电机与电气控制教案(完整版)

课堂教学安排

教学

过程

主要教学内容及步骤

复习导入

新课1.什么是三相对称电源？三相对称电源的特点是怎样的？

2.什么是功率因数？

在工业企业中，各种生产机械为了完成各种工艺过程的要求，大多数需要原动机提供机械能，用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统，称为电力拖动系统。从本节课起我们学习生产机械常用电气设备与拖动技术基础。

第四章生产机械常用电气设备与拖动技术基础

电动机：使用电能的原电机。（电能→机械能）

电力拖动系统：用电动机作为原动机来拖动生产机械运行的系统。电力拖动系统包括电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。

第一节三相交流异步电动机简介

一、三相交流异步电动机的结构和工作原理

（一）结构

电动机

交流电动机

同步电动机

异步电动机

三相异步电动机

单相异步电动机

三相交流异步电动机由静止部分（定子）和转动部分（转子）组成。

1.定子部分

（1）定子铁心

定子铁心是电动机磁路的一部分，为减小铁心损耗，一般由0.5mm 的厚硅钢片叠成，安放在机座内，而且在片间用绝缘漆绝缘。为了冷却铁心，在大容量电机中，定子铁心分成很多段，每两段之间留有通风槽，作为冷却空气的通道。

（2）定子绕组

定子绕组是电动机的电路部分，工作时和三相交流电源相接，用以产生三相异步电动机工作所需的旋转磁场。

定子绕组：是由绝缘的铜或铝导线绕成的三相对称绕组、三相绕组在空间上相隔1200,可以接成星形或三角形。

图11-6-2(a)是定子绕组的星形连接图；

图11-6-2(b)是定子绕组的三角形连接图。

图11-6-2 定子绕组的星形和三角形连接图

2.转子部分

转子的主要作用是产生感应电流，形成电磁转矩，以实现机电能量的转换。

（1）转子铁心

是电动机的一部分，一般用0.5mm厚硅钢片叠成，套在转轴上并与转轴固定。

（2）转子绕组

转子绕组根据结构的不同可以分为笼型转子和绕线转子两种。

笼型绕组及转子

笼型转子是在转子铁心的每一个槽中，插入一根裸导条，在铁心两端分别用两个短路环把导条连接成一个整体，形成一个自行闭合的多相短路

课堂教学安排

教学

过程

主要教学内容及步骤

复习导入

新授

三相异步电动机的基本组成和各组成部分的作用

大家都知道，三相异步电动机接上电源就会旋转，那为什么会转呢？这节课我们就来讨论这个问题。

（二）三相交流异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理

1.旋转磁场的产生

旋转磁场以同步转速n0顺时针旋转，相当于磁场不动，转子逆时针切割磁力线，产生感应电流，用右手定则判定，转子半部分的感应电流流入纸面。有电流的转子在磁场中受到电磁力的作用，用左手定则判定，上半部分所受磁场力向右，下半部分所受磁场力向左，如图11-6-6所示。这两个力对转子转轴形成电磁转矩，使转子沿旋转磁场的方向以转速n旋转。

注意点：异步电动机的转动方向是与旋转磁场的转动方向一致的，如果旋转磁场的方向变了，转子的转动方向也要随着改变。

图11-6-5 旋转磁场的产生

由图可见，当空间彼此相差120 的三个相同线圈通入对称三相交流

课堂教学安排

课堂教学安排

教学

过程

主要教学内容及步骤

复习

导入新授

如何根据电动机的铭牌数据确定接线方式？

三相异步电动机的转速和电磁转矩的关系是怎样的？

二、三相异步电动机的机械特性

（一）三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性曲线，如图，A、B、C、D点分别为电动机的同步点、额定运行点、临界点和起动点。由图可见电动机在D点起动后，•随着转速的上升转矩随之上升，在达到转矩的最大值后（C点），进入A–C段的工作区域。

（二）三相异步电动机的运行性能

三相异步电动机的运行性能：

1．曲线的A–C段：近似于线性，随着异步电动机的转矩增加而转速略有下降，从同步点A（n = n0，s = 0，T = 0）到满载的B点（额定运行点），转速仅下降2 ~ 6 %，可见三相异步电动机在A–C 段的工作区域有较“硬”的机械特性。

2．额定运行状态：在B点，电动机工作在额定运行状态，在额定电压、额定电流下产生额定的电磁转矩，以拖动额定的负载，此时对应的转速、转差率均为额定值（额定值均用下标“N”表示）。电动机工作时应尽量接近额定状态运行，以使电动机有较高的效率和功率因数。

3．临界状态：C点被称为“临界点”，在该点产生的转达矩为最大转矩T m ，它是电动机运行的临界转矩，因为一旦负载转矩大于T m ，电动机因无法拖动而使转速下降，工作点进入曲线的C–D段，

课堂教学安排

串电阻降压起动原理：先合上电源开关S1，由于定子绕组中串联了电阻，起到分压作用，所以这时定子绕组上所承受的电压不是额定电压而是额定电压的一部分，这样就限制了起动电流；当电动机的转速接近额定转速时，立即全上S2，这时电阻被S2短接，定子绕组上的电压便上升到额定工作电压，电动机正常运转。

(2).星形-三角形换接起动

星形-三角形换接起动——就是电动机起动时把定子绕组连成星形，等到转速接近额定值时再换接成三角形的起动方法。

如图11-7-2所示，是一种星三角起动器的连接简图。

星形-三角形换接起动原理：起动时，将手柄指向右，定子绕组连成星形降压起动。等电动机接近额定转速时，将手柄指向左，定子绕组换接成三角形，电动机正常运行。

星形-三角形换接起动使用条件：星形-三角形换接起动在降压起动时的电流仅为直接起动时的

3

1，这种起动方法只适用于正常运行时定子绕组为三角形联结的电动机。

图11-7-1 定子绕组串电阻降压起动