第九章 异步电动机
异步电动机基本结构和运行分析
第九章
第九章 异步电动机
异步电动机也称感应电动机与其他电动机
相比，异步电动机具有结构简单、坚固耐
用、使用方便、运行可靠、效率高、易于
制造和维修、价格低廉等许多优点。 但是
其调速性能差、功率因数低本章将分别介
绍三相异步电动机的基本结构、工作原理、
运行特性以及单相异步电动机的基本结构
和工作原理等,
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
一、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组
成，转子装在定子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上。
为了保证转子能在定子内自由转动，定子和转子之间必须有
一间隙，称为气隙。
１．定子
定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成。
定子三相绕组是异步电动机的电路部分，在异步电动机的运行
中起着很重要的作用，是把电能转换为机械能的关键部件。
定子三相绕组的结构是对称的，一般有六个出线
1U 2
U 1V 2V 1W 2W
置于机座外侧的接线盒内，根据需要接成星形或三角形
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
２．转子
异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。
转子铁心也是电机磁路的一部分，也是用电工钢片叠成。与定子
铁心冲片不同的是，转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽，叠装
后的转子铁心外圆柱面上均匀地形成许多形状相同的槽，用以放
置转子绕组。
转子绕组是异步电动机电路的另一部分，其作用为切割定子磁场，
产生感应电势和电流，并在磁场作用下受力而使转子转动。
鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成，其感应电势不大，
加上导条和铁心叠片之间的接触电阻较大，所示无需专门把
导条和铁心用绝缘材料分开。
绕线式转子绕组是用绝缘导线组成，嵌放在转子铁心槽内的三
相对称绕组。三相一般为星型接法，三根引出线分别接到固定
在转轴上并互相绝缘的三个集电环上，再通过安装在端盖上的
电刷装置与集电环接触
把电流引出来。
转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部
件，整个转子靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般
由中碳钢或合金钢制成。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
３．气隙
异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为０．２～２
ｍｍ。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要
较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电机的磁路磁阻远比
变压器为大，因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得多。
变压器的励磁电流约为额定电流的３％，异步电机的励磁电流
约为额定电流的 ３０％。励磁电流是无功电流，因而励磁电
流越大，功率因数越低。为提高异步电机的功率因数，必须减
少它的励磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是
气隙过小会使装配困难，还有可能使定、转子在运行时发生摩
擦或碰撞，因此，气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可靠
等因素来决定。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
４．其他部件
端盖：安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座相同，
一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，
以使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里
正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保护定、转子绕
组的作用。
轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减
少摩擦。
轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。
风扇：冷却电动机
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
二、异步电动机的分类
异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机３类
现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。
按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。
鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子３
种。
根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、
封闭式和防爆式等。
防护式异步电动机具有防止外界杂物落人电机内的防护装置
封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的
防爆式异步电动机为全封闭式，它将内部与外界的易燃、易爆性
气体隔离。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
三、异步电动机的铭牌和额定值
每台异步电动机机壳上都装有铭牌，把它的运行额定值印刻在上面
异步电动机的额定值主要有：
（１）额定功率
（２）定子额定电压
（３）定子额定电流
（４）额定转速
（５）额定频率
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
除上述数据外，铭牌上有时还标明定子相数和绕组接法、
额定运行时电机的功率因数、效率、温升或绝缘等级、定
额等。
绕组接法：三相异步电动机的定于绕组可接成星形或三角形，
视额定电压和电源电压的配合情况而定。
温升：指电机按规定方式运行时，绕组容许的温度升高，即
绕组的温度比周围空气温度高出的数值。
容许温升的高低取决于电机所使用的绝缘材料。
定额：我国电机的定额分为３类，即连续定额、短时定额
和断续定额。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
三相异步电动机的交流绕组是由许多嵌放在走子铁心槽
中的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的。
一、交流绕组概述
交流绕组是把属于同相的导体绕成线圈，再按照一定
的规律，将线图串联或并联起来。交流绕组通常都绕
成开启式，每相绕组的始端和终端都引出来，以便于
接成星形或三角形。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
1,绕组的基本术语
（１）线圈、线圈组、绕组
线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导
线按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝组成；多个线圈连
成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定规律连接
在一起就形成了绕组
（２）极距 τ
极距是指交流绕组一个磁极所占有定子圆周的距离，一般用
定子槽数来表示。
（３）线圈节距Ｙ
一个线圈的两个有效边所跨定于圆周的距离称为节距，一般也用
定于槽数来表示。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
（４）机械角度和电角度
一个圆周所对应的几何角度为３６０ｏ，该几何角度就称为机
械角度。
每极每相槽数ｑ是指每相绕组在每个磁极下占的槽数
（５）每极每相槽数ｑ
（６）相距角 α
槽距角是指相邻的两个槽之间的电角度。
（７）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的
线圈组。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
２．交流绕组的基本要求
（１）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上应
尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
钢量要省。
（２）对三相绕组，各相的电势和磁势要求对称而各相的电阻和
电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数
都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差１２０ ° 电角度。
（３）绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。
（４）制造、安装、检修要方便。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
３．三相交流绕组的分布、排列与连接要求
（ 1）各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁
场的对称。
（２）各相绕组的电源引出线应彼此相隔１２０ ° 电
角度。
３）同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方
向应相同，而在异性磁极下的电流方相反。
（４）同相线圈之间的连接应顺着电流方向进行。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
４．交流绕组的分类
按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单
双层混合绕组；按每极每相所占的槽数来分，可分
为整数槽绕组和分数槽绕组；按绕组的结构形状来
分，可分为链式绕组、交叉式绕、同心式绕组、叠
绕组和波绕组等。
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
一、三相定子绕组的电势
根据电磁感应定律可以证明，三相异步电动机定于绕组的相
电势Ｅ 1为：
E1=4.44f1N1Φmkykq=4.44f1N1Φmkw
绕组系数,kw=kykq
Ky称为节距因数
Ｋ q称为分布因数
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
二、三相定子绕组的磁势
１．单相绕组的磁势
在三相定子绕组中通人三相正弦波的电流，则三相定子
绕组中的每一个单相绕组所产生的磁势为脉动磁势。
可以证明，单相绕组脉动磁势
),( txf?
的数学表达式可以写成
txFtxf ?c o sc o s),( ?? ?
?F
为磁势的幅值 ;Ｘ为空间坐标 ;t为时间坐标； ? 为绕组中正弦
交流电的角频率 。 可以证明，单相绕组脉动磁势的幅值
?F
=
p
KwIN 19.0
说明单相统组脉动磁势的幅值与绕组中的电流Ｉ成正比，与相绕组
总的串联匝数Ｎｌ成正比，与绕组因数 ?K,成正比，与电机的极
对数 p成反比。
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
２．三相绕组的磁势
三相绕组由３个单相绕组组成，这三个单相绕组分别产生脉动磁
势。在三相异步电动机中，３个单相绕组是对称的，即 Ｕ、Ｖ、
Ｗ三相绕组在空间互相间隔的距离为 １２０ ° 电角度。电机在
对称运行时，通人三相绕组中的三相电流亦是对称的，即其幅值
相等，在时间相位上互差１２０ ° 电角度，即
tIiU ?c o s2?
)1 2 0c o s (2 ??? tIi V ?
)120c o s (2 ??? tIiW ?
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
因此，Ｕ、Ｖ、Ｗ三相绕组的磁势分别为
txFf U ?co sco s?? ?
)120co s ()120co s ( ?? ??? ?? txFf V ?
)120co s ()120co s ( ?? ??? ?? txFf V ?
把
Uf? Vf? Wf?
分别进行分解
)c o s (21)c o s (21 xtFxtFf U ???? ??? ??
)2 4 0c o s (21)c o s (21 ?????? ??? xtFxtFf V ??
)2 4 0c o s (21)c o s (21 ?????? ??? xtFxtFf U ??
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
把上述３个公式相加，可知前三相余弦互相托加，后
三相之和为零。故三相合成磁势为
)c o s (5.1),( txFtxf ??? ?
上式表明，当三相对称电流流过三相对称绕组时，三
相绕组的合成磁势为一个圆形旋转磁势。 圆形旋转
磁势的幅值为单相绕组脉动磁势幅值
?F
的１．５倍，其旋转速度称为同步转速，用ｎ 1；来表示，其
计算公式为：
p
fn 60
1 ?
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
三相绕组合成磁势具有以下性质：
（ 1）三相合成磁势在任何瞬间保持着恒定的振幅，
它是单相脉振磁势振幅的１．５倍；
（２）三相绕组合成磁势的转速仅决定于电流的频
率和电机的极对数；
（３）当某相电流达到最大值时，合成磁势波的波
幅就与该相绕组的轴线重合；
（４）合成磁势的旋转方向决定于电流的相序。
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
１．三相异步电机作为电动机运行
三相电流流入三相定于绕组产生旋转磁势，并在气隙中产生相应的
旋转磁场。
当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中
有电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作
用而产生电磁转矩，使转子以转速ｎ旋转，从而把电能转换成机械
能，作电动机运行。
当异步电机作为电动机运行时，为了克服负载的阻力转矩，三相异
步电动机的转速ｎ总是略低于同步转速 n1，以便气隙中的旋转磁场
能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产
生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。可见，异步电机产生电磁转矩
的必要条件是，磁场的同步转速ｎｌ和转子的转速ｎ不相等
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
把同步转速 n１和转子转速ｎ的差值称为转差，转差
与同步转速ｎｌ的比值称为转差率，转差率用 s来表
示，即
1
1
n
nns ??
转差率是异步电机的一个基本变量，它可以表示异步
电机的各种不同运行状态。
（ 1）在电机刚起动时，转子转速ｎ =0，则ｓ＝ 1
（ 2）随着转子转速ｎ的上升，转差率ｓ减小
三相异步电动机的转速可用转差率来计算 ｎ＝（ 1— s）ｎ 1
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
2．三相异步电动机作为发电机运行
3．三相异步电机在制动状态下运行
在这种情况下，它一方面消耗原动机的机械功率，同时也从电网吸
收了电功率，这两部分功率均变为三相异步电动机内部的损耗。
在 3种运行状态下，转子转速总是与旋转磁场转速（同
步转速）不同，因而称为异步电机。又由于异步电机的
转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原
理来产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩使电动机
旋转，因而异步电机又称为感应电机。
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
三、三相异步电动机的运行特性
1.转速特性
2.转矩特性
3.定子电流特性
4.功率因数特性
5.效率特性
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
四、三相异步电动机的机械特性
当三相异步电动机的外加定
子电压及频率不变，转差率
S变化时，电磁转矩 T的变
化规律曲线 T= f (s) 称为机
械特性
2'
21
2'
21
'
2
2
1
)()/[(2
/3
??? xxsrrf
srpUT
????
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
一、三相异步电动机的起动
三相异步电动机的起动是指从电动机接人电网开始转动，到达正
常运转为止的这一过程
（ 1）起动电流尽可能小；
（ 2）起动转矩要足够大；
（ 3）起动所需用的设备简单、经济、操作方便；
（ 4）起动过程中的功率损耗要尽量小。
1,小容量电动机空载或轻载起动一直接起动
2.中、大容量电动机空载或轻载起动一降压起动
3.小容量电动机重载起动一鼠笼电机的特殊型式
4.中、大容量电动机重载起动一绕线电动机起动
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
二、三相异步电动机的调速
三相异步电动机的调速是指用人为的方法来改变三相异步电动
机的转速。
)1(60)1( 11 sp fsnn ????
异步电动机可通过改变定子绕组的极对数 p,改变电源频率 f
和改变转差率 s进行调速。
1.变极调速
2.变转差率调速
3.变频调速
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
三、三相异步电动机的反转和制动
1.反转
2.制动
（ 1）反接制动
(2)回馈制动
(3)能耗制动
异步电动机基本结构和运行分析
第九章
第九章 异步电动机
异步电动机也称感应电动机与其他电动机
相比，异步电动机具有结构简单、坚固耐
用、使用方便、运行可靠、效率高、易于
制造和维修、价格低廉等许多优点。 但是
其调速性能差、功率因数低本章将分别介
绍三相异步电动机的基本结构、工作原理、
运行特性以及单相异步电动机的基本结构
和工作原理等,
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
一、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机由固定的定子和旋转的转子两个基本部分组
成，转子装在定子内腔里，借助轴承被支撑在两个端盖上。
为了保证转子能在定子内自由转动，定子和转子之间必须有
一间隙，称为气隙。
１．定子
定子由定子三相绕组、定于铁心和机座组成。
定子三相绕组是异步电动机的电路部分，在异步电动机的运行
中起着很重要的作用，是把电能转换为机械能的关键部件。
定子三相绕组的结构是对称的，一般有六个出线
1U 2
U 1V 2V 1W 2W
置于机座外侧的接线盒内，根据需要接成星形或三角形
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
２．转子
异步电动机的转子由转子铁心、转子绕组及转轴组成。
转子铁心也是电机磁路的一部分，也是用电工钢片叠成。与定子
铁心冲片不同的是，转子铁心冲片是在冲片的外圆上开槽，叠装
后的转子铁心外圆柱面上均匀地形成许多形状相同的槽，用以放
置转子绕组。
转子绕组是异步电动机电路的另一部分，其作用为切割定子磁场，
产生感应电势和电流，并在磁场作用下受力而使转子转动。
鼠笼式转子绕组由置于转子槽中的导条和两端的端环构成。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
鼠笼式转子绕组的各相均由单根导条组成，其感应电势不大，
加上导条和铁心叠片之间的接触电阻较大，所示无需专门把
导条和铁心用绝缘材料分开。
绕线式转子绕组是用绝缘导线组成，嵌放在转子铁心槽内的三
相对称绕组。三相一般为星型接法，三根引出线分别接到固定
在转轴上并互相绝缘的三个集电环上，再通过安装在端盖上的
电刷装置与集电环接触
把电流引出来。
转轴是整个转子部件的安装基础，又是力和机械功率的传输部
件，整个转子靠轴和轴承被支撑在定子铁心内腔中。转轴一般
由中碳钢或合金钢制成。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
３．气隙
异步电机的气隙是很小的，中小型电机一般为０．２～２
ｍｍ。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就需要
较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电机的磁路磁阻远比
变压器为大，因而异步电机的励磁电流也比变压器的大得多。
变压器的励磁电流约为额定电流的３％，异步电机的励磁电流
约为额定电流的 ３０％。励磁电流是无功电流，因而励磁电
流越大，功率因数越低。为提高异步电机的功率因数，必须减
少它的励磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是
气隙过小会使装配困难，还有可能使定、转子在运行时发生摩
擦或碰撞，因此，气隙的最小值由制造工艺以及运行安全可靠
等因素来决定。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
４．其他部件
端盖：安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座相同，
一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，
以使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里
正常运转。端盖除了起支撑作用外，还起着保护定、转子绕
组的作用。
轴承：连接转动部分与不动部分，目前都采用滚动轴承以减
少摩擦。
轴承端盖：保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。
风扇：冷却电动机
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
二、异步电动机的分类
异步电动机按定子相数可分为三相、单相和两相异步电动机３类
现代动力用电动机大多数都为三相异步电动机。
按照转子型式，异步电机可分为鼠笼型转子和绕线型转子两大类。
鼠笼转子又分为普通鼠笼转子、深槽型鼠笼转子和双鼠笼转子３
种。
根据机壳不同的保护方式，异步电动机可分为开启式、防护式、
封闭式和防爆式等。
防护式异步电动机具有防止外界杂物落人电机内的防护装置
封闭式异步电动机的内部和外部的空气是隔开的
防爆式异步电动机为全封闭式，它将内部与外界的易燃、易爆性
气体隔离。
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
三、异步电动机的铭牌和额定值
每台异步电动机机壳上都装有铭牌，把它的运行额定值印刻在上面
异步电动机的额定值主要有：
（１）额定功率
（２）定子额定电压
（３）定子额定电流
（４）额定转速
（５）额定频率
第九章 异步电动机
第一节 基本结构、分类及铭牌
除上述数据外，铭牌上有时还标明定子相数和绕组接法、
额定运行时电机的功率因数、效率、温升或绝缘等级、定
额等。
绕组接法：三相异步电动机的定于绕组可接成星形或三角形，
视额定电压和电源电压的配合情况而定。
温升：指电机按规定方式运行时，绕组容许的温度升高，即
绕组的温度比周围空气温度高出的数值。
容许温升的高低取决于电机所使用的绝缘材料。
定额：我国电机的定额分为３类，即连续定额、短时定额
和断续定额。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
三相异步电动机的交流绕组是由许多嵌放在走子铁心槽
中的线圈按照一定的规律分布、排列并连接而成的。
一、交流绕组概述
交流绕组是把属于同相的导体绕成线圈，再按照一定
的规律，将线图串联或并联起来。交流绕组通常都绕
成开启式，每相绕组的始端和终端都引出来，以便于
接成星形或三角形。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
1,绕组的基本术语
（１）线圈、线圈组、绕组
线圈也称绕组元件，是构成绕组的最基本单元，它是用绝缘导
线按一定形状绕制而成的，可由一匝或多匝组成；多个线圈连
成一组就称为线圈组；由多个线圈或线圈组按照一定规律连接
在一起就形成了绕组
（２）极距 τ
极距是指交流绕组一个磁极所占有定子圆周的距离，一般用
定子槽数来表示。
（３）线圈节距Ｙ
一个线圈的两个有效边所跨定于圆周的距离称为节距，一般也用
定于槽数来表示。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
（４）机械角度和电角度
一个圆周所对应的几何角度为３６０ｏ，该几何角度就称为机
械角度。
每极每相槽数ｑ是指每相绕组在每个磁极下占的槽数
（５）每极每相槽数ｑ
（６）相距角 α
槽距角是指相邻的两个槽之间的电角度。
（７）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定方式串联成的
线圈组。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
２．交流绕组的基本要求
（１）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上应
尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
钢量要省。
（２）对三相绕组，各相的电势和磁势要求对称而各相的电阻和
电抗都相同。为此必须保证各绕组所用材料、形状、尺寸及匝数
都相同且各相绕组在空间的分布应彼此相差１２０ ° 电角度。
（３）绕组的绝缘和机械强度要可靠，散热条件要好。
（４）制造、安装、检修要方便。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
３．三相交流绕组的分布、排列与连接要求
（ 1）各相绕组在每个磁极下应均匀分布，以达到磁
场的对称。
（２）各相绕组的电源引出线应彼此相隔１２０ ° 电
角度。
３）同一相绕组的各个有效边在同性磁极下的电流方
向应相同，而在异性磁极下的电流方相反。
（４）同相线圈之间的连接应顺着电流方向进行。
第九章 异步电动机
第二节 交流绕组
４．交流绕组的分类
按槽内层数来分，可分为单层绕组、双层绕组和单
双层混合绕组；按每极每相所占的槽数来分，可分
为整数槽绕组和分数槽绕组；按绕组的结构形状来
分，可分为链式绕组、交叉式绕、同心式绕组、叠
绕组和波绕组等。
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
一、三相定子绕组的电势
根据电磁感应定律可以证明，三相异步电动机定于绕组的相
电势Ｅ 1为：
E1=4.44f1N1Φmkykq=4.44f1N1Φmkw
绕组系数,kw=kykq
Ky称为节距因数
Ｋ q称为分布因数
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
二、三相定子绕组的磁势
１．单相绕组的磁势
在三相定子绕组中通人三相正弦波的电流，则三相定子
绕组中的每一个单相绕组所产生的磁势为脉动磁势。
可以证明，单相绕组脉动磁势
),( txf?
的数学表达式可以写成
txFtxf ?c o sc o s),( ?? ?
?F
为磁势的幅值 ;Ｘ为空间坐标 ;t为时间坐标； ? 为绕组中正弦
交流电的角频率 。 可以证明，单相绕组脉动磁势的幅值
?F
=
p
KwIN 19.0
说明单相统组脉动磁势的幅值与绕组中的电流Ｉ成正比，与相绕组
总的串联匝数Ｎｌ成正比，与绕组因数 ?K,成正比，与电机的极
对数 p成反比。
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
２．三相绕组的磁势
三相绕组由３个单相绕组组成，这三个单相绕组分别产生脉动磁
势。在三相异步电动机中，３个单相绕组是对称的，即 Ｕ、Ｖ、
Ｗ三相绕组在空间互相间隔的距离为 １２０ ° 电角度。电机在
对称运行时，通人三相绕组中的三相电流亦是对称的，即其幅值
相等，在时间相位上互差１２０ ° 电角度，即
tIiU ?c o s2?
)1 2 0c o s (2 ??? tIi V ?
)120c o s (2 ??? tIiW ?
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
因此，Ｕ、Ｖ、Ｗ三相绕组的磁势分别为
txFf U ?co sco s?? ?
)120co s ()120co s ( ?? ??? ?? txFf V ?
)120co s ()120co s ( ?? ??? ?? txFf V ?
把
Uf? Vf? Wf?
分别进行分解
)c o s (21)c o s (21 xtFxtFf U ???? ??? ??
)2 4 0c o s (21)c o s (21 ?????? ??? xtFxtFf V ??
)2 4 0c o s (21)c o s (21 ?????? ??? xtFxtFf U ??
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
把上述３个公式相加，可知前三相余弦互相托加，后
三相之和为零。故三相合成磁势为
)c o s (5.1),( txFtxf ??? ?
上式表明，当三相对称电流流过三相对称绕组时，三
相绕组的合成磁势为一个圆形旋转磁势。 圆形旋转
磁势的幅值为单相绕组脉动磁势幅值
?F
的１．５倍，其旋转速度称为同步转速，用ｎ 1；来表示，其
计算公式为：
p
fn 60
1 ?
第九章 异步电动机
第三节 交流绕组的电势和磁势
三相绕组合成磁势具有以下性质：
（ 1）三相合成磁势在任何瞬间保持着恒定的振幅，
它是单相脉振磁势振幅的１．５倍；
（２）三相绕组合成磁势的转速仅决定于电流的频
率和电机的极对数；
（３）当某相电流达到最大值时，合成磁势波的波
幅就与该相绕组的轴线重合；
（４）合成磁势的旋转方向决定于电流的相序。
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
１．三相异步电机作为电动机运行
三相电流流入三相定于绕组产生旋转磁势，并在气隙中产生相应的
旋转磁场。
当旋转磁场切割转子导体时，在其中产生感应电势，使转子导体中
有电流流过。其方向可利用右手定则判断。转子电流与旋转磁场作
用而产生电磁转矩，使转子以转速ｎ旋转，从而把电能转换成机械
能，作电动机运行。
当异步电机作为电动机运行时，为了克服负载的阻力转矩，三相异
步电动机的转速ｎ总是略低于同步转速 n1，以便气隙中的旋转磁场
能够切割转子导体而在其中产生感应电势和感应电流，从而能够产
生足够的电磁转矩来拖动转子旋转。可见，异步电机产生电磁转矩
的必要条件是，磁场的同步转速ｎｌ和转子的转速ｎ不相等
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
把同步转速 n１和转子转速ｎ的差值称为转差，转差
与同步转速ｎｌ的比值称为转差率，转差率用 s来表
示，即
1
1
n
nns ??
转差率是异步电机的一个基本变量，它可以表示异步
电机的各种不同运行状态。
（ 1）在电机刚起动时，转子转速ｎ =0，则ｓ＝ 1
（ 2）随着转子转速ｎ的上升，转差率ｓ减小
三相异步电动机的转速可用转差率来计算 ｎ＝（ 1— s）ｎ 1
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
2．三相异步电动机作为发电机运行
3．三相异步电机在制动状态下运行
在这种情况下，它一方面消耗原动机的机械功率，同时也从电网吸
收了电功率，这两部分功率均变为三相异步电动机内部的损耗。
在 3种运行状态下，转子转速总是与旋转磁场转速（同
步转速）不同，因而称为异步电机。又由于异步电机的
转子绕组并不直接与电源相接，而是依靠电磁感应的原
理来产生感应电势和电流，从而产生电磁转矩使电动机
旋转，因而异步电机又称为感应电机。
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
二、三相异步电动机的功率和转矩平衡关系
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
三、三相异步电动机的运行特性
1.转速特性
2.转矩特性
3.定子电流特性
4.功率因数特性
5.效率特性
第九章 异步电动机
第四节 工作原理及运行分析
四、三相异步电动机的机械特性
当三相异步电动机的外加定
子电压及频率不变，转差率
S变化时，电磁转矩 T的变
化规律曲线 T= f (s) 称为机
械特性
2'
21
2'
21
'
2
2
1
)()/[(2
/3
??? xxsrrf
srpUT
????
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
一、三相异步电动机的起动
三相异步电动机的起动是指从电动机接人电网开始转动，到达正
常运转为止的这一过程
（ 1）起动电流尽可能小；
（ 2）起动转矩要足够大；
（ 3）起动所需用的设备简单、经济、操作方便；
（ 4）起动过程中的功率损耗要尽量小。
1,小容量电动机空载或轻载起动一直接起动
2.中、大容量电动机空载或轻载起动一降压起动
3.小容量电动机重载起动一鼠笼电机的特殊型式
4.中、大容量电动机重载起动一绕线电动机起动
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
二、三相异步电动机的调速
三相异步电动机的调速是指用人为的方法来改变三相异步电动
机的转速。
)1(60)1( 11 sp fsnn ????
异步电动机可通过改变定子绕组的极对数 p,改变电源频率 f
和改变转差率 s进行调速。
1.变极调速
2.变转差率调速
3.变频调速
第九章 异步电动机
第五节 起动、反转、调速和制动
三、三相异步电动机的反转和制动
1.反转
2.制动
（ 1）反接制动
(2)回馈制动
(3)能耗制动
