哈尔滨工业大学交流电动机课程

8.1

三相异步电动机的构造8.2工作原理8.3三相异步电动机的电路分析8.4转矩与机械特性8.5三相异步电动机的使用8.6铭牌数据8.7单相异步电动机目录第1页/共71页交流电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、并励、串励、复励电动机的分类电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能电动机的作用返回第2页/共71页优点使用电动机驱动生产机械可：（1）简化生产机械的结构（2）提高生产效率和产品质量（3）能实现自动控制（4）实现远距离操纵

（1）基本结构（2）工作原理（3）机械特性（4）起动、制动、反转、调速的基本原理（5）应用场合和正确使用主要内容返回第3页/共71页8.1三相异步电动机的构造鼠笼式绕线式转子返回定子（固定部分）转子（旋转部分）分为两个基本部分：第4页/共71页

构成：由机座、铁心和定子绕组组成

定子机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组有的联接成星形、有的联接成三角形

作用：产生旋转磁场

返回第5页/共71页机座定子绕组铭牌数据出线端子返回第6页/共71页定子铁心定子绕组返回第7页/共71页鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便转子

构成：由铁心和绕组两部分构成

铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和绕线式两种。作用：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。返回第8页/共71页鼠笼式转子转轴轴承转子返回第9页/共71页返回第10页/共71页返回第11页/共71页绕线式转子

铁心绕组转轴返回第12页/共71页8.2三相异步电动机的工作原理演示实验返回第13页/共71页（右手定则）（左手定则）B:磁感应强度v:切割速度l:导线长磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势闭合导线产生电流通电导线在磁场中受力返回第14页/共71页

1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致异步

2.

线圈比磁场转得慢结论返回第15页/共71页8.2.1

旋转磁场1.旋转磁场的产生

在三相异步电动机的定子铁心中放有三相对称绕组，在该三相对称绕组中通入三相对称交流电流，就可产生一“旋转磁场”代替演示实验中的磁铁返回第16页/共71页AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下参考方向：绕组始端到末端的方向返回第17页/共71页AXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向返回第18页/共71页

可见，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随着电流的交变而在空间不断地旋转着，这就是旋转磁场。2.旋转磁场的转向

当通入定子绕组的三相电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的转向与这个顺序是一致的，可见磁场的转向与定子绕组中的电流相序有关。旋转方向取决于三相电流的相序。返回第19页/共71页改变电机旋转方向的方法：换接其中两相返回第20页/共71页3.旋转磁场的极数AXBYCZ

此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。AXYCBZ旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关即：P=1返回第21页/共71页C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。即：P=2返回第22页/共71页4.旋转磁场的转速AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

旋转磁场的转速决定于磁场的极数，在一对极的情况下，当电流交变一次时，磁场恰好在空间旋转了一周。N0=60f（转/分）返回第23页/共71页

旋转磁场具有两对极时，当电流从ωt=0°到ωt=60°经历了60°时，磁场在空间仅旋转了30°。比P=1时转速慢了一半，即：N0=60f/2（转/分）返回第24页/共71页

所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速返回第25页/共71页5.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果返回第26页/共71页8.2.2电动机的转动原理

在电动机定子绕组中通入三相对称交流电流后，产生旋转磁场。

旋转磁场的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。

在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流，该电流与旋转磁场相互作用，使转子导条受到电磁力作用。由电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。返回第27页/共71页异步电机运行中:转差率：电动机起动瞬间:（转差率最大）8.2.3转差率同步转速：旋转磁场的转速返回第28页/共71页1.三相异步电动机的“电－磁”关系

8.3三相异步电动机的电路分析

：主磁通产生的感应电动势。e1e2、

：漏磁通产生的感应电动势。e

1e

2、

2.定子电路i2定子电路R1R2i1u1e1e

1e2e

2转子电路定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。返回第29页/共71页设：设：返回第30页/共71页取决于转子和旋转磁场的相对速度（1）转子频率（2）转子电动势3.转子电路：转子线圈匝数：转子感应电动势的频率返回第31页/共71页其中（4）转子功率因数

（3）转子电流返回第32页/共71页8.4.1电磁转矩

：

转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。8.4转矩与机械特性常数每极磁通转子电流转子电路的功率因数即返回第33页/共71页其中：代入可得返回第34页/共71页8.4.2机械特性曲线

由转矩公式得特性曲线：10n0Tn

一定的电源电压和转子电阻之下，转矩与转差率的关系曲线或转速与转矩的关系曲线返回第35页/共71页（1）额定转矩：电动机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，电动机转轴上输出的转矩。（牛顿•米）n0TnnN返回第36页/共71页

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段n0nT

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）电动机的自适应负载能力直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。返回第37页/共71页硬特性：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。机械特性的软硬返回第38页/共71页

如果电机将会因带不动负载而停转。（2）最大转矩：电机带动最大负载的能力。n0Tn求解返回第39页/共71页过载系数：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第40页/共71页（3）起动转矩

电动机起动时的转矩。n0Tn其中体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。则返回第41页/共71页

结论：和电压的关系返回第42页/共71页R2的

改变

：鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同绕线式电动机外接电阻不同

令：得：和转子电阻关系返回第43页/共71页8.5

三相异步机的使用（1）起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7倍。原因：起动时，转子导条切割磁力线速度很大。定子电流转子感应电势转子电流8.5.1三相异步电动机的起动1.起动性能返回第44页/共71页B大电流使电网电压降低

A频繁起动时造成热量积累影响：（2）起动转矩

起动时，虽然转子电流较大，但因转子的功率因数很低，因此起动转矩并不是很大的，与额定转矩之比为1.0-2.2。

如果起动转矩过小，就不能满载起动，应设法提高；如果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。电机过热影响其他负载工作返回第45页/共71页2.三相异步机的起动方法：（1）直接起动

20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。（2）降压起动

在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有Y－换接起动和自耦降压起动。

方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负载正常工作。返回第46页/共71页Y－

起动

正常运行AZBYXC

起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为返回第47页/共71页（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第48页/共71页RRR绕线式转子（3）转子串电阻起动（绕线式电动机）。起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。返回第49页/共71页转子串电阻起动的特点：适于转子为绕线式的电动机起动。（1）

（2）R2选的适当，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上，如卷扬机、锻压机、起重机等。返回第50页/共71页方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。

8.5.2三相异步电动机的正、反转正转反转ABCM3~电源ABCM3~电源返回第51页/共71页

1.反接制动

停车时，将电动机接到电源的三根线中的任意两根的一端对调位置，使旋转磁场反向旋转，电动机的转矩方向与电动机原来的旋转方向相反，起制动的作用。8.5.3三相异步电动机的制动

反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成转子电流增大，引起定子电流增大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻注意措施简单、效果好但能量消耗大返回第52页/共71页2.能耗制动：

停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩。制动转矩的大小与直流电流的大小有关直流电流的大小一般为电动机额定电流的0.5-1倍制动能量消耗小制动平稳，但需要直流电源M3~+-运行制动n

F转子返回第53页/共71页

3.发电反馈制动：

当电动机转子的转速超过旋转磁场的同步转速时，这时的转矩也是制动转矩。n

Fno当起重机快速下放重物时当多速电动机从高速调到低速的过程中电动机已转入发电机运行，将重物的位能转换为电能而反馈到电网里去，所以称为发电反馈制动返回第54页/共71页8.5.4

三相异步电动机的调速1.改变极对数有级调速。2.

改变转差率

无级调速调速方法：适用于绕线式电动机方法：在绕线式电动机的转子电路中接入调速电阻，改变电阻的大小，就可得到平滑调速。返回第55页/共71页3.变频调速

此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。恒转矩调速：低于额定转速时，保持U1/f1的比值近似不变，这时磁通Φ和转矩也都近似不变。恒功率调速：高于额定转速时，应保持U1=U1N，这时磁通Φ和转矩都减小。转速增大，转矩减小，使功率近似不变。无级调速返回第56页/共71页1.型号

Y132M－4转差率8.6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。返回第57页/共71页3.接法：Y/

接法Y接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2指定子三相绕组的接法接线盒

接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U1返回第58页/共71页4.电压：

一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。例：380/220Y/

是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。指电动机在额定运行状态时定子绕组上的线电压值.当电压高于额定值时，磁通将增大。即：返回第59页/共71页电压波动对电动机的影响当电压低于额定值时，引起转速下降，电流增加。返回第60页/共71页5.额定电流：如：

表示三角接形法下，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。6.功率与效率：

指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：

其中

=72－93％指电动机在额定运行状态时定子绕组的线电流。为电动机的效率返回第61页/共71页

额定负载时一般为0.7-0.9，空载时功率因数很低约为0.2-0.3。额定负载时，功率因数最大。

使用中应选择合适容量的电动机，防止“大马”拉“小车”的现象。7.功率因数(cos

1)：P2PNcos

1返回第62页/共71页8.绝缘等级

绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容许的极限温度来分级的。

极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高容许温度。

绝缘等级绝缘等级极限温度AEBFH返回第63页/共71页8.7单相异步电动机

单相异步电动机常用于功率不大的电动工具（如手电钻、搅拌器等）和众多的家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇等）。一、单相异步电动机的工作原理结构：

定子放单相绕组（也称工作绕组，其中通入单相交流电）；转子一般用鼠笼式。返回第64页/共71页定子转子

定子绕组定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。返回第65页/共71页

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