哈尔滨工业大学
电工学教研室
第 8章 交流电动机
返回
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
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：电能转换成机械能
发电机：其他形式的能量转换成电能
返回
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 返回
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,
构成：由机座、铁心和定子绕组组成
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，用以放臵对称三相绕组；
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
机座
定子绕组
铭牌数据
出线端子
返回
返回
鼠笼式电动机构造简单、价格低
廉、工作可靠、使用方便
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
鼠笼式转子
转轴
轴承
转子
返回
返回
返回
绕线式转子 铁心
绕组
转轴
返回
8.2 三相异步电动机的工作原理
返回
vlBe ???
（ 右手定则 ）
（ 左手定则 ）ilBf ???
n
0n e i
N
S
f
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
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
0nn ?
返回
8.2.1 旋转磁场
? ?
? ????
???
?
240s in
120s in
s in
tIi
tIi
tIi
mC
mB
mA
?
?
?
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
0?t?
A
X
Y
C B
ZN
S
Ai Bi Ci
mI
t
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
合成磁场方向：
向下参考方向：绕组始端到末端的方
向
返回
?? 60t?
A
X
Y
C B
Z
S
N
0n ?60 A
?? 1 2 0t?
X
Y
C B
Z
0n
同理分析，可得
其它电流角度下
的磁场方向
Ai Bi Ci
t
mI
返回
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。
取决于三相电流的相序。
返回
0n 0n
改变电机旋转方向的方法：换接其中两相
Ai Bi Ci
mI
t
Ai Ci Bi
mI
t
返回
3,旋转磁场的极数
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
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。
A
X
Y
C B
ZN
S
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关
即, P=1
返回
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
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 。 A
'X X
'A
N
SS
N
?
?
Z
C
'Z
'C
?
?
B
Y
'B
'Y
即, P=2
返回
4,旋转磁场的转速
A
X
Y
C B
ZN
S
A
X
Y
C B
ZN
S
0n
A
X
Y
C B
Z
S
N
?60
Ai Bi Ci
mI
t
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
X
?
?
N
S
A
?
?
S
N
Z
B
'X
'A
Y
C
'Z
'B
'C
'Y 0?t?
?? 60t?
'A
0n
?
?
A
??
Z
'X X
C
'Z
'CS
N
S
N
?30
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
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：
2?p ?180 分）转 /( 5 0 01
1?p ?360 分）转 /( 0003
极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速
)Hz50( ?f
0n
3?p ?120 分）转 /( 0 0 01
n
分）转 /( 600
p
fn ?
返回
5,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
电动机转速, n
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 异步电动机
0nn ?
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
0nn ?
返回
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
异步电机运行中,
%9~1?s
转差率：
电动机起动瞬间,
1,0 ?? sn
（ 转差率最大 ）
8.2.3 转差率
%100
0
0 ?
???
?
???
? ?
?
n
nn
s
同步转速：
旋转磁场的转速
返回
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 。
e1 e2、
,漏磁通产
生的感应电动势 。
e? 1 e? 2、
dt
dNeeeRiu ?
? 1111111 ??????
2.定子电路
i2
定子电路
R1
R2
i1
u1 e1e
? 1
e2
e? 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
tΦNu m 1111 co s???
设,ts i n
1?? mΦ?
1111 2 fΦNΦNU mmm ?? ??
mΦNf
UUE
11
1
11 44.42 ???
设：
返回
2f
取决于转子和旋转磁场的相对速度
1
0
0
00
2 6060 SfP
n
n
nn
P
nn
f ??
?
?
?
?
（ 1） 转子频率
（ 2） 转子电动势
mm ΦNSfΦNfE 21222 44.444.4 ??
3.转子电路, 转子线圈匝数
2N, 转子感应电动势的频率
2f
返回
其中
2021222 22 SXLSfLfX ??? ??
2021222 44.444.4 SEΦNSfΦNfE mm ???
（ 4） 转子功率因数
（ 3） 转子电流
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( SXR
SE
XR
E
I
?
?
?
?
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
XR
R
?
?
?
??
返回
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 。
22 c o s ?IΦKT mT?
8.4 转矩与机械特性
TK
常数
mΦ
每极磁通
2I
转子电流
2?
转子电路的功率因数
即
返回
22 c o s ?IKT mT ??
2
20
2
2
20
2
)( SXR
SE
I
?
?
2
20
2
2
2
2
)(
c os
SXR
R
?
??
mΦNfU 111 44.4?
其中,
代入可得
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
返回
8.4.2 机械特性曲线
由转矩公式
得特性曲线,
T
s
10
n
0
T
n
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
返回
NT
（ 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。
2P
Nn
（牛顿 ?米）
n
0
T
n
NT
nN
)/(
)(
9550
60
2
22
分转
千瓦
NN
N
n
P
n
P
T ??
?
返回
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
n
0
n
T
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。）
????????? TISnT L 2
直至新的平衡。此过程中，
时,电源提供的功率自动
增加。
?2 I
??1 I
返回
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）
0
T
n
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 。 返回
如果 电机将会
因带不动负载而停转 。
m a xTT L ?
（ 2）最大转矩,
maxT
电机带动最大负载的能力 。
n
0
T
n
maxT
求
解
0?
S
T
?
?
20
2
1m a x 2
1
X
KUT ?
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
返回
过载系数,
三相异步机 2.2~8.1??
（ 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 。
maxT
工作时，一定令负载转矩,否则
电机将停转。致使 ma xTT L ?
（ 2）
NT
T m a x
??
电机严重过热
????? 120 IIn 返回
stT（ 3） 起动转矩 电动机起动时的转矩。
n
0
T
n
stT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
0?n 1)(s ?其中
Lst TT ?stT
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
XR
RKT
st ?
?
?
返回
2
1~ UT
??
???
STT
TU m a x1
结论,
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
?1U
0 T
n
0
)0(
nn
s
?
?
返回
22 'RR ?
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
0?ST??
令：
得：
20
2
X
RS
m ?2
'R
0
T
n 2R
ms
ms'
stT stT?
返回
8.5 三相异步机的使用
stI
（ 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。
0?n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
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
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
Y－ ? 起动
正常 运行
lU
AZ
BY X
C
?lI
起动
A
BC
X
Y
ZlU lY
I
Z
UI l
lY 3?
3
Z
UI l
l ??
设,电机每相阻抗为 z
3
1
?
?l
lY
I
I
返回
?? Sts t Y TT 3
1
PP UU 3
1??
（ 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
R
R
R
绕线式转子
??????
?
? 122
2
20
2
20
2
)(
IIR
XR
E
I st
（ 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
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 。
0
T
n
2'R
2R 22
'RR ?
????
?
?
st
st
TR
XR
URK
T
2
2
20
2
2
2
12
返回
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
A B C
M
3~
电 源
A B C
M
3~
电 源
返回
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
的一端对调位臵，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
简单、效果好
但能量消耗大
返回
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 M
3~
~~~
+-
运行
制动 n
?
F
转子 返回
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
?
F no
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
8.5.4 三相异步电动机的调速
1,改变极对数 有级调速 。?p
2,改变转差率 ?s 无级调速
调速方法,
? ? ? ?
p
fsnsn 1
0
6011 ????
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
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
1,型号
Y 132M－ 4
分）转 /( 600
p
fn ?
转差率
0, 0 4
1 5 0 0
1 4 4 01 5 0 0 ???s
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
3,接法, Y/ ?接法
Y 接法,
W2 U2 V2
U1 V1 W1V
1W1
U1
U2
V2
W2
指定子三相绕组的接法
?接法,
U2
U1W2
V1V2 U1
W2 U2
V1
V2
W1
W1
W2 U2 V2
V1 W
1
U1
返回
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, 380/220 Y/?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。
ΦNfU 111 44.4??1U ?Φ ?1I
即,
返回
电压波动对电动机的影响
?s ?2E
?2I?1I
?1U
I
Φ
??? 11 IU
当电压低于额定值时，引起转速下
降，电流增加。
?n
? ?
n
nns ?? 0
202 sEE ?
??? 11 IU
返回
5,额定电流,
如, A48.6/A2.11/ ??
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：
2P 1P
12 PP ?? ?
?C O SIUP NN31 ?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
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)：
P2
PN
cos?1
返回
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
A E B F H
C105? C120? C130? C155? C180?
返回
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
?
?
?
?
?
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
?
?
?
?
?
?
..,
.
F
转子导条
及电流
当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺
旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小
相等方向相反,所以没有起动转矩 。
返回
二、电容分相式异步电动机
1,分相
在电动机定子中放臵一个起动绕组 B，与工作绕组在
空间相隔 90°,起动绕组 B与电容器串联，使两个绕组中
的电流在相位上近于相差 90°,这就是分相。由这两相电
流也能产生旋转磁场。
?? 0t?
A
B
?? 45t?
A
BS
N
返回
2、电容分相式起动
~
S
DU?
1I?
2I?
C
A
B
A,工作绕组
B,启动绕组
S,离心开关
启动时开关 S闭
合，使两绕组电
流 相位差
约为 90°,从而产生旋转
磁场，电动机转起来；转动
正常以后离心开关被甩开，
启动绕组被切断。
21 II ??,
也有在电动机运行时不
断开起动绕组，以 提高功率
因数和增大转矩。 返回
三、罩极式单相电机
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
四、三相异步电动机的单相运行
三相异步电动机运行过程中，若其中一相和电
源断开，则变成 单相运行 。此时和单相电动机一样，
电动机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供
电变为单相供电，电流将变大，导致电动机过热。
使用中要特别注意这种现象
三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单
相电动机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，
长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障 。
返回
返 回
结 束
第 8 章
返回
电工学教研室
第 8章 交流电动机
返回
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
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：电能转换成机械能
发电机：其他形式的能量转换成电能
返回
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 返回
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,
构成：由机座、铁心和定子绕组组成
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，用以放臵对称三相绕组；
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
机座
定子绕组
铭牌数据
出线端子
返回
返回
鼠笼式电动机构造简单、价格低
廉、工作可靠、使用方便
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
鼠笼式转子
转轴
轴承
转子
返回
返回
返回
绕线式转子 铁心
绕组
转轴
返回
8.2 三相异步电动机的工作原理
返回
vlBe ???
（ 右手定则 ）
（ 左手定则 ）ilBf ???
n
0n e i
N
S
f
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
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
0nn ?
返回
8.2.1 旋转磁场
? ?
? ????
???
?
240s in
120s in
s in
tIi
tIi
tIi
mC
mB
mA
?
?
?
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
0?t?
A
X
Y
C B
ZN
S
Ai Bi Ci
mI
t
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
合成磁场方向：
向下参考方向：绕组始端到末端的方
向
返回
?? 60t?
A
X
Y
C B
Z
S
N
0n ?60 A
?? 1 2 0t?
X
Y
C B
Z
0n
同理分析，可得
其它电流角度下
的磁场方向
Ai Bi Ci
t
mI
返回
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。
取决于三相电流的相序。
返回
0n 0n
改变电机旋转方向的方法：换接其中两相
Ai Bi Ci
mI
t
Ai Ci Bi
mI
t
返回
3,旋转磁场的极数
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
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。
A
X
Y
C B
ZN
S
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关
即, P=1
返回
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
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 。 A
'X X
'A
N
SS
N
?
?
Z
C
'Z
'C
?
?
B
Y
'B
'Y
即, P=2
返回
4,旋转磁场的转速
A
X
Y
C B
ZN
S
A
X
Y
C B
ZN
S
0n
A
X
Y
C B
Z
S
N
?60
Ai Bi Ci
mI
t
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
X
?
?
N
S
A
?
?
S
N
Z
B
'X
'A
Y
C
'Z
'B
'C
'Y 0?t?
?? 60t?
'A
0n
?
?
A
??
Z
'X X
C
'Z
'CS
N
S
N
?30
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
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：
2?p ?180 分）转 /( 5 0 01
1?p ?360 分）转 /( 0003
极对数 每个电流周期磁场转过的空间角度 同步转速
)Hz50( ?f
0n
3?p ?120 分）转 /( 0 0 01
n
分）转 /( 600
p
fn ?
返回
5,电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
电动机转速, n
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 异步电动机
0nn ?
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
0nn ?
返回
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
异步电机运行中,
%9~1?s
转差率：
电动机起动瞬间,
1,0 ?? sn
（ 转差率最大 ）
8.2.3 转差率
%100
0
0 ?
???
?
???
? ?
?
n
nn
s
同步转速：
旋转磁场的转速
返回
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 。
e1 e2、
,漏磁通产
生的感应电动势 。
e? 1 e? 2、
dt
dNeeeRiu ?
? 1111111 ??????
2.定子电路
i2
定子电路
R1
R2
i1
u1 e1e
? 1
e2
e? 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
tΦNu m 1111 co s???
设,ts i n
1?? mΦ?
1111 2 fΦNΦNU mmm ?? ??
mΦNf
UUE
11
1
11 44.42 ???
设：
返回
2f
取决于转子和旋转磁场的相对速度
1
0
0
00
2 6060 SfP
n
n
nn
P
nn
f ??
?
?
?
?
（ 1） 转子频率
（ 2） 转子电动势
mm ΦNSfΦNfE 21222 44.444.4 ??
3.转子电路, 转子线圈匝数
2N, 转子感应电动势的频率
2f
返回
其中
2021222 22 SXLSfLfX ??? ??
2021222 44.444.4 SEΦNSfΦNfE mm ???
（ 4） 转子功率因数
（ 3） 转子电流
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( SXR
SE
XR
E
I
?
?
?
?
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
XR
R
?
?
?
??
返回
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 。
22 c o s ?IΦKT mT?
8.4 转矩与机械特性
TK
常数
mΦ
每极磁通
2I
转子电流
2?
转子电路的功率因数
即
返回
22 c o s ?IKT mT ??
2
20
2
2
20
2
)( SXR
SE
I
?
?
2
20
2
2
2
2
)(
c os
SXR
R
?
??
mΦNfU 111 44.4?
其中,
代入可得
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
返回
8.4.2 机械特性曲线
由转矩公式
得特性曲线,
T
s
10
n
0
T
n
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
返回
NT
（ 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。
2P
Nn
（牛顿 ?米）
n
0
T
n
NT
nN
)/(
)(
9550
60
2
22
分转
千瓦
NN
N
n
P
n
P
T ??
?
返回
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
n
0
n
T
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。）
????????? TISnT L 2
直至新的平衡。此过程中，
时,电源提供的功率自动
增加。
?2 I
??1 I
返回
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）
0
T
n
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 。 返回
如果 电机将会
因带不动负载而停转 。
m a xTT L ?
（ 2）最大转矩,
maxT
电机带动最大负载的能力 。
n
0
T
n
maxT
求
解
0?
S
T
?
?
20
2
1m a x 2
1
X
KUT ?
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
返回
过载系数,
三相异步机 2.2~8.1??
（ 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 。
maxT
工作时，一定令负载转矩,否则
电机将停转。致使 ma xTT L ?
（ 2）
NT
T m a x
??
电机严重过热
????? 120 IIn 返回
stT（ 3） 起动转矩 电动机起动时的转矩。
n
0
T
n
stT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT ?
?
?
0?n 1)(s ?其中
Lst TT ?stT
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
XR
RKT
st ?
?
?
返回
2
1~ UT
??
???
STT
TU m a x1
结论,
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
?1U
0 T
n
0
)0(
nn
s
?
?
返回
22 'RR ?
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
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
0?ST??
令：
得：
20
2
X
RS
m ?2
'R
0
T
n 2R
ms
ms'
stT stT?
返回
8.5 三相异步机的使用
stI
（ 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。
0?n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
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
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
Y－ ? 起动
正常 运行
lU
AZ
BY X
C
?lI
起动
A
BC
X
Y
ZlU lY
I
Z
UI l
lY 3?
3
Z
UI l
l ??
设,电机每相阻抗为 z
3
1
?
?l
lY
I
I
返回
?? Sts t Y TT 3
1
PP UU 3
1??
（ 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
R
R
R
绕线式转子
??????
?
? 122
2
20
2
20
2
)(
IIR
XR
E
I st
（ 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
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 。
0
T
n
2'R
2R 22
'RR ?
????
?
?
st
st
TR
XR
URK
T
2
2
20
2
2
2
12
返回
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
A B C
M
3~
电 源
A B C
M
3~
电 源
返回
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
的一端对调位臵，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
简单、效果好
但能量消耗大
返回
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 M
3~
~~~
+-
运行
制动 n
?
F
转子 返回
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
?
F no
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
8.5.4 三相异步电动机的调速
1,改变极对数 有级调速 。?p
2,改变转差率 ?s 无级调速
调速方法,
? ? ? ?
p
fsnsn 1
0
6011 ????
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
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
1,型号
Y 132M－ 4
分）转 /( 600
p
fn ?
转差率
0, 0 4
1 5 0 0
1 4 4 01 5 0 0 ???s
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
3,接法, Y/ ?接法
Y 接法,
W2 U2 V2
U1 V1 W1V
1W1
U1
U2
V2
W2
指定子三相绕组的接法
?接法,
U2
U1W2
V1V2 U1
W2 U2
V1
V2
W1
W1
W2 U2 V2
V1 W
1
U1
返回
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, 380/220 Y/?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。
ΦNfU 111 44.4??1U ?Φ ?1I
即,
返回
电压波动对电动机的影响
?s ?2E
?2I?1I
?1U
I
Φ
??? 11 IU
当电压低于额定值时，引起转速下
降，电流增加。
?n
? ?
n
nns ?? 0
202 sEE ?
??? 11 IU
返回
5,额定电流,
如, A48.6/A2.11/ ??
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：
2P 1P
12 PP ?? ?
?C O SIUP NN31 ?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
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)：
P2
PN
cos?1
返回
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
A E B F H
C105? C120? C130? C155? C180?
返回
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
?
?
?
?
?
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
?
?
?
?
?
?
..,
.
F
转子导条
及电流
当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺
旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小
相等方向相反,所以没有起动转矩 。
返回
二、电容分相式异步电动机
1,分相
在电动机定子中放臵一个起动绕组 B，与工作绕组在
空间相隔 90°,起动绕组 B与电容器串联，使两个绕组中
的电流在相位上近于相差 90°,这就是分相。由这两相电
流也能产生旋转磁场。
?? 0t?
A
B
?? 45t?
A
BS
N
返回
2、电容分相式起动
~
S
DU?
1I?
2I?
C
A
B
A,工作绕组
B,启动绕组
S,离心开关
启动时开关 S闭
合，使两绕组电
流 相位差
约为 90°,从而产生旋转
磁场，电动机转起来；转动
正常以后离心开关被甩开，
启动绕组被切断。
21 II ??,
也有在电动机运行时不
断开起动绕组，以 提高功率
因数和增大转矩。 返回
三、罩极式单相电机
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
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四、三相异步电动机的单相运行
三相异步电动机运行过程中，若其中一相和电
源断开，则变成 单相运行 。此时和单相电动机一样，
电动机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供
电变为单相供电，电流将变大，导致电动机过热。
使用中要特别注意这种现象
三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单
相电动机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，
长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障 。
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第 8 章
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