《电机及拖动基础》
讲 义主讲 张友斌第四章三相异步电动机的基本原理
概述
1、交流电机也称为感应电机分为同步电机与异步电机两大类。习惯上所说的异步电动机常指不带换向器的。
2、异步电机一般只作电动机使用。因为异步发电机没有商业价值。
3、异步电动机又可分为三相异步电动机与单相异步电动机。
4、异步电动机的特点（与直流电动机相比）：
1）其结构简单、制造方便、运行可靠、维修少、价格低廉、重量轻等优点。 2）但其调速性能差，且由于吸收电网无功分量，使电网功率因数变坏。
§ 4－ 1三相异步电动机的工作原理
一、三相异步电动机的工作原理与运行状态工作原理是：通过旋转的磁场作用在转子绕组上，使转子感应电流，因此产生电磁转矩来实现拖动使转子转动。但转子的转动速度总是与磁场的旋转速度有差异。因而故称为异步。
1、旋转磁场的产生所谓旋转磁场指的是：极性与大小不变，但沿着一定方向以一定速度旋转的磁场。
磁场的旋转原理：对称多相绕组中通以多相电流时则会产生旋转磁场。即电流在空间上与时间上都存在固定的差异。则由电流感应的磁场则会在空间上改变，
但电流不变时，其大小与极性不变。
旋转磁场分析
三相电流的表达式：
tIi mA?c o s?
)1 2 0c o s ( 0 tIi mB?
)120c o s ()240c o s ( 00 tItIi mmC
则可从三相电流的变化曲线取几个特殊点 （,
,） 来分析三相电流在三相绕组中所产生的磁场分布，见教材图 4－ 2
00?t? 0120?t?
0240?t? 0360?t?
规定电流为正时，电流从绕组的首端流进，末端流出。
设电动机的三相绕组的三相绕组为 A－ X,B－ Y,C－ Z
00?t?在
A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为正，电流从 A端流进,X端流出。 iB为负,电流从 Y端流进,B端流出。 iC为负，电流从 Z端流进,C端流出。,
处
A
CB
CBA
A
Y C
Z B
X
mA Ii?
mcB Iii 2
1
0120?t?在
A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为负,电流从 X端流进,Y端流出。 iB为正,电流从 B端流进,Y端流出。 iC为负，电流从 Z端流进,C端流出。,
处
A
Y C
Z B
X
A
C
BCBA
mB Ii?
mcA Iii 2
1
0240?t?在
A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为负,电流从 X端流进,Y端流出。 iB为负,电流从 Y端流进,Z端流出。 iC为正，电流从 C端流进,Z端流出。,
处
A
Y C
Z B
X
A
C
B
CBA
mC Ii?
mBA Iii 2
1
A
C
B
CBA
A
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X
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1
A
C
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A
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X
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1
A
Y C
Z B
X
mA Ii?
mcB Iii 2
1
A
CB
CBA
这样，在三相绕组中通以三相电流则会在空间上形成旋转的磁场
从上面的分析过程中可知。磁场的旋转速度与电流的变化频率相等，即
但是上面所分析时三相绕组每相只有一个线圈，对应产生的磁极对数为,
若每相绕组分成 n个线圈在空间分布时，
对应产生的磁极对数就会是 n个。则当电流变化 n周时，磁场才旋转一周。故
m in )/(60 10 rfn?
0n
1f
磁场的旋转速度，称为同步转速定子电流的变化频率，即定子电源频率
1?p
m in )/(60 10 r
p
fn?
2、三相异步电动机的工作原理
a） 三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在转子上嵌有均匀分布的导条，导条被两端的铜环短接，构成整体。
b） 当对称绕组通以对称三相电源时，则产生旋转磁场存在与定子、转子之间的气隙。
c） 以同步转速 旋转的磁场切割转子导条，则依据电磁感应定律，在转子导条内产生感应电动势，进而产生感应电流。
d) 感应电流与旋转的磁场相互作用，使得导条受到电磁力的作用而旋转，且旋转方向与磁场旋转方向一致。但其速度 与 不相等。
0 n
0 n
n
一般情况下,为什么呢？0 n n?
转差率
一般情况下 变化不大空载时额定负载时例题 4－ 1
略
s
% 100
0
0
n
n n s
% 5,0? s
s
% 5? s
三相异步电动机的运行状态
三相异步电动机的运行状态有三种：
1）电磁制动状态
2）电动机状态
3）发电机状态电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
1? s
0? n
1? s
0 0? n
0? s
0 n n?
0? s
三相异步电动机的结构三相异步电动机定子转子定子铁心定子绕组机座转子铁心转子绕组笼形绕组绕线形绕组三相异步电动机的铭牌参数额定频率额定功率 相数额定电压 额定转速额定电流 温升
/ Y
N P
N I
N U
N f
N n
m
§ 4-3 三相异步电动机的定子绕组
概述三相异步电动机的定子绕组必须在通以交流电流后产生旋转磁场且要求有一定的磁极、大小。以及在空间上分布为近似正弦波，而且要求绕组所感应的电动势对称。
定子绕组的类型很多。
单相 两相 三相 单层 双层单双层混合同心式 交叉式 链式 叠绕组 波绕组整数槽 分数槽相数,层数：
槽数：
一、交流绕组的一些基本知识和基本量
1、电角度与机械角度机械角度：电机圆周上的角度。一周为 3600
电角度：正弦电动势的角度，一个周期为 3600
则一对磁极占 3600 电角度。故有：
电角度＝ p× 机械角度
2,线圈,不称之为元件。为单匝或多匝串联，
每个线圈一个首端、一个末端两个引出线。
3、节距,一个线圈两个边所跨定子圆周上的距离。
1 y
1 y 整距绕组
1 y 短距绕组
1 y 长距绕组常用的是整距绕组、短距绕组
4、槽距角,相邻槽之间的电角度?
1
0 360
Q
p 定 子 槽 数,
1 Q
5、每极每相槽数 q
pm
Q q
2
1? 相数,m
二、交流绕组的排列和并联只要确定一相线圈在定子槽内的排列和线圈间的联接，其余两相则在空间上互差 1200电角度。
1、极距的计算 （由所要求的极数及给定槽数确定）
2、线圈中的电流：在相邻的一个极距边有相反的电流才能建立符合要求的电动势。
P
Q
2
16 4 2,24
1＝ 时，则 当p Q
P
D
2
定 子 内 径,D
3、确定相带相带：每个极距内属于同相的槽所占的区域称为相带。在三相异步电动机中采用 600相带（因为每个极距为 1800，而三相绕组每个极距内共有三个相带）
4、画定子槽的展开图（以单层为例）
6,2,24,21 q Q p时 当
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
第一步：将槽编号、分相带并确定各相的相带第一相带 第二相带 第三相带第二步：依据电流要求将线圈串连连接
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
A X
24
三、三相单层绕组 （略）
自学
四、三相双层绕组（略）
自学
§ 4－ 4 三相异步电动机的定子磁动势及磁场
略
讲 义主讲 张友斌第四章三相异步电动机的基本原理
概述
1、交流电机也称为感应电机分为同步电机与异步电机两大类。习惯上所说的异步电动机常指不带换向器的。
2、异步电机一般只作电动机使用。因为异步发电机没有商业价值。
3、异步电动机又可分为三相异步电动机与单相异步电动机。
4、异步电动机的特点（与直流电动机相比）：
1）其结构简单、制造方便、运行可靠、维修少、价格低廉、重量轻等优点。 2）但其调速性能差，且由于吸收电网无功分量，使电网功率因数变坏。
§ 4－ 1三相异步电动机的工作原理
一、三相异步电动机的工作原理与运行状态工作原理是：通过旋转的磁场作用在转子绕组上，使转子感应电流，因此产生电磁转矩来实现拖动使转子转动。但转子的转动速度总是与磁场的旋转速度有差异。因而故称为异步。
1、旋转磁场的产生所谓旋转磁场指的是：极性与大小不变，但沿着一定方向以一定速度旋转的磁场。
磁场的旋转原理：对称多相绕组中通以多相电流时则会产生旋转磁场。即电流在空间上与时间上都存在固定的差异。则由电流感应的磁场则会在空间上改变，
但电流不变时，其大小与极性不变。
旋转磁场分析
三相电流的表达式：
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)120c o s ()240c o s ( 00 tItIi mmC
则可从三相电流的变化曲线取几个特殊点 （,
,） 来分析三相电流在三相绕组中所产生的磁场分布，见教材图 4－ 2
00?t? 0120?t?
0240?t? 0360?t?
规定电流为正时，电流从绕组的首端流进，末端流出。
设电动机的三相绕组的三相绕组为 A－ X,B－ Y,C－ Z
00?t?在
A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为正，电流从 A端流进,X端流出。 iB为负,电流从 Y端流进,B端流出。 iC为负，电流从 Z端流进,C端流出。,
处
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A
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1
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A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为负,电流从 X端流进,Y端流出。 iB为正,电流从 B端流进,Y端流出。 iC为负，电流从 Z端流进,C端流出。,
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A－ X,B－ Y,C－ Z中都有电流流过，且 iA为负,电流从 X端流进,Y端流出。 iB为负,电流从 Y端流进,Z端流出。 iC为正，电流从 C端流进,Z端流出。,
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这样，在三相绕组中通以三相电流则会在空间上形成旋转的磁场
从上面的分析过程中可知。磁场的旋转速度与电流的变化频率相等，即
但是上面所分析时三相绕组每相只有一个线圈，对应产生的磁极对数为,
若每相绕组分成 n个线圈在空间分布时，
对应产生的磁极对数就会是 n个。则当电流变化 n周时，磁场才旋转一周。故
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磁场的旋转速度，称为同步转速定子电流的变化频率，即定子电源频率
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2、三相异步电动机的工作原理
a） 三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在转子上嵌有均匀分布的导条，导条被两端的铜环短接，构成整体。
b） 当对称绕组通以对称三相电源时，则产生旋转磁场存在与定子、转子之间的气隙。
c） 以同步转速 旋转的磁场切割转子导条，则依据电磁感应定律，在转子导条内产生感应电动势，进而产生感应电流。
d) 感应电流与旋转的磁场相互作用，使得导条受到电磁力的作用而旋转，且旋转方向与磁场旋转方向一致。但其速度 与 不相等。
0 n
0 n
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一般情况下,为什么呢？0 n n?
转差率
一般情况下 变化不大空载时额定负载时例题 4－ 1
略
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% 100
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三相异步电动机的运行状态
三相异步电动机的运行状态有三种：
1）电磁制动状态
2）电动机状态
3）发电机状态电磁制动状态 电动机状态 发电机状态
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三相异步电动机的结构三相异步电动机定子转子定子铁心定子绕组机座转子铁心转子绕组笼形绕组绕线形绕组三相异步电动机的铭牌参数额定频率额定功率 相数额定电压 额定转速额定电流 温升
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§ 4-3 三相异步电动机的定子绕组
概述三相异步电动机的定子绕组必须在通以交流电流后产生旋转磁场且要求有一定的磁极、大小。以及在空间上分布为近似正弦波，而且要求绕组所感应的电动势对称。
定子绕组的类型很多。
单相 两相 三相 单层 双层单双层混合同心式 交叉式 链式 叠绕组 波绕组整数槽 分数槽相数,层数：
槽数：
一、交流绕组的一些基本知识和基本量
1、电角度与机械角度机械角度：电机圆周上的角度。一周为 3600
电角度：正弦电动势的角度，一个周期为 3600
则一对磁极占 3600 电角度。故有：
电角度＝ p× 机械角度
2,线圈,不称之为元件。为单匝或多匝串联，
每个线圈一个首端、一个末端两个引出线。
3、节距,一个线圈两个边所跨定子圆周上的距离。
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1 y 整距绕组
1 y 短距绕组
1 y 长距绕组常用的是整距绕组、短距绕组
4、槽距角,相邻槽之间的电角度?
1
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Q
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1 Q
5、每极每相槽数 q
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2
1? 相数,m
二、交流绕组的排列和并联只要确定一相线圈在定子槽内的排列和线圈间的联接，其余两相则在空间上互差 1200电角度。
1、极距的计算 （由所要求的极数及给定槽数确定）
2、线圈中的电流：在相邻的一个极距边有相反的电流才能建立符合要求的电动势。
P
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2
16 4 2,24
1＝ 时，则 当p Q
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3、确定相带相带：每个极距内属于同相的槽所占的区域称为相带。在三相异步电动机中采用 600相带（因为每个极距为 1800，而三相绕组每个极距内共有三个相带）
4、画定子槽的展开图（以单层为例）
6,2,24,21 q Q p时 当
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
第一步：将槽编号、分相带并确定各相的相带第一相带 第二相带 第三相带第二步：依据电流要求将线圈串连连接
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
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三、三相单层绕组 （略）
自学
四、三相双层绕组（略）
自学
§ 4－ 4 三相异步电动机的定子磁动势及磁场
略
