C是首端，X、Y、Z是 末端。 作用：产生旋转磁场。 机座：用来固定和支撑定子铁芯。
2.转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或
电流。转子有鼠笼式和绕线式。由于鼠笼式异步 电动机具有一系列的优点，应用广泛。
6
8
(2)鼠笼式 转子绕组是在转子铁芯槽里插入铜条， 再将全部铜条两端焊在两个铜端环上。
9
三相异步机的结构
10
定子绕组 （三相）
A
Y
定子
Z
C
转子
B X
机座
11
二、 三相异步电动机的工作原理
异步电动机原理模型
人为 转动
n0
f
n
感应电 流受力 而旋转
N
i e
S
磁铁
闭合 线圈
感生 电流
12
异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极
B
X
CS
B
X
CS
B
X
同步转速：旋转磁场相对定子的旋转速度称为同步转速，用n0
表示。
21
极对数（P）的概念
iA
iC C iB
A
ZX Y B
A
Y NZ
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
即的改变
将每相绕组分成两段，按下图放入定子槽 内。形成的磁场则是两对磁极。
E2 S E20
转子电动势E2与转差率S有关。
43
3.转子绕组的漏磁感抗 设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感抗为R2和X2，且有：
X 2 2 f2Ll2 2 Sf1Ll2
当n=0，S=1时，转子感抗为
X 20 2 f1Ll2
X 2 S X 20
转子漏磁感抗X2与转差率S有关。
第4章 交流电机的工作原理及特性
基本要求：
1、了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生。 2、掌握异步电动机的工作原理，机械特性，以及启 动、调速和制动的各种方法、特点及应用。 3、学会用四个象限来分析异步电动机的运行状态。 4、掌握单相电动机的工作原理和启动方法。 5、了解同步电动机的结构特点、工作原理、运行特 性及启动方法。
41
二、转子电路分析：
异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组能 产生感应电动势，从而产生感应电流，而电流与 旋转磁场磁通的作用产生电磁转矩的缘故。在讨 论电磁转矩之前，必须先弄清楚转子电路的各个 物理量。
1.转子电势的频率f2
转子旋转时，旋转磁场以Δn的速度切割转子绕组，所以在 转子中感应电势的频率为
1
电动机的分类
按构造和原理分类
电动机
交流电动机 直流电动机
异步机 同步机
鼠笼式 绕线式
他励、并励、串励、复励
控制电机：步进电机，伺服电机，自整角机
2
交流电动机感性认识
3
4
一、三相异步电动机的基本结构
包括定子和转子两部分。 1.定子 定子由铁芯、绕组及机座组成。 铁芯由0.5mm个硅钢片叠压而成。
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y Z B'
C
B
iB
A
Y'
Z'
C'
B
X'
X
B'
C
Z A' Y
23
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C'
Z C
Y' B'
Y
B
iB
I m iA iB iC t
Y' C'
A Z'
N•
B
•
X' S
•
B'
N
•
SX
C
Z
Y A'
极对数 p 2
24
极对数和转速的关系
A
Y'
Z
4、转差率
概念：旋转磁场的转速（同步转速）与转子（电动机）的转
速之差称为转差，转差与旋转磁场的转速之比称为转差率，用
s表示，即
s n0 n n0
s是一个没有单位的数，它的
大小也能反映电动机转子的转
电动机 转速
Y
旋转磁 场转速
A n1 Z
n
速。正常运行的异步电动机，
C
B
转子转速n接近于同步转速n1，
37
【例题】
某三相异步电动机，电源频率为50Hz，空载
转差率sk = 0.00267，额定转速nN = 730 r/min。试 求：电机的极数 、同步转速n0 、空载转速nk 、额 定转差率sN。
【解】旋转磁场的同步转速为
60 f 6050 3000
n
1
p
p
p
r/min
异步电动机满载时，s＜0.06故异步电动机的额定转速略小于磁场同
iA iB iC
Im
t
14
iA
iC C iB
A
ZX Y B
当 t 0
Y
C
iA iB iC
Im
t
A
NZ
B
S
X
合成磁场方向：
向下
15
iA iB iC
Im
t
n0 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
t 60
当t=T/6时， 合成磁场从t=0瞬间位置顺时针方向旋转了π/3.
16
同理分析，可得 I m
其它电流角度下 的磁场方向：
A BC Z XY
ZA
C
X
Y
B
ABC Z XY
30
图1-37 定子绕组的星形（Y）连接和三角形（Δ）连接
31
定子绕组在指定接法下应加的线电压.
A
线
线
电
ZX
电
压
CY
B
压
ZA
C
X
Y
B
例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。
说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 ％。
鼠笼电机
其中 P1 3UN I NCOS =72－93％
33
2）额定功率 额定功率是电动机在额定运行情况下，其轴上输出的机
械功率。又称额定容量。 3）额定电压 额定电压是指电动机在额定运行时定子绕组的线电压，
他同定子绕组的接法相对应。 4）额定电流 额定电流是电动机在额定运行时定子绕组的线电流。
转差率s很小，一般 s=0.015~0.06。
X
27
三、 三相异步电动机的铭牌数据
每台异步电动机的机座上都有一块铭牌，上面标有该电动 机的主要数据。为了能正确使用电动机，必然要了解铭牌。
28
1. 型号 Y 132M－4
三相异步电动机
磁极数(极对数 p=2)
机座中心高
同步转速1500转/分
机座长度
n0
AA
Y
Z
C
B
X
t 120
iA iB iC t
n0
A
Y
Z
C
B
X
t 180
17
18
结论： (1)当三相电流随时间的变化而不断变化时，合成磁场的方 向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。
旋转磁场的 方向怎样？
(2)旋转磁场的方向与三相电流 的相序一致。
19
旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA iB iC
iA iC
Im
Im
t
iB t
A
Y
Z
C
B
n0
n0
X
改变电机的旋转方向：换接其中两相
20
2.旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则
i 同步I转m 速（旋A 转磁iB场的i速C 度）为：
t
n0 60 f (转/分）
A YN Z
n0 60
A
Y
Z
N
A YN Z
CS
32
额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： / 11.2A / 6.48A
表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为 6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。
额定功率：
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率
（ P2），不等于从电源吸收的功率（P1）。两者的
关系为：
P2 P1
S↑——n↓——（n0-n）↑——E2 ↑——I2 ↑
45
5.功率因数cosψ2
由于转子有漏磁通，相应的感抗为X2，因此， I2比E2之后ψ2角，因而转子电路的功率因数为
cos2
R2
R22 SX 20 2
功率因数与S有关。
当S很小时，R2>>SX20 ,功率因数近似为1； 当S增大时，X2也增大，功率因数减小； 当S接近于1时，功率因数近似R2/X20 。
44
4.转子电流I2
对于每相转子电路，可 得到电压平衡方程式为
e2 i2R2 (eL2 )
用复数表示，则为
R1
i1
u1
e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
E2 I2R2 jI2 X 2
则转子每相回路电流为：
I2
E2