异步电动机的应用非常广泛：在家用电器方面：电风扇、空调课件

异步电动机的应用非常广泛：在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在农业方面：脱粒机、碾米机、揉草机、离心泵等。在工业方面：水泵、破碎机、轧钢机、切削机床等。异步电动机的分类：1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.第4章交流电动机

交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。1异步电动机的应用非常广泛：异步电动机的分类：1.按电机定子4.1三相异步电动机的构造*4.2三相异步电动机的转动原理*4.3三相异步电动机的电路分析*4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.6三相异步电动机的起动4.7三相异步电动机的调速*4.5三相异步电动机的铭牌数据24.1三相异步电动机的构造*4.2三相异步电动机的转4.1三相异步电动机的结构三相异步电动机定子转子定子绕组定子铁心机座转子绕组转子铁心绕线式鼠笼式——A、B、C三相绕组——A、B、C三相绕组本节基本要求：了解异步电动机的基本结构产生磁场产生电磁转矩34.1三相异步电动机的结构三相异定子转子定子绕组定子铁心机这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。4这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。4这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖机座5这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。端盖机座这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子6这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。定子6这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座7这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。定子转子1.定子三相异步电动机的定子是由定子铁心和定子绕组组成。这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成这是定子硅钢片81.定子这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组铁心定子铁定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆开槽的圆筒形这是定子硅钢片三相对称定子绕组9定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆这是定子硅钢片三在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AZBXCYY接法AXBYCZAX

BY

CZ首端:A,B,C末端:X,Y,Z接法AXBYCZ10在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AZBXCYY接法U1V1W1W2U2V2接线盒U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2L1L3L21.Y接法L1L2L3U1U2V1V2W1W2L1L2L3△接法2.U1V1W1W2U2V2L1L2L311U1V1W1W2U2V2接线盒U1V1W1W2U2V2U1U这是绕线型转子铁心与绕组

2.转子外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。有线圈：绕线型转子无线圈：笼型转子12这2.转子外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。这是笼型转子13笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组14AZBXCY设：电流的流入端用表示电三相异步电动机的基本结构示意图15三相异步电动机的基本结构示意图15转子7.2三相异步电动机的转动原理异步电动机的工作原理：基于电磁感应定律和电磁力定律16转子7.2三相异步电动机的转动原理异步电动机的工作原理：基一.定子旋转磁场iAiBiCiA=ImsintiB=Imsin(t-120)iC=Imsin(t+120)相序A-B-C-A

ti0AXBYCZiAiBiCi正方向：首端末端如：

iA0AXiA

0XA17一.定子旋转磁场iAiBiCiA=ImsintiB=IiA（1）两极旋转磁场

t=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用表示iBiC电流的流出端用表示iAiBiCABCXYZ18iA（1）两极旋转磁场t=0°tiAZBXCYt

t=60°iAZBXCYNS60°iC

=0iB为负值iA为正值iAiBiC0iAiBiCABCXYZ19tt=60°iAZBXCYNS60°iC=

t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiC0iAiBiCABCXYZ20t=90°AZBXCYNS90°iA为正值tiit=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiC0iAiBiCABCXYZ21t=180°AZBXCYiA=0180°NStt=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXCYNSt=0°AZBXCYNS90°t=180AZBXCYNS180°0°22t=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXC60°iA

0iB0iC=

00°iA=

0iB0iC

0设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示iAiiBiC120°iA=0iB0iC0

t2360°iA00°iA=0设：电流的流入端用

旋转磁场的方向：由电流超前的线圈转向电流滞后的线圈结论：空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流，当电流随时间交变时，产生的两极磁场在空间旋转。定子旋转磁场24结论：空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流，当tiiAiBiC0（2）改变旋转磁场的转向ABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB旋转磁场的反转：

改变流入三相绕组的电流相序（即对调定子绕组接至电源的三根导线中任意两根）25tiiAiBiC0（2）改变旋转磁场的转向ABCXYZiiAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y'(3)、旋转磁场的极对数Pt=0°AZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'SNAZBXCYNS0°（P=1）（P=2）iAiBiCAXBYCZN0°SiA=

0iB0iC

026iAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y'(3)、旋转四极旋转磁场60°0°t=60°NSAZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'30°SN0°tiiAiBiC0iAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y't=0°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'0°SNiA

0iB0iC=

0结论：当定子每相中有 n个线圈串联,且每相绕组始端在空间相差120º/n时,通入对称三相交流电后,产生一个2n极旋转磁场。（P=n）27四极旋转磁场60°0°t=60°NSAZ'BX'C'(4)、旋转磁场的速度n0pn0=——60

f1—电源的频率（50Hz）—磁极对数P=1n0=3000r/min

P=2n0=1500r/minP=3n0=1000r/min同步转速—P=4n0=750r/min28(4)、旋转磁场的速度n0pn0=——60f1—电1.旋转磁极对导体的作用•••SNn0ne(i)ff转子导体旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。二.三相异步电动机的转动原理--基于电磁感应定律和电磁力定律291.旋转磁极对导体的作用•••SNn0ne(i)ff是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果--基于电磁感应定律和电磁力定律三相异步电动机的工作原理30是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果--基于电磁感应定律2、转子转速n和转差率Sn0S=——n0–nn=(1–S)n0转差率0<S

<转子转速启动时：

n=0，S=1额定运行时：nN

n0，SN=0.015~0.06结论：通过电磁感应，转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。--异步电动机也称为感应电动机312、转子转速n和转差率Sn0S=——n0–nn=

n0–n=n0S=Sf1

f2—转子感应电动势的频率f1—定子电动势的频率3、转子电动势频率转子导线切割旋转磁场的速度60f2

=————P（n0–n）转子频率32n=n0–n=n0S=Sf1f2—转子感应电动势的AZBXCY主磁通漏磁通s1(很小)4.3三相异步电动机的电路分析漏磁通s2i1u1+--+-+-+-+33AZBXCY主磁通漏磁通s1(很小)4.3三相异步电

u1→i1i1

→di1dtes1–

L1—i2→i2(主磁通)

s1s1→(漏磁通)

s2s2→

–

L2—es2di2dt三相异步电动机的一相等效电路图R2R1u1_+

E1=4.44f1N1mes2+_es1+_

E2=4.44f2N2me2e2=–

N2—–dF

dt+_e1=–

N1—–dF

dte1+_34u1→i1i1→di1es1–L1—i2→i21定子电路Z1=R1+jXS1

定子的内阻抗：U1=I1R1–E1–ES1••••U1

E1=4.44f1N1R1：每相定子绕组电阻Xs1：每相定子绕组漏磁感抗Xs1=2f1L1：旋转磁场每极磁通最大值N1：每相定子绕组匝数

=–E1+I1(R1+jXS1)••i1R1u1_+es1+_e1+_

E1=4.44f1N1m

Es1=–jXS1I1••351定子电路Z1=R1+jXS1定子的内阻抗：U1=I=4.44f1N2S=E20SE2=–ES2+I2R2•••2R2+XS2E22I2=———2转子电路E20=4.44f1N2XS2=2f2L2=2Sf1L2=SX20X20=2f1L2R2：每相转子绕组电阻Xs2：每相转子绕组漏磁感抗Xs2=2f2L2：旋转磁场每极磁通最大值N2：每相转子绕组匝数cos2=—————R2

R2+(SX20)22i2R2es2+_e2+_E2=4.44f2N22R2+(SX20)SE202=••=I2(R2+j

XS2)=I2Z236=4.44f1N2S=E20SE2=–ES2+II2cos

2cos

2I20S1I22=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2启动时，转差率S=1，n=0，此时f2、

E2、

I2最大cos

2最小37I2cos2cos2I20S1I22=–————3、转子电路中有关各电量f2---转子电流的频率

转子和旋转磁场的相对速度n0–n60f2

=————P（n0–n）=S

f12.E2---转子感应电动势E2=4.44f2N2=4.44S

f1

N2=S

E20X20是n=0时的X23.X2---转子漏磁感抗X2=2f2L2=2S

f1L2=S

X20E20是n=0时的E2E20=4.44f1N2X20=2

f1L2383、转子电路中有关各电量f2---转子电流的频率转I2cos

2cos

2I20S12R2+X2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

24.I2---转子电流

5.cos

2---转子功率因数I2E2结论：E2，I2，f2，X2和cos2均与S有关139I2cos2cos2I20S12R2+X2E2I小结1.定子每相绕组的感应电势E1=4.44f1N1φ，且定子每相绕组电压U1

E1故有U1

Ф2.转子每相绕组的各量均与转差率S有关转子电势频率：f2=Sf1转子每相绕组电势：E2=4.44f2N2φ转子每相绕组电流：I22=–—————SE20R2+

(SX20)2转子每相绕组功率因数：cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2启动时，转差率S=1，n=0，此时f2、

E2、

I2最大cos

2最小40小结1.定子每相绕组的感应电势E1=4.44f1N1φ电磁转矩

T=KT

I2cos

2

————U14.44f1N11将代入式得1与结构有关的常数4.4.1转矩公式T

=

CU1

______________SR2R2+(SX20)222常数2R2+XS2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

24.4三相异步电动机的转矩与机械特性异步电机：电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以41电磁转矩T=KTI2cos2————UST10TstTmSmabcSNTNT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22转矩特性T=

f(S)根据转矩公式得特性曲线：42ST10TstTmSmabcSNTNT=CU12—————TN=

9.55———–PN(W)nN(r/min)TN=————PN2nN/60或

TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。(1)三个重要转矩ST10TstTmSmabcSNTN43TN=9.55———–PN(W)nN(r/minTm

=

C

——U122X20T

=

CU1—————SR2R2

+

(SX20)222R2

+

(SX20)2=2

(SX20)22Sm=

±–—R2X20Sm=

–—R2X20解得取正值Sm—

称为临界转差率（2）最大转矩Tm代入

T的表达式U12求得最大转矩Tm求解

如果电机将会因带不动负载而停转。TmSmU1不同电源电压的转矩特性ST01U1增大U1>

U1>

U1TmU1´´TmU144Tm=C——U122X20T=CU1——ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加。c.Sm=R2/X20Sm′Sm″R2″R2<R2<

R2″´不同转子电阻的转矩特性Tm

=

C

——U122X20结论：a.TmU12b.Tm与R2无关Sm=

–—R2X20Sm与U1无关R2´R2增大45ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2过载系数：三相异步机（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。

工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使（2）注意电机严重过热原因返回46过载系数：三相异步机（1）三相异步机的和电压ST01TstTmSm（3）起动转矩TSTT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22起动瞬间n=0，S=1Tst=

CU1

———–R2R2

+

X20222

CU1——R2X2022U1↓→

TstR2↑→

Tst↑R2´R2U1´U1负载转矩

TL>Tst,不能起动,可空载或轻载起动负载转矩TL<Tst，可带负载起动

stTst

TN一般

st

1.0

2.2特殊

st2.2

2.8起动转矩倍数47ST01TstTmSm（3）起动转矩TSTT=CU12ST0abc1n0n0TTn0n0TabcTstTmnNTN因为n=n0(1-S),可以由转矩特性得到机械特性4.4.2机械特性曲线

n=f(T)（1）分析起动过程d当Tst>TL时,电机起动在cb段n↑→S↓T↑→ba段在ab段n↑→S↓T↓→T=TLTL=TN(在d点)48ST0abc1n0n0TTn0n0TabcTstTmnNTN→

S↑直到T=

T2'电机稳定运行在新的转速下,工作于d'点则

:

n↓———n

=(1–

S)n1→

T↑n0n1TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2N

d转矩平衡方程式T=TL+T0

=负载转矩+空载转矩（2）分析转速平衡过程

ab

段为稳定运行区,电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳´定运行(工作于d点),若负载转矩突然增大为T2´,T2>TN

，49→S↑直到T=T2'电机稳定运行在新的则:硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。

硬特性（R2小）软特性（R2大）

不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。机械特性的软硬50硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性软4.5.1起动性能4.5三相异步电动机的起动起动初始瞬间，n=0，S=1起动电流IST大，5~7IN。频繁起动会使电动机过热。

过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。起动转矩TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低。如果起动转矩小，就不能满载起动。I2cos

2cos

2I20S12R2+X2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2514.5.1起动性能4.5三相异步电动机的起动起动初始1.直接起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大4~7倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机2.降压起动起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。4.5.2起动方法521.直接起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电（1）Y-降压起动法FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组只适用于正常运行时为接法的电动机Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2型起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一53（1）Y-降压起动法FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转（2）Y－

起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电动机。Y－

起动时，起动电流减小的同时，起动转矩也减小了。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合返回54（2）Y－起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M3

~（2）自耦变压器降压起动Ist=(0.55)2

Ist"自耦变压器抽头有0.55,0.64,0.73等Ist=

(0.55)

Ist'IstIst"Ist'如:变压器变比则变压器副方电流为—=0.551n而变压器原方电流(启动电流）电动机起动转矩Tst=(0.55)2

Tst"结论:

电动机起动电流Ist和起动转矩Tst均为直接起动的1/n2。55~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M（3）串电抗降压起动Q1FUM3~~~Q2电动机起动时先合开关Q1,当电动机的转速接近稳定值时,再将开关Q2合上,切除电抗器。

绕线式电动机起动可在转子绕组中串电阻，减小起动电流。（4）转子串电阻起动XST01TstTmSmR2´R2Sm´Rst转子2R2+XS2E2I2=————256（3）串电抗降压起动Q1FUM~~Q2电动机起动时先合开1.改变极对数p

调速p=

(1–S)

——60

f0n

=(1–S)

n0调速方法2.改变转差率S

调速p

=2:1,2,3接电源；4,5,6悬空p

=1:4,5,6接电源；1,2,3短接：n0=15003000r/m

123654绕线式电动机在转子绕组中串入电阻R2,可改变转差率S和转速n。TNST01TstTmSmR2R2Sm´'R2<

R2'—有级调速A.小范围无级调速特点B.R2大→

特性变软4.6三相异步电动机的调速571.改变极对数p调速p=(1–S)——60f0n3.改变电源频率f1

调速变频调速

f1

'

f1

n0TTm

f1

"nNTNnN'nN"

f1>

f1

>

f1'"由U1=4.44f1N1K1为保证不变，在调整电源频率f1时,应同时调整电源电压U1。A.大范围无级平滑调速；B.调速后机械特性平行，带负载能力(硬度)不变；特点C.需要专门的变频调速设备，且成本较高。583.改变电源频率f1调速变频调速f1'f1n01.型号

Y132M－4转差率4.6铭牌数据2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分磁极数(极对数

p=2)同步转速1500转/分Y：三相异步电动机132：机座中心高（132mm）M：机座长度代号，M-中机座；S-短机座，L-长机座。591.型号转差率4.6铭牌数据2.转速:额定电压UN---电动机在额定运行情况下的定子绕组所加线电压。

额定电流IN---电动机在额定情况下运行时定子绕组的线电流。额定功率因数cosN--电动机在额定运行情况下的定子电路功率因数。3UNINcosNP1=输入功率60额定电压UN---电动机在额定运行情况下的定子绕组所加线额定转速nN---电动机在额定运行情况下的转速额定效率N--是指额定运行情况下输出功率与输入功率的比值=————————100

PN3UNINcosNN=9550———

PNnNTN额定转矩TN---在额定运行情况下，电动机轴上负载转矩。额定功率PN--在额定运行情况下电动机轴上所输出的机械功率。61额定转速nN---电动机在额定运行情况下的转速额定效

例：有一Y225M-4型三相异步电动机，额定数据如下,PN=45KW,UN=380V,cosΦ=0.88,ŋ=92.3%,Ist/IN=7.0,nN=1480r/min,Tst/TN=1.9,Tm/TN=2.2求(1)IN、SN、TN、Tm、Tst(2)若负载转矩为510.2N.m,问U=UN和U’=0.9UN两种情况下电机能否起动？(3)采用Y-起动时的起动电流和起动转矩(4)采用自耦降压起动,设起动时电动机的端电压降到电源电压的0.64,求线路起动电流和电动机的起动转矩62例：有一Y225M-4型三相异步电动机，额定数据如下,PN单相异步电动机常用于功率不大的电动工具（如电钻、搅拌器等）以及众多的家用电器4.8单相异步电动机

作为驱动，其功率一般为几几百瓦。单相异步电动机:

定子只有一相主绕组的异步电动机。（如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等）概述单相异步电动机均采用鼠笼式转子，但定子有所不同。63单相异步电动机常用于功率不大的电动工具4.8单相异步4.8.1单相异步电动机的结构和工作原理4—鼠笼式转子绕组隐极式凸极式

1.单相异步电动机的结构12341—定子2—定子绕组3—转子

644.8.1单相异步电动机的结构和工作原理4—鼠笼式工作绕组(1)电容分相起动电路Z1Z2I1IQU••CI2••1.分相起动法4.8.2单相异步电动机的起动方法S电容分相在定子上放置一个起动绕组F1F2

,

与主绕组在空间相隔90,并串联电容器C，使二绕组中的电流相差约90,即可产生旋转磁场。在电机起动后，有的电动机利用离心开关S切断起动绕组F1F2。起动绕组F1F265工作(1)电容分相起动电路Z1Z2Q••C••1.分相起F2F1Z1Z2设i1=Imsinti2=Imsin(t+90)Cui2i1tii20t=0°i1=0，i2为正值两相绕组形成的旋转磁场F2F1Z1Z2t=45°i1、i2均为正值F2F1Z1Z2t=90°i1为正值，i2=0Si112n1磁场从F1F2的轴线位置转向Z1Z2的轴线位置66F2F1Z1Z2设i1=Imsinti2=Imsin(F2F1Z1Z2i1=Imsin(t+90)i2=ImsintSCui2i1i1tii20t=0°如何改变旋转磁场的转向？F2F1Z1Z2t=45°i1、i2均为正值i1为正值，i2=012i1=0，i2为正值F2F1Z1Z2t=90°n1磁场从Z1Z2的轴线位置转向F1F2的轴线位置67F2F1Z1Z2i1=Imsin(t+90)i2=IAc在电动机的极靴上加入短路铜环称为罩极。2.罩极起动法磁极极靴短路铜环罩极内外的磁通产生相位差形成旋转磁场。它使鼠笼形转子产生转矩而起动。68Ac在电动机的极靴上加入短路铜环称为罩极。2.罩极起动定子磁极转子短路环

定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。结构：单相绕组绕在磁极上，在磁极的约1/3部分套一短路环返回69定子转子短路定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并磁通示意图CK••A•B•C•EK•IK•K•AB••磁通相量图i罩极内外的磁通分析70磁通示意图••••C•••K•••磁通相量图i罩极内作业

A选择题：4.2.1~4.4.5B基本题：4.5.2C拓宽题：4.5.371作业71异步电动机的应用非常广泛：在家用电器方面：电风扇、空调机、洗衣机、电冰箱等。在农业方面：脱粒机、碾米机、揉草机、离心泵等。在工业方面：水泵、破碎机、轧钢机、切削机床等。异步电动机的分类：1.按电机定子相数分：三相异步电动机、两相异步电动机、单相异步电动机。2.按电机转子结构分：笼型异步电动机、绕线型异步电动机.第4章交流电动机

交流电动机的作用是将交流电能转换成机械能,交流电动机分异步电动机和同步电动机两大类。72异步电动机的应用非常广泛：异步电动机的分类：1.按电机定子4.1三相异步电动机的构造*4.2三相异步电动机的转动原理*4.3三相异步电动机的电路分析*4.4三相异步电动机的转矩与机械特性4.6三相异步电动机的起动4.7三相异步电动机的调速*4.5三相异步电动机的铭牌数据734.1三相异步电动机的构造*4.2三相异步电动机的转4.1三相异步电动机的结构三相异步电动机定子转子定子绕组定子铁心机座转子绕组转子铁心绕线式鼠笼式——A、B、C三相绕组——A、B、C三相绕组本节基本要求：了解异步电动机的基本结构产生磁场产生电磁转矩744.1三相异步电动机的结构三相异定子转子定子绕组定子铁心机这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。75这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。4这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。端盖机座76这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。端盖机座这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子77这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。定子6这是三相异步电动机的基本结构示意图三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。定子转子轴承端盖机座78这三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分组成。定子转子1.定子三相异步电动机的定子是由定子铁心和定子绕组组成。这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成这是定子硅钢片791.定子这是机座定子铁心和定子绕组示意图定子绕组铁心定子铁定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆开槽的圆筒形这是定子硅钢片三相对称定子绕组80定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成，为内圆这是定子硅钢片三在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AZBXCYY接法AXBYCZAX

BY

CZ首端:A,B,C末端:X,Y,Z接法AXBYCZ81在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组定子绕组AZBXCYY接法U1V1W1W2U2V2接线盒U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2L1L3L21.Y接法L1L2L3U1U2V1V2W1W2L1L2L3△接法2.U1V1W1W2U2V2L1L2L382U1V1W1W2U2V2接线盒U1V1W1W2U2V2U1U这是绕线型转子铁心与绕组

2.转子外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子铁心是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。有线圈：绕线型转子无线圈：笼型转子83这2.转子外接电阻电刷滑环转子铁心转子绕组转子

笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成，在转子铁心的两端各用一个导电端环把所有的导电条连接起来。这是笼型转子84笼型转子是由嵌放在转子铁心槽内的导电条组成AZBXCY设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示定子绕组与转子绕组定子绕组转子绕组85AZBXCY设：电流的流入端用表示电三相异步电动机的基本结构示意图86三相异步电动机的基本结构示意图15转子7.2三相异步电动机的转动原理异步电动机的工作原理：基于电磁感应定律和电磁力定律87转子7.2三相异步电动机的转动原理异步电动机的工作原理：基一.定子旋转磁场iAiBiCiA=ImsintiB=Imsin(t-120)iC=Imsin(t+120)相序A-B-C-A

ti0AXBYCZiAiBiCi正方向：首端末端如：

iA0AXiA

0XA88一.定子旋转磁场iAiBiCiA=ImsintiB=IiA（1）两极旋转磁场

t=0°tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入端用表示iBiC电流的流出端用表示iAiBiCABCXYZ89iA（1）两极旋转磁场t=0°tiAZBXCYt

t=60°iAZBXCYNS60°iC

=0iB为负值iA为正值iAiBiC0iAiBiCABCXYZ90tt=60°iAZBXCYNS60°iC=

t=90°AZBXCYNS90°iA为正值iB为负值iC为负值tiiAiBiC0iAiBiCABCXYZ91t=90°AZBXCYNS90°iA为正值tiit=180°AZBXCYiA=0iB为正值iC为负值180°NStiiAiBiC0iAiBiCABCXYZ92t=180°AZBXCYiA=0180°NStt=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXCYNSt=0°AZBXCYNS90°t=180AZBXCYNS180°0°93t=60AZBXCYNS60°t=90°AZBXC60°iA

0iB0iC=

00°iA=

0iB0iC

0设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示iAiiBiC120°iA=0iB0iC0

t9460°iA00°iA=0设：电流的流入端用

旋转磁场的方向：由电流超前的线圈转向电流滞后的线圈结论：空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流，当电流随时间交变时，产生的两极磁场在空间旋转。定子旋转磁场95结论：空间相差120º角的三相绕组，通入对称三相电流，当tiiAiBiC0（2）改变旋转磁场的转向ABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序A-C-B-AAZBXCYNS90°iB旋转磁场的反转：

改变流入三相绕组的电流相序（即对调定子绕组接至电源的三根导线中任意两根）96tiiAiBiC0（2）改变旋转磁场的转向ABCXYZiiAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y'(3)、旋转磁场的极对数Pt=0°AZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'SNAZBXCYNS0°（P=1）（P=2）iAiBiCAXBYCZN0°SiA=

0iB0iC

097iAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y'(3)、旋转四极旋转磁场60°0°t=60°NSAZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'30°SN0°tiiAiBiC0iAiBiCABYCZXA'X'C'Z'B'Y't=0°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'0°SNiA

0iB0iC=

0结论：当定子每相中有 n个线圈串联,且每相绕组始端在空间相差120º/n时,通入对称三相交流电后,产生一个2n极旋转磁场。（P=n）98四极旋转磁场60°0°t=60°NSAZ'BX'C'(4)、旋转磁场的速度n0pn0=——60

f1—电源的频率（50Hz）—磁极对数P=1n0=3000r/min

P=2n0=1500r/minP=3n0=1000r/min同步转速—P=4n0=750r/min99(4)、旋转磁场的速度n0pn0=——60f1—电1.旋转磁极对导体的作用•••SNn0ne(i)ff转子导体旋转磁极形成旋转磁场，旋转磁场的转速也称为同步转速。笼型转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。二.三相异步电动机的转动原理--基于电磁感应定律和电磁力定律1001.旋转磁极对导体的作用•••SNn0ne(i)ff是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果--基于电磁感应定律和电磁力定律三相异步电动机的工作原理101是定子旋转磁场和转子电流的相互作用的结果--基于电磁感应定律2、转子转速n和转差率Sn0S=——n0–nn=(1–S)n0转差率0<S

<转子转速启动时：

n=0，S=1额定运行时：nN

n0，SN=0.015~0.06结论：通过电磁感应，转子在旋转磁场的作用下也转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。--异步电动机也称为感应电动机1022、转子转速n和转差率Sn0S=——n0–nn=

n0–n=n0S=Sf1

f2—转子感应电动势的频率f1—定子电动势的频率3、转子电动势频率转子导线切割旋转磁场的速度60f2

=————P（n0–n）转子频率103n=n0–n=n0S=Sf1f2—转子感应电动势的AZBXCY主磁通漏磁通s1(很小)4.3三相异步电动机的电路分析漏磁通s2i1u1+--+-+-+-+104AZBXCY主磁通漏磁通s1(很小)4.3三相异步电

u1→i1i1

→di1dtes1–

L1—i2→i2(主磁通)

s1s1→(漏磁通)

s2s2→

–

L2—es2di2dt三相异步电动机的一相等效电路图R2R1u1_+

E1=4.44f1N1mes2+_es1+_

E2=4.44f2N2me2e2=–

N2—–dF

dt+_e1=–

N1—–dF

dte1+_105u1→i1i1→di1es1–L1—i2→i21定子电路Z1=R1+jXS1

定子的内阻抗：U1=I1R1–E1–ES1••••U1

E1=4.44f1N1R1：每相定子绕组电阻Xs1：每相定子绕组漏磁感抗Xs1=2f1L1：旋转磁场每极磁通最大值N1：每相定子绕组匝数

=–E1+I1(R1+jXS1)••i1R1u1_+es1+_e1+_

E1=4.44f1N1m

Es1=–jXS1I1••1061定子电路Z1=R1+jXS1定子的内阻抗：U1=I=4.44f1N2S=E20SE2=–ES2+I2R2•••2R2+XS2E22I2=———2转子电路E20=4.44f1N2XS2=2f2L2=2Sf1L2=SX20X20=2f1L2R2：每相转子绕组电阻Xs2：每相转子绕组漏磁感抗Xs2=2f2L2：旋转磁场每极磁通最大值N2：每相转子绕组匝数cos2=—————R2

R2+(SX20)22i2R2es2+_e2+_E2=4.44f2N22R2+(SX20)SE202=••=I2(R2+j

XS2)=I2Z2107=4.44f1N2S=E20SE2=–ES2+II2cos

2cos

2I20S1I22=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2启动时，转差率S=1，n=0，此时f2、

E2、

I2最大cos

2最小108I2cos2cos2I20S1I22=–————3、转子电路中有关各电量f2---转子电流的频率

转子和旋转磁场的相对速度n0–n60f2

=————P（n0–n）=S

f12.E2---转子感应电动势E2=4.44f2N2=4.44S

f1

N2=S

E20X20是n=0时的X23.X2---转子漏磁感抗X2=2f2L2=2S

f1L2=S

X20E20是n=0时的E2E20=4.44f1N2X20=2

f1L21093、转子电路中有关各电量f2---转子电流的频率转I2cos

2cos

2I20S12R2+X2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

24.I2---转子电流

5.cos

2---转子功率因数I2E2结论：E2，I2，f2，X2和cos2均与S有关1110I2cos2cos2I20S12R2+X2E2I小结1.定子每相绕组的感应电势E1=4.44f1N1φ，且定子每相绕组电压U1

E1故有U1

Ф2.转子每相绕组的各量均与转差率S有关转子电势频率：f2=Sf1转子每相绕组电势：E2=4.44f2N2φ转子每相绕组电流：I22=–—————SE20R2+

(SX20)2转子每相绕组功率因数：cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2启动时，转差率S=1，n=0，此时f2、

E2、

I2最大cos

2最小111小结1.定子每相绕组的感应电势E1=4.44f1N1φ电磁转矩

T=KT

I2cos

2

————U14.44f1N11将代入式得1与结构有关的常数4.4.1转矩公式T

=

CU1

______________SR2R2+(SX20)222常数2R2+XS2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

24.4三相异步电动机的转矩与机械特性异步电机：电磁转矩是由旋转磁场和转子电流的有功分量相互作用而产生的，所以112电磁转矩T=KTI2cos2————UST10TstTmSmabcSNTNT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22转矩特性T=

f(S)根据转矩公式得特性曲线：113ST10TstTmSmabcSNTNT=CU12—————TN=

9.55———–PN(W)nN(r/min)TN=————PN2nN/60或

TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。(1)三个重要转矩ST10TstTmSmabcSNTN114TN=9.55———–PN(W)nN(r/minTm

=

C

——U122X20T

=

CU1—————SR2R2

+

(SX20)222R2

+

(SX20)2=2

(SX20)22Sm=

±–—R2X20Sm=

–—R2X20解得取正值Sm—

称为临界转差率（2）最大转矩Tm代入

T的表达式U12求得最大转矩Tm求解

如果电机将会因带不动负载而停转。TmSmU1不同电源电压的转矩特性ST01U1增大U1>

U1>

U1TmU1´´TmU1115Tm=C——U122X20T=CU1——ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2增大而增加。c.Sm=R2/X20Sm′Sm″R2″R2<R2<

R2″´不同转子电阻的转矩特性Tm

=

C

——U122X20结论：a.TmU12b.Tm与R2无关Sm=

–—R2X20Sm与U1无关R2´R2增大116ST0TmSm1R2当X20不变时,临界转差率Sm随R2过载系数：三相异步机（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。

工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使（2）注意电机严重过热原因返回117过载系数：三相异步机（1）三相异步机的和电压ST01TstTmSm（3）起动转矩TSTT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22起动瞬间n=0，S=1Tst=

CU1

———–R2R2

+

X20222

CU1——R2X2022U1↓→

TstR2↑→

Tst↑R2´R2U1´U1负载转矩

TL>Tst,不能起动,可空载或轻载起动负载转矩TL<Tst，可带负载起动

stTst

TN一般

st

1.0

2.2特殊

st2.2

2.8起动转矩倍数118ST01TstTmSm（3）起动转矩TSTT=CU12ST0abc1n0n0TTn0n0TabcTstTmnNTN因为n=n0(1-S),可以由转矩特性得到机械特性4.4.2机械特性曲线

n=f(T)（1）分析起动过程d当Tst>TL时,电机起动在cb段n↑→S↓T↑→ba段在ab段n↑→S↓T↓→T=TLTL=TN(在d点)119ST0abc1n0n0TTn0n0TabcTstTmnNTN→

S↑直到T=

T2'电机稳定运行在新的转速下,工作于d'点则

:

n↓———n

=(1–

S)n1→

T↑n0n1TabcTstTmT2'd'n'nNTN=T2N

d转矩平衡方程式T=TL+T0

=负载转矩+空载转矩（2）分析转速平衡过程

ab

段为稳定运行区,电动机工作在稳定运行区时,具有自适应能力。例如,原来在额定负载下稳´定运行(工作于d点),若负载转矩突然增大为T2´,T2>TN

，120→S↑直到T=T2'电机稳定运行在新的则:硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。

硬特性（R2小）软特性（R2大）

不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。机械特性的软硬121硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性软4.5.1起动性能4.5三相异步电动机的起动起动初始瞬间，n=0，S=1起动电流IST大，5~7IN。频繁起动会使电动机过热。

过大的起动电流在短时间内会在线路上造成较大的电压降落，影响邻近负载的正常工作。起动转矩TST不大，虽然刚起动时转子电流较大，但转子的功率因数很低。如果起动转矩小，就不能满载起动。I2cos

2cos

2I20S12R2+X2E2I2=————2I2=————2=–—————SE20R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

21224.5.1起动性能4.5三相异步电动机的起动起动初始1.直接起动直接起动是在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。特点：起动转矩小；起动电流大，比额定值大4~7倍；影响同一电网上其它负载的正常工作。优点：简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机2.降压起动起动时降低电动机的电源电压