第3章 交流电机

第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01交流电机的结构02交流电动机的工作原理03交流电动机的绕组04三相异步电动机的机械特性primarycoverage05三相异步电动机的起动06三相异步电动机的调速与反转07三相异步电动机的制动3.1三相异步电动机的结构和工作原理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：鼠笼型异步电动机绕线型异步电动机3.1三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的基本结构右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。主要部件的拆分图3.1三相异步电动机的结构和工作原理一、三相异步电动机的基本结构右图是一台三相绕线型异步电动机的外形图主要部件的拆分图3.1三相异步电动机的结构和工作原理一、定子部分无论何种类型的电动机，其结构组成中总存在以下三个重要部分1.定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2.定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3.机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。三、气隙

异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。3.1三相异步电动机的结构和工作原理1.定子定子铁心：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。3.1三相异步电动机的结构和工作原理1.定子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。3.1三相异步电动机的结构和工作原理1.定子定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。3.1三相异步电动机的结构和工作原理2.转子转子铁心转子绕组转轴电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。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。构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。3.1三相异步电动机的结构和工作原理2.转子笼型绕组：在转子铁心均匀分布的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。3.1三相异步电动机的结构和工作原理2.转子绕线型绕组：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。23.1三相异步电动机的结构和工作原理3.气隙定、转子之间的间隙，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。谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01交流电机的结构02交流电动机的工作原理03交流电动机的绕组04三相异步电动机的机械特性primarycoverage05三相异步电动机的起动06三相异步电动机的调速与反转07三相异步电动机的制动3.2三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理1.气隙旋转磁场的产生定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)3.2三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理1.气隙旋转磁场的产生AXBYCZo3.2三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理1.气隙旋转磁场的产生o

由定子绕组三相交流电流的激励，三相异步电动机气隙中形成一个旋转的磁场，其转速为n0（同步转速）AYCBZX(•)电流出(

)电流入外接三相交流电源频率（Hz）三相异步电动机磁极对数（对）3.2三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理2.三相异步电动机的启动

在电机转子还未启动时，转子铁芯表面的转子绕组在空间静止不动，因此，气隙内的旋转磁场与转子绕组之间存在切割运动，转子绕组产生感应电动势。同时由于三相异步电动机转子绕组回路闭合，最终转子绕组随之出现转子电流。

由于转子绕组存在有电流，在磁场的作用下，转子绕组受到磁力的作用，产生旋转磁力矩，若转子所受磁力矩大于转子的阻力矩，则三相异步电动机转子开始启动。3.2三相异步电动机的工作原理一、三相异步电动机的基本工作原理3.三相异步电动机的运行

随着转子转速的加快，转子绕组与气隙磁场的切割运动也变弱。因此，转子绕组电流变小，转子所受磁力矩减小，当转子转速增大至n时，转子所受磁力矩与转子外部阻力矩相等，则电机转子将匀速稳定运行。

通常，三相异步电动机在正常工作时，其转子的转速n总略小于同步转速n0（两个转速不一样），所以这类电机成为“异步”电动机。3.2三相异步电动机的工作原理二、转差率在三相异步电动机的应用中，为描述同步转速n0与转子转速n的差值，通常用转差率s来表示：3.2三相异步电动机的工作原理照片：异步电动机铭牌三、铭牌3.2三相异步电动机的工作原理三、铭牌1型号例:3.2三相异步电动机的工作原理异步电动机产品名称代号产品名称新代号汉字意义老代号异步电动机Y异J、Jo绕线式异步电动机YR异绕JR、JRO防爆型异步电动机YB异爆JB、JBO高起动转矩异步电动机YQ异起JQ、JQo3.2三相异步电动机的工作原理2.接法W2U2V2V1W1U1定子三相绕组的联接方法。通常

接线盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2Y联结

联结3.2三相异步电动机的工作原理3.电压电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。例如：380/220V、Y/

是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用联结。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%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。3.2三相异步电动机的工作原理4.电流例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。5.功率与效率额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。

鼠笼电机

=72~93％3.2三相异步电动机的工作原理6.功率因数

三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。PNP2cos

O注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。3.2三相异步电动机的工作原理

如：n

N=1440转/分

sN=0.048.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01交流电机的结构02交流电动机的工作原理03交流电动机的绕组04三相异步电动机的机械特性primarycoverage05三相异步电动机的起动06三相异步电动机的调速与反转07三相异步电动机的制动3.3交流电动机的绕组一、交流绕组的基本知识1.交流电机的定子绕组

线圈（元件）是构成绕组的基本单元。绕组就是线圈按照一定的规律排列和联结。3.3交流电动机的绕组一、交流绕组的基本知识2、交流绕组的基本概念两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距：

极距

线圈节距一个线圈的两个有效边之间所跨的距离（通常用相距的槽数）称为线圈的节距。3.3交流电动机的绕组电角度槽距角

相邻两个槽之间的相差的电角度：

每极每相槽数

每一个极面下每相线圈所占的槽数为

3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组1.基本要求和分类1）三相绕组对称；2）力求获得最大的电动势和磁动势；3）绕组的电动势和磁动势的波形力求接近正弦；4）节省用铜量；5）绕组的绝缘和机械强度可靠，散热条件好；6）工艺简单、便于制造、安装和检修。3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组2、电势星型图例如：一台三相4极24槽鼠笼型异步电动机，其电势星型图如下：3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组3、三相绕组槽分布根据三相交流电机槽电势星型图可得三相绕组的槽分布如下：AZBXCY第一对极下（1槽-12槽）1，23,45,67，88,911,12第二对极下（13槽-24槽）13,1415,1617,1819,2021,2223,24槽号分配表3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组3、三相绕组槽分布三相单层叠形绕组将定子沿轴向切开，平展开来U相绕组的连接顺序为：A-1-7-2-8-13-19-14-20-X3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组3、三相绕组槽分布三相单层叠形绕组（整距线圈）将A相绕组平移120°电角度V相绕组的连接顺序为：B-5-11-6-12-17-23-18-24-Y3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组3、三相绕组槽分布三相单层叠形绕组（整距线圈）将B相绕组平移120°电角度W相绕组的连接顺序为：C-9-15-10-16-21-3-22-4-Z3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组4、三相绕组分布图三相单层叠形绕组（整距线圈）三相绕组动态图3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组4、三相绕组分布图三相单层链形绕组（短距线圈）U相绕组的连接顺序为：A-2-7-13-8-14-19-1-20-X单层链式绕组由节距相同的两种短距线圈构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组4、三相绕组分布图三相单层叠形绕组（整距线圈）U相绕组的连接顺序为：B-6-11-17-12-18-23-5-24-Y3.3交流电动机的绕组二、三相交流绕组4、三相绕组分布图三相单层叠形绕组（整距线圈）U相绕组的连接顺序为：C-9-4-10-15-21-16-23-3-Z3.3交流电动机的绕组二、单层链式绕组

链式绕组由大小相同的线圈布置构成。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q>1的且为偶数的小型三相异步电动机。短距链式绕组动态图3.3交流电动机的绕组三相单层绕组的优缺点优点缺点元件少，结构简单，嵌线方便，槽内无层间绝缘广泛应用于10kW以下的异步电动机定子绕组单层绕组为整距绕组电动势和磁动势波形较差铁损和噪声较大起动性能较差不适宜于大中型电机谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01三相异步电动机的结构和工作原理02交流电动机的绕组03三相异步电动机的机械特性04三相异步电动机的起动Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相异步电动机的调速06三相异步电动机的制动07单相异步电动机Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor03三相异步电动机的机械特性Mechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotor三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用

表示。表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。

一、机械特性的定义和表达式（一）物理表达式三相异步电动机的机械特性（二）参数表达式一、机械特性的定义和表达式

三相异步电动机的机械特性曲线三相异步电动机的机械特性（三）实用表达式一、机械特性的定义和表达式三相异步电动机的机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。几个特殊点1.起动点A:

二、固有机械特性启动系数：三相异步电动机的机械特性几个特殊点2.最大转矩点B:3.额定运行点C

4.同步运行点D

二、固有机械特性Sm与R2成正比；Tm与R2无关。Tm与U12成正比；Sm与U1无关。过载能力：三相异步电动机的机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。1.降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm

下降后,和均下降,但不变,和减少。三、人为机械特性三相异步电动机的机械特性2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性

串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs三、人为机械特性n1、Tm不变，Sm而则随外电阻R2的增大而增大。谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01三相异步电动机的结构和工作原理02交流电动机的绕组03三相异步电动机的机械特性04三相异步电动机的起动Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相异步电动机的调速06三相异步电动机的制动07单相异步电动机Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor04三相异步电动机的起动Startingofthree-phaseasynchronousmotor三相异步电动机的起动1.起动电流大2.起动转矩不大

起动时,,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.三相异步电动机的起动（一）直接起动（二）减压起动适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动电流关系:起动转矩关系:

一、三相笼型异步电动机的起动1.定子回路串接电抗器或电阻起动2.星／三角(Y／△)减压起动三相异步电动机的起动直接起动时的起动电流：降压后定子起动电流：变压器一次侧电流：电网提供的起动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：

3.自耦变压器减压起动三相异步电动机的起动（一）转子回路串电阻起动二、三相绕线型异步电动机的起动接线图起动时的机械特性曲线三相异步电动机的起动（二）转子回路串频敏变阻器起动二、三相绕线型异步电动机的起动当电动机启动时(s=1)，转子电流频率最高。启动后频敏变阻器谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01三相异步电动机的结构和工作原理02交流电动机的绕组03三相异步电动机的机械特性04三相异步电动机的起动Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorprimarycoverage05三相异步电动机的调速06三相异步电动机的制动07单相异步电动机Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotorSingle-phaseasynchronousmotorBrakingofthree-phaseasynchronousmotor05三相异步电动机的调速Speedregulationofthree-phaseasynchronousmotor三相异步电动机的调速与反转可得三相异步电动机调速方法：

改变电机极对数

改变电源频率改变转差率三相异步电动机的调速与反转电源频率恒定改变磁场极对数p同步转速n1改变。转子转速n改变转速按极对数的倍数而改变,只适用于笼型电动机，因为笼型转子绕组的极对数是感应产生的，随定子磁场极对数改变而自动改变，使两磁场极对数保持一致。一、变极调速三相异步电动机的调速与反转改变绕组连接

改变电流方向

改变极对数

2P=42P=2一、变极调速三相异步电动机的调速与反转U1≈E1=4.44f1N1kw1Φ0

在调节f1的同时，改变定子电压U1，以维持磁通不变，或者保持电动机的过载能力不变

。2.电机得不到充分利用1.铁心严重饱和二、变频调速三相异步电动机的调速与反转保持U1/f1=恒值，即恒转矩调速。电动机最大电磁转矩Tm在基频附近可视为恒值，在频率更低时，随着频率f1下调，最大转矩Tm将变小。（一）基频以下频调速二、变频调速三相异步电动机的调速与反转电动机端电压不允许升高，因此f升高时，其U应保持不变。则f1增加，磁通降低，属减弱磁场调速类型。运行段近似是平行的，此调速方式，可近似认为是恒功率调速类型。

（二）基频以上变频调速二、变频调速三相异步电动机的调速与反转（一）减压调速Tem∝

三、变转差率调速三相异步电动机的调速与反转电阻越大，曲线越偏向下方。T2一定时，电阻越大，转速越低。这种调速方法损耗较大，调整范围有限，主要应用于小型电动机调速中。（二）绕线式异步电动机转子回路串电阻调速三、变转差率调速三相异步电动机的调速与反转（三）电磁转差离合器调速三、变转差率调速谢

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看第三章交流电机电机拖动与电气控制ChapterⅢ:Alternatingcurrentmachine主要内容01三相异步电动机的结构和工作原理02交流电动机的绕组03三相异步电动机的机械特性04三相异步电动机的起动Thestructureandworkingprincipleofthree-phaseasynchronousmotorStartingofthree-phaseasynchronousmotorMechanicalcharacteristicsofthreephaseasynchronousmotorThewindingsofanACmotorpr