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8.1 三相异步电动机的构造
第 8章 交流电动机
8.2 三相异步电动机的转动原理
8.3 三相异步电动机的电路分析
8.4 三相异步电动机转矩与机械特性
8.5 三相异步电动机的起动
8.6 三相异步电动机的调速
8.7 三相异步电动机的制动
8.8 三相异步电动机铭牌数据
8.9 三相异步电动机的选择
8.11 单相异步电动机
8.10 同步电动机 (略 )
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1,了解三相交流异步电动机的基本构造和转动
原理。
本章要求：
2,理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握
起动和反转的基本方法,了解调速和制动的
方法。
3,理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
第 8章 交流电动机
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电动机的分类：
鼠笼式异步交流电动机授课内容：
基本结构、工作原理,机械特性、控制方法
电动机
交流电动机
直流电动机
三相电动机
单相电动机
同步电动机
异步电动机
他励、并励电动机
串励、复励电动机
第 8章 交流电动机
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1.定子
8.1 三相异步电动机的构造
铁心：由内周有槽
的硅钢片叠成。
A ----X
B ----Y
C---- Z
三相绕组
机座：铸钢或铸铁
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转子, 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电
流。
2.转子
鼠笼转子
铁心,由外周有槽的硅钢片叠成。
(1) 鼠笼式转子
铁芯槽内放铜条，端
部用短路环形成一体。
或铸铝形成转子绕组。
(2) 绕线式转子
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
鼠笼式
绕线式
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鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较,
鼠笼式：
结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改
变电动机的机械特性。
绕线式：
结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子
外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
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8.2 三相异步电动机的转动原理
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8,2,1 旋转磁场
? ?
? ????
???
?
1 2 0s i n
1 2 0s i n
s i n
mC
mB
mA
tIi
tIi
tIi
?
?
?定子三相绕组通入三
相交流电 (星形联接 )
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
1.旋转磁场的产生
CiAi Bi
i
t
mI
o
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i
CiAi Bi
t
mI
o
0n
规定
i,,+” 首端流入，尾端流出。
i,,–” 尾端流入，首端流出。
A
Y
C
B
Z
X
(?)电流出
(?)电流入
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CiBiAi
i
? t
A
X
Y
C
B
Z
A
X
Y
C
B
Z
A
X
Y
C
B
Z
N
S
三相电流合成磁
场 的分布情况
0?t? ?? 60t?
合成磁场方向向下 合成磁场旋转 60°
0n
?60
?? 90t?
合成磁场旋转 90°
600
动画
mI
o
S
N
S N
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AA
X
Z
B
C
Y
AA
X
Z
B
C
Y
分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场
即,一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360°
取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向
结论,任意调换两根
电源进线，则旋转
磁场反转。
动画
0?t? ?? 60t?
任意调换两根电源进线
(电路如图 )
Ci
A
X
C
Z
B
Y
Ai
Bi
0
mI
CiBiAi
? t
i
o
mI
N
S
N
S
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0?t?
3.旋转磁场的极对数 P
当三相定子绕组按
图示排列时，产生一对
磁极的旋转磁场,即：
1?p
CiBiAi
o
i
mI
? t
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
A
X
Y
C
B
Z
N
S
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若定子每相绕组由两个线圈串联,绕组的始端
之间互差 60°,将形成 两对磁极的旋转磁场。
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
X?
A?
A
X
B
Y
B?
Y?
C
C? Z
Z?
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极对数 2?p 动画
旋转磁场的磁极对数
与三相绕组的排列有关
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
A
X?
X
N
S
?
?Z? C
Z
?
?
B
Y
B?
Y?
A?
C?
S
N
Bi CiAi
i
mI
t?
0
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4.旋转磁场的转速
分）转 /( 60 10 fn ?
工频,Hz50
1 ?f
分）转 /( 3 0 0 00 ?n
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
p=1时
0
mI
CiBiAi
? t
i
o
mI
A
X
Y
C
B
ZN
S
A
X
Y
C
B
Z
N
S
A
X
Y
C
B
ZN
S
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?
?
??
X?
N
S
A?
X?
A
B
Z
C
YZ
?
C?
Y?
B?
S
N
0?t? ?? 60t?
p=2时
Bi CiAi
i
t?
mI
0 分）转 /( 1 5 0 0
2
60 1
0 ??
fn
0n
?30A
X?
X
?
?Z? C
Z
?
?
B
Y
B?
Y?
A?
C? N
S
N
S
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旋转磁场转速 n0与极对数 p 的关系
)/( 60 10 分转p fn ?
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
)f( Hz501 ?
3?p ?120 分）转 /( 0 0 01
4?p 分）转 /( 7 5 0?90
旋转磁场转速 n0与频率 f1和极对数 p有关。可见,
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8,2,2 电动机的转动原理
1,转动原理
A
X
Y
C B
Z
定子三相绕组通入三相交流电
分）转 /( 60 10
p
fn ?
方向,顺时针
切割转子导体 Blv
右手定则 感应电动势 E20
旋转磁场
感应电流 I2
旋转磁场
Bli
左手定则 电磁力 F
F
电磁转矩 T n
v
F
0n
N
S
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8,2,3 转差率
旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与
旋转磁场的同步转速之比称为 转差率。
由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场
旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转
磁场的转速相等，即
0nn ?
异步电动机
如果,
0nn ?
无转子电动势和转子电流
转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切
割转子导条
无转矩
因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。
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异步电动机运行中, %~s )91(?
转子转速亦可由转差率求得
0)(1 nn s??
%1 0 0
0
0 ?
???
?
???
? ?
?
n
nns转差率 s
例 1,一台三相异步电动机，其额定转速
n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的
极对数和额定负载下的转差率。
解,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转
速的关系可知,n0=1000 r/min,即 p=3
额定转差率为
2, 5 %1 0 0 %1 0 0 0 9751 0 0 0%100
0
0 ???????
n
nns
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8.3 三相异步电动机的电路分析
三相异步电动机的电
磁关系与变压器类似。
变压器,?变化 ? e
U1 ?E1= 4.44 f N1?
E2= 4.44 f N2?
E1, E2 频率相同，都等
于电源频率。
1
1
444 Nf.
U?? 异步电动机每相电路
i1
u1
e1
e? 1
e2
e? 2
i2
+
－
+
+
+
+
－
－
－
－
f1 f2
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8,3,1 定子电路
1.旋转磁场的磁通 ?
异步电动机,旋转磁场切割导体 ?e，
U1 ?E1= 4.44 f 1N1?
每极磁通
11
1
444 Nf.
U??
1UΦ ?
旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0,所以
2.定子感应电势的频率 f1
60
0
1
pnf ?
感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关
f 1= 电源频率 f
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8,3,2 转子电路
1,转子感应电势频率 f 2
∵ 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子
导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而
变化
?定子感应电势频率 f 1?转子感应电势频率 f 2
转子感应电势频率 f 2
1
0
0
00
2 6060 fs
pn
n
nnpnnf ??????
?旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
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2,转子感应电动势 E 2
E2= 4.44 f 2N2? = 4.44s f 1N2?
当转速 n = 0(s=1)时,f 2最高，且 E2 最大，有
E20= 4.44 f 1N2?
转子静止时
的感应电势
即 E2= s E20
转子转动时
的感应电势
3,转子感抗 X 2
21222 22 σσ LfsLfX ?? ??
当转速 n = 0(s =1)时,f 2最高，且 X2 最大，有
X20= 2?f1L?2 即 X2= sX20
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4,转子电流 I2
5,转子电路的功率因数 cos?2
2
2
2
2
2
2
XR
EI
?
?
2
20
2
2
20
)( sXR
sE
?
?
转子绕组的感应电流
)(00 02 nnIs ????
2
20
2
2
20
m a x21
XR
E
Is
?
???
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c os
sXR
R
XR
R
?
?
?
??
202 SXRs ??很小时
1c o s 2 ??
202 XR ss ??较大时
s
1c o s
2 ??
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转子绕组的感应电流
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( XR
E
XR
EI
s
s
?
?
?
?
转子电路的功率因数
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
XR
R
s?
??
变化曲线随,SI c o s 22 ?
)( 2 ????? Isn
)c o s( 2 ????? ?sn
结论,转子转动时，转
子电路中的各量均与转
差率 s有关，即与转速
n有关。
I2
cos?2
s1
I2,
2cos?
O
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8.4 三相异步电动机转矩与机械特性
8,4,1 转矩公式
转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到
电磁力所形成的转矩之总和。
22T cos ?IΦKT ?
常数，与电
机结构有关
旋转磁场
每极磁通 转子电流
转子电路的
功率因数
ilBF ? 22 cos,,?IΦT ?
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2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
由此得电磁转矩公式
22 c o s ?IΦKT T?
2
20
2
2
20
2
)( XR
E
I
s
s
?
?
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
XR
R
s?
??
mΦNfU 111 44.4?
由前面分析知：
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由公式可知
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
电磁转矩公式
1,T 与定子每相绕组电压 成正比。 U 1??T ??2
1U
2,当电源电压 U1 一定时,T 是 s 的函数。
3,R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻 R2,从而改变转距。
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8,4,2 机械特性曲线
maxT
mSNS
O
T
S
曲线)( sfT ? 曲线)( Tfn ?
根据转矩公式
2
20
2
2
2
12
)( sXR
UsR
KT
?
?
得特性曲线：
Nn
maxTstT
O
n
TNT
0n
动画
stT
1
NT
动画
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Nn
NT
电动机在额定负载时的转矩。
1.额定转矩 TN
)/(
)(9 5 5 0
N
N
N 分转
千瓦
n
PT ?
三个重要转矩
O
n
T
0n
额定转矩
(N ? m)
如某普通机床的主轴电机 (Y132M-4型 ) 的额定功
率为 7.5kw,额定转速为 1440r/min,则额定转矩为
n
P
n
P
T 9550
60
π2
??
m.N7.491 4 4 05.79 5 5 09 5 5 0
N
N
N ??? n
PT
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2.最大转矩 Tmax
转子轴上机械负载转矩 T2 不能大于 Tmax,否则将
造成堵转 (停车 )。
电机带动最大负载的能力。
2
12
20
2
2
2 U
sXR
sRKT ?
?
?
)(
20
2
1
m a x 2 X
UKT ?
0dd ?ST
令,求得
20
2
m X
Rss ??
临界转差率
O
n
T
0n
Tmax
将 sm代入转矩公式，可得
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????? m a x121m a x,)1( TUUT
当 U1 一定时,Tmax为定值
20
2
1
m a x 2 X
UKT ?
过载系数 (能力 )
N
m a x
T
T??
一般三相异步电动机的过载系数为
2.2~8.1??
工作时必须使 T2<Tmax,否则电机将停转。
电机严重过热而烧坏。 ?????
12 II
(2) sm与 R2 有关,R2?? sm ?? n 。绕线式电
机改变转子附加电阻 R′2 可实现调速。
?
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3,起动转矩 Tst
2
20
2
2
2
12
)( sXR
UsRKT
?
?
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
电动机起动时的转矩。
起动时 n= 0 时, s =1
????? st121st,)1( TUUT
(2) Tst与 R2 有关,适当使
R2?? Tst?。对绕线式
电机改变转子附加电阻
R′2,可使 Tst =Tmax 。
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst> T2电机能起
动，否则不能起动。
0n
O
n
TTst
N
st
st T
TK ?起动能力
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4,电动机的运行分析
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。
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） 。
此过程中,n?,s??E2,I2?? I1?
?电源提供的功率自动增加。
T2? s??
T2 >T
T =T2
n?? T ?
?
T′2
达到新的平衡
T2
常用特
性段
0n
n
TO
n
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5,U1 和 R2变化对机械特性的影响
(1) U1 变化对机械特性的影响
U
?
Tm
???U???U
Tst ? 22022
2
12
st XR
URKT
?
?
20
2
1
m 2 X
UKT ?
20
2
m X
Rs ?
0n
NU
T2
n
T
O
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(2) R2 变化对机械特性的影响
stT
TO
n
0n
R2?
Tst ?
n?
硬特性,负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性,负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
maxT2T
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
20
2
1
m 2 X
UKT ?
20
2
m X
Rs ?
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(2) R2 变化对机械特性的影响
不同场合应选用不
同的电机。如金属切
削，选硬特性电机；
重载起动则选软特性
电机。stT TO
n
0n
R2?
Tst ?
n?
硬特性,负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性,负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
maxT2T
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8.5 三相异步电动机的起动
8,5,1 起动性能
起动 问题,起动电流大，起动转矩小 。
一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的 5 ~
7 倍 ; 电动机的起动 转矩为额定转矩的 (1.0~2.2)倍。
大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作
频繁起动时造成热量积累，使电机过热
后果：
原因：
起动,n = 0,s =1,接通电源。
起动时, n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，
转子感应电势 转子电流 定子电流
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8.5.2 起动方法
(1) 直接起动
二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用
直接起动。
(2) 降压起动,星形 -三角形 (Y－ ?) 换接起动
自耦降压起动
（适用于鼠笼式电动机）
(3) 转子串电阻起动
（适用于绕线式电动机）
以下介绍降压起动和转子串电阻起动。
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Z
UI l
l 3,Y ?星形联结时
Z
UI l
l 3??三角形联结时：
设：电机每相阻抗为 Z
3
1Y ?
?l
l
I
I
1,降压起动
(1) Y－ ?换接起动
?降压起动时的电流
为直接起动时的
3
1
YlI
Z
lU
+
－
起动
U1
U2
V1
V1W
1
W2
?lI
lU
+
－ Z
正常 运行
U1
U2
V1V2
W1
W2
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Y－ ? 起动器接线简图
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
△
动触点 Y动触点
静触点
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Y－ ? 起动器接线简图
Y起动
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
起动
UP
U1+
＿Ul
+
＿
U2
V1V2W1
W2
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Y－ ? 起动器接线简图
? 工作
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
U2
正常 运行
Ul
+
＿
U1
V1V2
W1
W2
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lUU 3
1
P ?
(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。
)( 2S t UT ?
(b) Y－ ? 起动 ???
stst TI
Y－ ?换接起动适合于空载或轻载起动的场合
Y- ?换接起动应注意的问题
ΔSY tst 3
1 TT ?
正常 运行
Ul
U1W2
V2
W1
+
＿ U
2V
1
UP
起动
+
＿Ul
+
＿
U1
W2
V2W1
U2
V1
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(2) 自耦降压起动 L1L3 L2
FU
Q
Q2下合：
接入自耦变
压器，降压
起动。
Q2上合：
切除自耦变
压器，全压
工作。
合刀闸开关 Q
Q2
自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时
联成 Y形不能采用 Y－ ?起动的鼠笼式异步电动机。
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R
???????
??
? 12
2
20
2
20
)(st2
IIR
XR
EI
R
R
滑环
电刷
定子 转子
起动时将适当的 R 串入转子电路中，起动后将 R 短路。
起动电阻2.绕线式电动机 转子电路串电阻起动
?
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若 R2选得 适当,转子电路串电阻起动既可以
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。
R2 ????Tst ?
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
22 'RR ?
stT
TO
n
0n
maxT
2R
2R?
stT?
转子电路串电阻起动的特点
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方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。
电动机
正转
电动机
反转
三相异步电动机的正、反转
电 源~
U V W
M
3~
U V W
电 源~
M
3~
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例 1,
A284
92308803803
1045 3,
..
?
???
??
1)
NNN
3
N2
N c o s3
10
??U
PI ??解,
一台 Y225M-4型的三相异步电 动机，定子
绕组 △ 型联结，其额定数据为,P2N=45kW,
nN=1480r/min,UN=380V,?N=92.3%,cos?N=
0.88,Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9,Tmax/TN=2.2，求：
1) 额定电流 IN? 2) 额定转差率 sN?
3) 额定转矩 TN, 最大转矩 Tmax, 和起动转矩 TN 。
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2）由 nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）
m i nr 1 5 0 00 /n ?
0 1 3.0
1 5 0 0
1 4 8 01 5 0 0
0
0
N ?
????
n
nns
3）
mN 4290
1 4 8 0
459 5 5 09 5 5 0
N
N2
N ?????,n
PT
mN 9638429022)( N
N
m a x
m a x ?????,..TT
TT
mN 8551429091)( N
N
st
st ?????,..TT
TT
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解：
在 上例中 (1)如果负载转矩为 510.2N?m,试
问在 U=UN和 U′=0.9UN两种情况下电动机能否起
动？（ 2）采用 Y-? 换接起动时，求起动电流和
起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的 80%和
50%时，电动机能否起动？
(1) 在 U=UN时
Tst = 551.8N?m > 510.2 N,m
mN2510mN 447855190 2st ??????,..T
不能起动(2) Ist ?=7IN=7?84.2=589.4 A
A519645983131 s t s t Y,.II ???? Δ
在 U′= 0.9UN 时
能起动
例 2:
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在 80%额定负载时
1
3232
9183
%804290
9183
%80N
s t Y ??
?
?
?,
.
.
.
T
T 不能起动
在 50%额定负载时
1
2145
9183
%504290
9183
%50N
s t Y ??
?
?
?,
.
.
.
T
T 可以 起动
mN918385513131 sts t Y ?????,.TT Δ(3)
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例 3,对 例 8.5.1中的电动机采用自耦变压器降压
起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压
的 64%，求这时的线路起动电流 Ist′′和电动机的
起动转矩 Tst′。
解,设电动机的起动电压为 U'，电动机的起动
电流为 Ist?
st
N
st 640
640 I.
Z
U.
Z
UI ?????
依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，
可求得 线路起动电流 Ist′′。
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64.0
Nst
st ???
?
??
U
U
I
I
A42 4 145 8 90, 6 4
640640640640
2
st
2
ststst
..
I.I..I.I
???
???????
2 UT ??又
2
2
Nst
st 640,
U
U
T
T
???
?
?
??
?
? ?
?
?
?
mN 226
8551640640 2st2st
??
?????,.T.T
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采用自耦降压法起动时，若 加到电动机上的
电压与额定电压之比为 x,则线路 起动电流
Ist" 为
st
2
st IxI ???
电动机的起动转距 Tst′为
st
2
st TxT ??
结论：
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? ? ? ?
p
fsnsn 1
0
6011 ????
8.6.1 变频调速 (无级调速 )
f=50Hz
逆变器 M3 ~整流器
f1,U1可调+
–
~
变频调速方法 恒转距调速（ f1<f1N）恒功率调速（ f
1>f1N）
频率调节范围,0.5~几 百赫兹
三种电气
调速方法
8.6 三相异步电动机的调速
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8.6.2 变极调速 (有级调速 )
变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性
能优异，因而正获得越来越广泛的应用。
A1 X1 A2 X2
i i
P=2
··
A1
A2
X1X2 N
N S
S
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A1 X1 A2 X2
i i
??
P=1
采用变极调速方法的电动机称作双速电机，
由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对
调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床
等机床上。
A1
·
·
A2
X1X2 S N
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T
n
0n
o
22 'RR ?
2R
2'R
8.6.3 变转差率调速 (无级调速 )
变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调
速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，
缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种
提升、起重设备中。
n
n'
??
TL
TL
s ′s
? ?
T
s
2R 2'R
o
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8.7 三相异步电动机的制动
8.7.1 能耗制动
制动方法
机械制动
电气制动
能耗制动
反接制动
发电反馈制动
在断开三相电源的同时，给电动机其中两相
绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与
旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的
转距（制动转距），使转子迅速停止转动。
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n
F
转子
T
?
n0=0
8.7.2 反接制动
停车时，将接入电动机的三相电源线中的任
意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动
方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩
，使转子迅速停止转动。
M
3~
+
-
运转
制动
?
RP
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M
3~
运转
制动
?
n
F
转子
T
?
n0
8.7.3 发电反馈制动
当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速
时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变
化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制
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动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成
电能回送给电网。
n
F
转子
T
?
n0
n > n0
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8.8 三相异步电动机铭牌数据
1,型号
磁极数 ( 极对数 p = 2 )
例如,Y 132 M－ 4
用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。
机座长度代号
机座中心高（ mm）
三相异步电动机
教材表 8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。
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异步电动机产品名称代号
产品名称
异步电动机
绕线式异步电动机
防爆型异步电动机
高起动转矩异步电动机
新代号 汉字意义 老代号
Y 异
异绕
异爆
异起
YR
YB
YQ
J,JO
JR,JRO
JB,JBO
JQ,JQO
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2,接法
接线盒
定子三相绕组的联接方法 。通常
联结电机容量 Y3 k W ??
联结电机容量 ??? kW4
V1
W2
U1
W1
U2
V2
U2
U1W2
V1V2
W1
U1 V1 W1
W2 U2 V2
W2 U2 V2
V1 W1U1
Y 联结 W1U1 V1
W2 U2 V2
?联结
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3,电压
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。
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。
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4,电流
例如,Y / ? 6.73 / 11.64 A 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
。5,功率与效率
1
2
P
P??
?c o s3 NN1 IUP ?
鼠笼电机
? =72~93％
电动机在额定运行时定子绕组的 线电流值。
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。
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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。
6,功率因数
PN
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。
7,额定转速
电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
P2
cos?
O
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0
N0
N n
nns ??额定转差率
如,n N =1440 转 /分
sN = 0.04
8,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)。
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8.9.1 功率的选择
功率选得过大不经济，功率选得过小电动机
容易因过载而损坏。
1,对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略
大于生产机械的功率。
2,对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂
的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械
的功率。
8.9 三相异步电动机的选择
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8.9.2 种类和型式的选择
1,种类的选择
一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。
只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场
合才选用绕线式电动机。
2,结构型式的选择
根据工作环境的条件选择不同的结构型式，
如开启式、防护式、封闭式电动机。
8.9.3 电压和转速的选择
根据电动机的类型、功率以及使用地点的电
源电压来决定。
Y系列鼠笼电动机的额定电压只有 380V一个
等级。大功率电动机才采用 3000V和 6000V。
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单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、
电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步
电动机的 定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式 。
定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，
若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。
定子
定子
绕组
转子
?A A'
?
N
S
8.11.1 单相异步电动机的工作原理
8.11 单相异步电动机
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定子绕组产生的脉动磁场 ?，可用 正、反两个
旋转磁场合成来等效。即
-ΦΦΦ ?? ?
? +? -?m
= ? +? - =
m2
1 ?
t
?
O
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脉动磁场的分解
④
⑥
⑧
⑧
?
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑥⑤
②①
? +?-
?
①
?- ? +
? +? -
?
②
③
④
⑤
?
?
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02 ?s
121 ?? ss
正反向旋转磁场的合成转矩特性
合成转矩
s01 ?s
22 ?s
21 ?s
1T
(正向 )
起动转矩
为零
2T (反向 )
正
转
转
反
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?
?
..,
.
F
鼠笼式转子
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。
A A'
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为了获得所需的起动转矩，单相异步电动
机的 定子进行了特殊设计。 常用的单相异步电
动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电
动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不
同。
8.11.2 电容分相式异步电动机
电容分相式异步电动机的定子中放置有两个
绕组，一个是工作绕组 A–A'，另一个是起动绕
组 B–B ',两个绕组在空间相隔 90o。起动时,B
–B '绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相
差近 90o，即可获得所需的旋转磁场。
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电容分相式异步电动机
iA
S
?
? A
B B'? ?
?A?
~
iB
设两相电流为
tIi ?s i nAmA ?
)90s i n (BmB ??? tIi ?
两相电流
正弦波形如图所示。
工作绕
组
iB iA
mI
i
t?
O
起动绕
组
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?? 45t?
0?t?
A
B B'
A'
?
?
o0?t?
A
B B'
A'
?
?? 90t?
0?t?
A
B B'
A'?
两相旋转磁场
动画450 900
iB iA
mI
i
t?
O
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S
??
?A
B B'? ?
?
iAiB
A?
12
~
实现正反转的电路
改变电容 C的串联位置，可使
单相异步电动机反转。
将开关 S合在位置 1，电容 C与
B绕组串联，电流 iB较 iA超前近
90?；当 将 S切换到位置 2，电容
C与 A绕组串联，电流 iA较 iB 超
前近 90?。这样就改变了旋转磁
场的转向，从而实现电动机的
反转。
电动机转子转动起来后，利用
离心力将开关 S断开 (S是离心开
关 )，使起动绕组 B–B′断电。
M~
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8.11.2 罩极式单相异步电机
~
~
i ?1 ?2
定子绕组 鼠笼式转子
短路环 极掌 (极靴 )
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当电流 i 流过定子绕组时，产生了一部分磁
通 ?1,同时产生的另一部分磁通与短路环作用
生成了磁通 ?2 。由于短路环中感应电流的阻碍
作用，使得 ?2在相位上滞后 ?1,从而在电动机
定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，
使转子获得所需的起动转矩。
罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向
不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相
式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，
故常用于洗衣机等电器中。
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三相异步电动机在运行过程中,若其中一相与
电源断开，就成为单相电动机运行。 此时电动机仍
将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过
额定电流,时间一长，会使电动机烧坏。 这种情况
往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三
相异步电动机在 起动前就断了一线，则不能起动，
此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，
也会使电动机烧坏。
8.11.3 三相异步电动机的单相运行
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解,电动机电磁转矩 T?U12,当电源电压下降低
时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转
子电流和定子电流
都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但
转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：
?????????????? TIISnUTU 12211 )(
使 T =TC 。
例,三相异步电动机在一定的负载转矩下运行
时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速
有无变化？
8.1 三相异步电动机的构造
第 8章 交流电动机
8.2 三相异步电动机的转动原理
8.3 三相异步电动机的电路分析
8.4 三相异步电动机转矩与机械特性
8.5 三相异步电动机的起动
8.6 三相异步电动机的调速
8.7 三相异步电动机的制动
8.8 三相异步电动机铭牌数据
8.9 三相异步电动机的选择
8.11 单相异步电动机
8.10 同步电动机 (略 )
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1,了解三相交流异步电动机的基本构造和转动
原理。
本章要求：
2,理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握
起动和反转的基本方法,了解调速和制动的
方法。
3,理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。
第 8章 交流电动机
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电动机的分类：
鼠笼式异步交流电动机授课内容：
基本结构、工作原理,机械特性、控制方法
电动机
交流电动机
直流电动机
三相电动机
单相电动机
同步电动机
异步电动机
他励、并励电动机
串励、复励电动机
第 8章 交流电动机
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1.定子
8.1 三相异步电动机的构造
铁心：由内周有槽
的硅钢片叠成。
A ----X
B ----Y
C---- Z
三相绕组
机座：铸钢或铸铁
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转子, 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电
流。
2.转子
鼠笼转子
铁心,由外周有槽的硅钢片叠成。
(1) 鼠笼式转子
铁芯槽内放铜条，端
部用短路环形成一体。
或铸铝形成转子绕组。
(2) 绕线式转子
同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。
鼠笼式
绕线式
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鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较,
鼠笼式：
结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改
变电动机的机械特性。
绕线式：
结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子
外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
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8.2 三相异步电动机的转动原理
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8,2,1 旋转磁场
? ?
? ????
???
?
1 2 0s i n
1 2 0s i n
s i n
mC
mB
mA
tIi
tIi
tIi
?
?
?定子三相绕组通入三
相交流电 (星形联接 )
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
1.旋转磁场的产生
CiAi Bi
i
t
mI
o
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i
CiAi Bi
t
mI
o
0n
规定
i,,+” 首端流入，尾端流出。
i,,–” 尾端流入，首端流出。
A
Y
C
B
Z
X
(?)电流出
(?)电流入
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CiBiAi
i
? t
A
X
Y
C
B
Z
A
X
Y
C
B
Z
A
X
Y
C
B
Z
N
S
三相电流合成磁
场 的分布情况
0?t? ?? 60t?
合成磁场方向向下 合成磁场旋转 60°
0n
?60
?? 90t?
合成磁场旋转 90°
600
动画
mI
o
S
N
S N
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AA
X
Z
B
C
Y
AA
X
Z
B
C
Y
分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场
即,一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360°
取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向
结论,任意调换两根
电源进线，则旋转
磁场反转。
动画
0?t? ?? 60t?
任意调换两根电源进线
(电路如图 )
Ci
A
X
C
Z
B
Y
Ai
Bi
0
mI
CiBiAi
? t
i
o
mI
N
S
N
S
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0?t?
3.旋转磁场的极对数 P
当三相定子绕组按
图示排列时，产生一对
磁极的旋转磁场,即：
1?p
CiBiAi
o
i
mI
? t
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
A
X
Y
C
B
Z
N
S
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若定子每相绕组由两个线圈串联,绕组的始端
之间互差 60°,将形成 两对磁极的旋转磁场。
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
X?
A?
A
X
B
Y
B?
Y?
C
C? Z
Z?
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极对数 2?p 动画
旋转磁场的磁极对数
与三相绕组的排列有关
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Bi
Ci
A
X?
X
N
S
?
?Z? C
Z
?
?
B
Y
B?
Y?
A?
C?
S
N
Bi CiAi
i
mI
t?
0
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4.旋转磁场的转速
分）转 /( 60 10 fn ?
工频,Hz50
1 ?f
分）转 /( 3 0 0 00 ?n
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
p=1时
0
mI
CiBiAi
? t
i
o
mI
A
X
Y
C
B
ZN
S
A
X
Y
C
B
Z
N
S
A
X
Y
C
B
ZN
S
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?
?
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X?
N
S
A?
X?
A
B
Z
C
YZ
?
C?
Y?
B?
S
N
0?t? ?? 60t?
p=2时
Bi CiAi
i
t?
mI
0 分）转 /( 1 5 0 0
2
60 1
0 ??
fn
0n
?30A
X?
X
?
?Z? C
Z
?
?
B
Y
B?
Y?
A?
C? N
S
N
S
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旋转磁场转速 n0与极对数 p 的关系
)/( 60 10 分转p fn ?
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
)f( Hz501 ?
3?p ?120 分）转 /( 0 0 01
4?p 分）转 /( 7 5 0?90
旋转磁场转速 n0与频率 f1和极对数 p有关。可见,
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8,2,2 电动机的转动原理
1,转动原理
A
X
Y
C B
Z
定子三相绕组通入三相交流电
分）转 /( 60 10
p
fn ?
方向,顺时针
切割转子导体 Blv
右手定则 感应电动势 E20
旋转磁场
感应电流 I2
旋转磁场
Bli
左手定则 电磁力 F
F
电磁转矩 T n
v
F
0n
N
S
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8,2,3 转差率
旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与
旋转磁场的同步转速之比称为 转差率。
由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场
旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转
磁场的转速相等，即
0nn ?
异步电动机
如果,
0nn ?
无转子电动势和转子电流
转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切
割转子导条
无转矩
因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。
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异步电动机运行中, %~s )91(?
转子转速亦可由转差率求得
0)(1 nn s??
%1 0 0
0
0 ?
???
?
???
? ?
?
n
nns转差率 s
例 1,一台三相异步电动机，其额定转速
n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的
极对数和额定负载下的转差率。
解,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转
速的关系可知,n0=1000 r/min,即 p=3
额定转差率为
2, 5 %1 0 0 %1 0 0 0 9751 0 0 0%100
0
0 ???????
n
nns
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8.3 三相异步电动机的电路分析
三相异步电动机的电
磁关系与变压器类似。
变压器,?变化 ? e
U1 ?E1= 4.44 f N1?
E2= 4.44 f N2?
E1, E2 频率相同，都等
于电源频率。
1
1
444 Nf.
U?? 异步电动机每相电路
i1
u1
e1
e? 1
e2
e? 2
i2
+
－
+
+
+
+
－
－
－
－
f1 f2
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8,3,1 定子电路
1.旋转磁场的磁通 ?
异步电动机,旋转磁场切割导体 ?e，
U1 ?E1= 4.44 f 1N1?
每极磁通
11
1
444 Nf.
U??
1UΦ ?
旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0,所以
2.定子感应电势的频率 f1
60
0
1
pnf ?
感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关
f 1= 电源频率 f
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8,3,2 转子电路
1,转子感应电势频率 f 2
∵ 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子
导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而
变化
?定子感应电势频率 f 1?转子感应电势频率 f 2
转子感应电势频率 f 2
1
0
0
00
2 6060 fs
pn
n
nnpnnf ??????
?旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
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2,转子感应电动势 E 2
E2= 4.44 f 2N2? = 4.44s f 1N2?
当转速 n = 0(s=1)时,f 2最高，且 E2 最大，有
E20= 4.44 f 1N2?
转子静止时
的感应电势
即 E2= s E20
转子转动时
的感应电势
3,转子感抗 X 2
21222 22 σσ LfsLfX ?? ??
当转速 n = 0(s =1)时,f 2最高，且 X2 最大，有
X20= 2?f1L?2 即 X2= sX20
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4,转子电流 I2
5,转子电路的功率因数 cos?2
2
2
2
2
2
2
XR
EI
?
?
2
20
2
2
20
)( sXR
sE
?
?
转子绕组的感应电流
)(00 02 nnIs ????
2
20
2
2
20
m a x21
XR
E
Is
?
???
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c os
sXR
R
XR
R
?
?
?
??
202 SXRs ??很小时
1c o s 2 ??
202 XR ss ??较大时
s
1c o s
2 ??
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转子绕组的感应电流
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( XR
E
XR
EI
s
s
?
?
?
?
转子电路的功率因数
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
XR
R
s?
??
变化曲线随,SI c o s 22 ?
)( 2 ????? Isn
)c o s( 2 ????? ?sn
结论,转子转动时，转
子电路中的各量均与转
差率 s有关，即与转速
n有关。
I2
cos?2
s1
I2,
2cos?
O
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8.4 三相异步电动机转矩与机械特性
8,4,1 转矩公式
转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到
电磁力所形成的转矩之总和。
22T cos ?IΦKT ?
常数，与电
机结构有关
旋转磁场
每极磁通 转子电流
转子电路的
功率因数
ilBF ? 22 cos,,?IΦT ?
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2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
由此得电磁转矩公式
22 c o s ?IΦKT T?
2
20
2
2
20
2
)( XR
E
I
s
s
?
?
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
XR
R
s?
??
mΦNfU 111 44.4?
由前面分析知：
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由公式可知
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT ?
?
?
电磁转矩公式
1,T 与定子每相绕组电压 成正比。 U 1??T ??2
1U
2,当电源电压 U1 一定时,T 是 s 的函数。
3,R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻 R2,从而改变转距。
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8,4,2 机械特性曲线
maxT
mSNS
O
T
S
曲线)( sfT ? 曲线)( Tfn ?
根据转矩公式
2
20
2
2
2
12
)( sXR
UsR
KT
?
?
得特性曲线：
Nn
maxTstT
O
n
TNT
0n
动画
stT
1
NT
动画
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Nn
NT
电动机在额定负载时的转矩。
1.额定转矩 TN
)/(
)(9 5 5 0
N
N
N 分转
千瓦
n
PT ?
三个重要转矩
O
n
T
0n
额定转矩
(N ? m)
如某普通机床的主轴电机 (Y132M-4型 ) 的额定功
率为 7.5kw,额定转速为 1440r/min,则额定转矩为
n
P
n
P
T 9550
60
π2
??
m.N7.491 4 4 05.79 5 5 09 5 5 0
N
N
N ??? n
PT
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2.最大转矩 Tmax
转子轴上机械负载转矩 T2 不能大于 Tmax,否则将
造成堵转 (停车 )。
电机带动最大负载的能力。
2
12
20
2
2
2 U
sXR
sRKT ?
?
?
)(
20
2
1
m a x 2 X
UKT ?
0dd ?ST
令,求得
20
2
m X
Rss ??
临界转差率
O
n
T
0n
Tmax
将 sm代入转矩公式，可得
下一页章目录 返回 上一页
????? m a x121m a x,)1( TUUT
当 U1 一定时,Tmax为定值
20
2
1
m a x 2 X
UKT ?
过载系数 (能力 )
N
m a x
T
T??
一般三相异步电动机的过载系数为
2.2~8.1??
工作时必须使 T2<Tmax,否则电机将停转。
电机严重过热而烧坏。 ?????
12 II
(2) sm与 R2 有关,R2?? sm ?? n 。绕线式电
机改变转子附加电阻 R′2 可实现调速。
?
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3,起动转矩 Tst
2
20
2
2
2
12
)( sXR
UsRKT
?
?
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
电动机起动时的转矩。
起动时 n= 0 时, s =1
????? st121st,)1( TUUT
(2) Tst与 R2 有关,适当使
R2?? Tst?。对绕线式
电机改变转子附加电阻
R′2,可使 Tst =Tmax 。
Tst体现了电动机带
载起动的能力。
若 Tst> T2电机能起
动，否则不能起动。
0n
O
n
TTst
N
st
st T
TK ?起动能力
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4,电动机的运行分析
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。
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） 。
此过程中,n?,s??E2,I2?? I1?
?电源提供的功率自动增加。
T2? s??
T2 >T
T =T2
n?? T ?
?
T′2
达到新的平衡
T2
常用特
性段
0n
n
TO
n
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5,U1 和 R2变化对机械特性的影响
(1) U1 变化对机械特性的影响
U
?
Tm
???U???U
Tst ? 22022
2
12
st XR
URKT
?
?
20
2
1
m 2 X
UKT ?
20
2
m X
Rs ?
0n
NU
T2
n
T
O
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(2) R2 变化对机械特性的影响
stT
TO
n
0n
R2?
Tst ?
n?
硬特性,负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性,负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
maxT2T
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
20
2
1
m 2 X
UKT ?
20
2
m X
Rs ?
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(2) R2 变化对机械特性的影响
不同场合应选用不
同的电机。如金属切
削，选硬特性电机；
重载起动则选软特性
电机。stT TO
n
0n
R2?
Tst ?
n?
硬特性,负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性,负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
maxT2T
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8.5 三相异步电动机的起动
8,5,1 起动性能
起动 问题,起动电流大，起动转矩小 。
一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的 5 ~
7 倍 ; 电动机的起动 转矩为额定转矩的 (1.0~2.2)倍。
大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作
频繁起动时造成热量积累，使电机过热
后果：
原因：
起动,n = 0,s =1,接通电源。
起动时, n = 0，转子导体切割磁力线速度很大，
转子感应电势 转子电流 定子电流
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8.5.2 起动方法
(1) 直接起动
二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用
直接起动。
(2) 降压起动,星形 -三角形 (Y－ ?) 换接起动
自耦降压起动
（适用于鼠笼式电动机）
(3) 转子串电阻起动
（适用于绕线式电动机）
以下介绍降压起动和转子串电阻起动。
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Z
UI l
l 3,Y ?星形联结时
Z
UI l
l 3??三角形联结时：
设：电机每相阻抗为 Z
3
1Y ?
?l
l
I
I
1,降压起动
(1) Y－ ?换接起动
?降压起动时的电流
为直接起动时的
3
1
YlI
Z
lU
+
－
起动
U1
U2
V1
V1W
1
W2
?lI
lU
+
－ Z
正常 运行
U1
U2
V1V2
W1
W2
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Y－ ? 起动器接线简图
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
△
动触点 Y动触点
静触点
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Y－ ? 起动器接线简图
Y起动
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
起动
UP
U1+
＿Ul
+
＿
U2
V1V2W1
W2
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Y－ ? 起动器接线简图
? 工作
L1L3 L2
FU
S
U1 V1
U2 V
2
W1
W2
W1
L3
V2
U2L
2
V1
W2
L1
U1
U2
正常 运行
Ul
+
＿
U1
V1V2
W1
W2
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lUU 3
1
P ?
(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。
)( 2S t UT ?
(b) Y－ ? 起动 ???
stst TI
Y－ ?换接起动适合于空载或轻载起动的场合
Y- ?换接起动应注意的问题
ΔSY tst 3
1 TT ?
正常 运行
Ul
U1W2
V2
W1
+
＿ U
2V
1
UP
起动
+
＿Ul
+
＿
U1
W2
V2W1
U2
V1
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(2) 自耦降压起动 L1L3 L2
FU
Q
Q2下合：
接入自耦变
压器，降压
起动。
Q2上合：
切除自耦变
压器，全压
工作。
合刀闸开关 Q
Q2
自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时
联成 Y形不能采用 Y－ ?起动的鼠笼式异步电动机。
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R
???????
??
? 12
2
20
2
20
)(st2
IIR
XR
EI
R
R
滑环
电刷
定子 转子
起动时将适当的 R 串入转子电路中，起动后将 R 短路。
起动电阻2.绕线式电动机 转子电路串电阻起动
?
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若 R2选得 适当,转子电路串电阻起动既可以
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。
R2 ????Tst ?
2
20
2
2
2
12
st XR
URKT
?
?
22 'RR ?
stT
TO
n
0n
maxT
2R
2R?
stT?
转子电路串电阻起动的特点
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方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。
电动机
正转
电动机
反转
三相异步电动机的正、反转
电 源~
U V W
M
3~
U V W
电 源~
M
3~
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例 1,
A284
92308803803
1045 3,
..
?
???
??
1)
NNN
3
N2
N c o s3
10
??U
PI ??解,
一台 Y225M-4型的三相异步电 动机，定子
绕组 △ 型联结，其额定数据为,P2N=45kW,
nN=1480r/min,UN=380V,?N=92.3%,cos?N=
0.88,Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9,Tmax/TN=2.2，求：
1) 额定电流 IN? 2) 额定转差率 sN?
3) 额定转矩 TN, 最大转矩 Tmax, 和起动转矩 TN 。
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2）由 nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）
m i nr 1 5 0 00 /n ?
0 1 3.0
1 5 0 0
1 4 8 01 5 0 0
0
0
N ?
????
n
nns
3）
mN 4290
1 4 8 0
459 5 5 09 5 5 0
N
N2
N ?????,n
PT
mN 9638429022)( N
N
m a x
m a x ?????,..TT
TT
mN 8551429091)( N
N
st
st ?????,..TT
TT
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解：
在 上例中 (1)如果负载转矩为 510.2N?m,试
问在 U=UN和 U′=0.9UN两种情况下电动机能否起
动？（ 2）采用 Y-? 换接起动时，求起动电流和
起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的 80%和
50%时，电动机能否起动？
(1) 在 U=UN时
Tst = 551.8N?m > 510.2 N,m
mN2510mN 447855190 2st ??????,..T
不能起动(2) Ist ?=7IN=7?84.2=589.4 A
A519645983131 s t s t Y,.II ???? Δ
在 U′= 0.9UN 时
能起动
例 2:
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在 80%额定负载时
1
3232
9183
%804290
9183
%80N
s t Y ??
?
?
?,
.
.
.
T
T 不能起动
在 50%额定负载时
1
2145
9183
%504290
9183
%50N
s t Y ??
?
?
?,
.
.
.
T
T 可以 起动
mN918385513131 sts t Y ?????,.TT Δ(3)
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例 3,对 例 8.5.1中的电动机采用自耦变压器降压
起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压
的 64%，求这时的线路起动电流 Ist′′和电动机的
起动转矩 Tst′。
解,设电动机的起动电压为 U'，电动机的起动
电流为 Ist?
st
N
st 640
640 I.
Z
U.
Z
UI ?????
依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，
可求得 线路起动电流 Ist′′。
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64.0
Nst
st ???
?
??
U
U
I
I
A42 4 145 8 90, 6 4
640640640640
2
st
2
ststst
..
I.I..I.I
???
???????
2 UT ??又
2
2
Nst
st 640,
U
U
T
T
???
?
?
??
?
? ?
?
?
?
mN 226
8551640640 2st2st
??
?????,.T.T
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采用自耦降压法起动时，若 加到电动机上的
电压与额定电压之比为 x,则线路 起动电流
Ist" 为
st
2
st IxI ???
电动机的起动转距 Tst′为
st
2
st TxT ??
结论：
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? ? ? ?
p
fsnsn 1
0
6011 ????
8.6.1 变频调速 (无级调速 )
f=50Hz
逆变器 M3 ~整流器
f1,U1可调+
–
~
变频调速方法 恒转距调速（ f1<f1N）恒功率调速（ f
1>f1N）
频率调节范围,0.5~几 百赫兹
三种电气
调速方法
8.6 三相异步电动机的调速
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8.6.2 变极调速 (有级调速 )
变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性
能优异，因而正获得越来越广泛的应用。
A1 X1 A2 X2
i i
P=2
··
A1
A2
X1X2 N
N S
S
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A1 X1 A2 X2
i i
??
P=1
采用变极调速方法的电动机称作双速电机，
由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对
调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床
等机床上。
A1
·
·
A2
X1X2 S N
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T
n
0n
o
22 'RR ?
2R
2'R
8.6.3 变转差率调速 (无级调速 )
变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调
速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，
缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种
提升、起重设备中。
n
n'
??
TL
TL
s ′s
? ?
T
s
2R 2'R
o
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8.7 三相异步电动机的制动
8.7.1 能耗制动
制动方法
机械制动
电气制动
能耗制动
反接制动
发电反馈制动
在断开三相电源的同时，给电动机其中两相
绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与
旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的
转距（制动转距），使转子迅速停止转动。
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n
F
转子
T
?
n0=0
8.7.2 反接制动
停车时，将接入电动机的三相电源线中的任
意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动
方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩
，使转子迅速停止转动。
M
3~
+
-
运转
制动
?
RP
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M
3~
运转
制动
?
n
F
转子
T
?
n0
8.7.3 发电反馈制动
当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速
时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变
化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制
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动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成
电能回送给电网。
n
F
转子
T
?
n0
n > n0
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8.8 三相异步电动机铭牌数据
1,型号
磁极数 ( 极对数 p = 2 )
例如,Y 132 M－ 4
用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。
机座长度代号
机座中心高（ mm）
三相异步电动机
教材表 8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。
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异步电动机产品名称代号
产品名称
异步电动机
绕线式异步电动机
防爆型异步电动机
高起动转矩异步电动机
新代号 汉字意义 老代号
Y 异
异绕
异爆
异起
YR
YB
YQ
J,JO
JR,JRO
JB,JBO
JQ,JQO
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2,接法
接线盒
定子三相绕组的联接方法 。通常
联结电机容量 Y3 k W ??
联结电机容量 ??? kW4
V1
W2
U1
W1
U2
V2
U2
U1W2
V1V2
W1
U1 V1 W1
W2 U2 V2
W2 U2 V2
V1 W1U1
Y 联结 W1U1 V1
W2 U2 V2
?联结
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3,电压
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。
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。
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4,电流
例如,Y / ? 6.73 / 11.64 A 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
。5,功率与效率
1
2
P
P??
?c o s3 NN1 IUP ?
鼠笼电机
? =72~93％
电动机在额定运行时定子绕组的 线电流值。
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。
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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。
6,功率因数
PN
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。
7,额定转速
电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。
P2
cos?
O
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0
N0
N n
nns ??额定转差率
如,n N =1440 转 /分
sN = 0.04
8,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)。
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8.9.1 功率的选择
功率选得过大不经济，功率选得过小电动机
容易因过载而损坏。
1,对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略
大于生产机械的功率。
2,对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂
的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械
的功率。
8.9 三相异步电动机的选择
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8.9.2 种类和型式的选择
1,种类的选择
一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。
只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场
合才选用绕线式电动机。
2,结构型式的选择
根据工作环境的条件选择不同的结构型式，
如开启式、防护式、封闭式电动机。
8.9.3 电压和转速的选择
根据电动机的类型、功率以及使用地点的电
源电压来决定。
Y系列鼠笼电动机的额定电压只有 380V一个
等级。大功率电动机才采用 3000V和 6000V。
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单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、
电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步
电动机的 定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式 。
定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，
若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。
定子
定子
绕组
转子
?A A'
?
N
S
8.11.1 单相异步电动机的工作原理
8.11 单相异步电动机
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定子绕组产生的脉动磁场 ?，可用 正、反两个
旋转磁场合成来等效。即
-ΦΦΦ ?? ?
? +? -?m
= ? +? - =
m2
1 ?
t
?
O
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脉动磁场的分解
④
⑥
⑧
⑧
?
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑥⑤
②①
? +?-
?
①
?- ? +
? +? -
?
②
③
④
⑤
?
?
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02 ?s
121 ?? ss
正反向旋转磁场的合成转矩特性
合成转矩
s01 ?s
22 ?s
21 ?s
1T
(正向 )
起动转矩
为零
2T (反向 )
正
转
转
反
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?
?
..,
.
F
鼠笼式转子
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。
A A'
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为了获得所需的起动转矩，单相异步电动
机的 定子进行了特殊设计。 常用的单相异步电
动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电
动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不
同。
8.11.2 电容分相式异步电动机
电容分相式异步电动机的定子中放置有两个
绕组，一个是工作绕组 A–A'，另一个是起动绕
组 B–B ',两个绕组在空间相隔 90o。起动时,B
–B '绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相
差近 90o，即可获得所需的旋转磁场。
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电容分相式异步电动机
iA
S
?
? A
B B'? ?
?A?
~
iB
设两相电流为
tIi ?s i nAmA ?
)90s i n (BmB ??? tIi ?
两相电流
正弦波形如图所示。
工作绕
组
iB iA
mI
i
t?
O
起动绕
组
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?? 45t?
0?t?
A
B B'
A'
?
?
o0?t?
A
B B'
A'
?
?? 90t?
0?t?
A
B B'
A'?
两相旋转磁场
动画450 900
iB iA
mI
i
t?
O
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S
??
?A
B B'? ?
?
iAiB
A?
12
~
实现正反转的电路
改变电容 C的串联位置，可使
单相异步电动机反转。
将开关 S合在位置 1，电容 C与
B绕组串联，电流 iB较 iA超前近
90?；当 将 S切换到位置 2，电容
C与 A绕组串联，电流 iA较 iB 超
前近 90?。这样就改变了旋转磁
场的转向，从而实现电动机的
反转。
电动机转子转动起来后，利用
离心力将开关 S断开 (S是离心开
关 )，使起动绕组 B–B′断电。
M~
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8.11.2 罩极式单相异步电机
~
~
i ?1 ?2
定子绕组 鼠笼式转子
短路环 极掌 (极靴 )
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当电流 i 流过定子绕组时，产生了一部分磁
通 ?1,同时产生的另一部分磁通与短路环作用
生成了磁通 ?2 。由于短路环中感应电流的阻碍
作用，使得 ?2在相位上滞后 ?1,从而在电动机
定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，
使转子获得所需的起动转矩。
罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向
不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相
式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，
故常用于洗衣机等电器中。
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三相异步电动机在运行过程中,若其中一相与
电源断开，就成为单相电动机运行。 此时电动机仍
将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过
额定电流,时间一长，会使电动机烧坏。 这种情况
往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三
相异步电动机在 起动前就断了一线，则不能起动，
此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，
也会使电动机烧坏。
8.11.3 三相异步电动机的单相运行
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解,电动机电磁转矩 T?U12,当电源电压下降低
时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转
子电流和定子电流
都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但
转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：
?????????????? TIISnUTU 12211 )(
使 T =TC 。
例,三相异步电动机在一定的负载转矩下运行
时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速
有无变化？
