第五章 交流电动机的工作原理及特性
? 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；
? 掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；
? 掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；
? 掌握三相异步电动机启动, 调速和制动等各种特性；
? 掌握实现三相异步电动机启动, 调速和制动的各种方法及它们
的使用场所；
? 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；
? 了解同步电动机的结构, 工作原理, 运行特性和启动方法 。
5,1 三相异步电动机的基本结构和工作原理
一、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成, 定子是不动
的部分, 转子是旋转部分, 在定子和转子之间有一定的气隙 。 如图
所示 。
1.定子
定子由定子铁心、绕组以及机座组成。
定子铁心是磁路的一部
分，它由 0.5mm的硅钢片叠
压而成，片与片之间是绝缘
的，以减少涡流损耗。定子
铁心的硅钢片的内圆冲有定
子槽，槽中安放线圈，如图
所示。硅钢片铁心在叠压后
成为一个整体，固定于机座
上。
定子绕组是电动机的电
路部分。三相电动机的定子
绕组分为三个部分对称地分
布在定子铁心上，称为三相
绕组，分别用 AX,BY,CZ
表示，其中,A,B,C称为
首端,而 X,Y,Z称为 末端 。
机座主要用于固定与支撑定子铁心 。 中小型异步电动机一般采
用铸铁机座 。 根据不同的冷却方式采用不同的机座型式 。
三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产
生 旋转磁场 。
2.转子
转子铁心也是电动机磁
路的一部分，由硅钢片叠压
而成。转子铁心装在转轴上。
硅钢片冲片如图所示。
转子由铁心与绕组组成。
线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理
是一致的。转子的作用是 产生转子电流，即产生电磁转矩 。
鼠笼式异步电动机转子绕
组是在转子铁心槽里插入铜条，
再将全部铜条两端焊在两个铜
端环上而组成，如图所示。
线绕式异步电动机转
子绕组是由线圈绕组放入转
子铁心槽内，并分为三相对
称绕组，与定子产生的磁极
数相同。线绕式转子通过轴
上的滑环和电刷在转子回路
中接入外加电阻，用以改善
启动性能与调节转速,
二、三相异步电动机的工作原理
1．定子旋转磁场
假设每相绕组只有一个线匝, 分别嵌放在定子内圆周的 6个凹
槽之中 。 现将三相绕组的末端 X,Y,Z相连, 首端 A,B,C接三相
交流电源 。 且三相绕组分别叫做 A,B,C相绕组 。 如图所示 。
假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且 A相
绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组 A,B,C的
电流（相序为 A— B— C）的瞬时值为,
tIi ?s inmA ?
)32s i n (mB ?? ?? tIi
)34s i n (mC ?? ?? tIi
如图所示是这些电流随时间变化的曲线 。
? ? 时01 ?t
iB为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Y端流到 B端；
iC为正, 电流实际方向与正方向一致, 即电流从 C端流到 Z端 。
按右手螺旋法则确定
三相电流产生的合成磁场,
如图 （ a） 箭头所示 。
iA=0
? ? 时62 Tt ?
iB为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Y端流到 B端；
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到 X端。
此时的合成磁场如图 （ b）
所示, 合成磁场已从 t=0 瞬间
所在位置顺时针方向旋转了 ?
/3。
iC=0
? ? 时33 Tt ?
iC为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Z端流到 C端；
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到 X端。
此时的合成磁场如图
（ c） 所示, 合成磁场已从
t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 2 ? /3。
iB=0
? ? 时24 Tt ?
0A ?i
iC为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Z端流到 C端；
iB为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 B端流到 Y端。
此时的合成磁场如图
（ d） 所示, 合成磁场已从
t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 ? 。
按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时, 合成磁
场也在不断旋转, 故称 旋转磁场 。
2．旋转磁场的旋转方向
A相绕组内的电流超前 B相绕组内的电流 2 ? /3，而 B相绕组内的
电流又超前 C相绕组内的电流 2 ? /3,当三相交流电的 A→B→C,
旋转磁场的旋转方向为从 A→B→C,即向顺时针方向旋转。
如果将定子绕组接至电源的三根导线中的 任意两根线对调, 例
如, 将 B,C两根线对调, 使 B相与 C相绕组中电流的相位对调, 如
图所示 。
此时 A相绕组内的电流超前 C相绕组内的电流 2 ? /3，而 C相绕
组内的电流又超前 B相绕组内的电流 2 ? /3，用上述同样的分析方法
可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为 A→C→B,即向逆时针方向
旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。
由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到
电源的三根导线中的任意两根对调即可。
3.旋转磁场的极数与旋转速度
在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速
度，用 n0表示。
以上讨论的旋转磁场, 具有一对磁极 （ 磁极对数用 p表示 ） 即
p=1。
从上述分析可以看出, 电流变化经过一个周期 （ 变化 360电角
度 ）, 旋转磁场在空间也旋转了一转 （ 转了 360机械角度 ）, 若电
流的频率为 f,旋转磁场每分钟将旋转 60f 转, 即,
fn 600 ?
如果把定子铁心的槽数增加 1倍（ 12个槽），制成如图所示的
三相绕组。
其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对
称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。
如图所示。
从图可以看出, 对应于不同时刻, 旋转磁场在空间转到不同位
置, 此情况下电流变化半个周期, 旋转磁场在空间只转过了 ? /2，
即 1/4转, 电流变化一个周期, 旋转磁场在空间只转了 1/2转 。
由此可知, 当旋转磁场具有两对磁极 （ p=2） 时, 其旋转速度
仅为一对磁极时的一半 。 依次类推, 当有 p对磁极时, 其转速为,
p
fn 60
0 ?
所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数
成反比。
4．工作原理
三相异步电动机的工作原
理是基于定子旋转磁场和转子
电流的相互作用。
假设定子只有一对磁极, 转
子只有一匝绕组 。
在旋转磁场的作用下, 转子导体切割磁力线 （ 其方向与旋转磁
场的旋转方向相反 ）, 因而在导体内产生感应电动势 e从而产生感
应电流 i。 根据安培电磁力定律, 转子电流与旋转磁场相互作用产
生电磁力 F（ 其方向用左手定则决定 ）, 这力在转子的轴上形成电
磁转矩, 且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同, 转子受此转
矩的作用, 按旋转磁场的旋转方向旋转起来 。
转子的旋转速度称为电动机的转速, 用 n表示 。
5.转 差率 S
由工作原理可知：转子的转速 n（ 电动机的转速 ） 恒比旋转磁
场的旋转速度 n0（ 同步速度 ） 要小 。 因为如果两种速度相等时, 转
子和旋转磁场没有 相对运动, 转子导体不切割磁力线, 因此, 不能
产生电磁转矩, 转子将不能继续旋转 。 因此, 转子与旋转磁场之间
的转速差是保证转子转速的主要因素, 也是 异步电动机 的由来 。
定义：转速差 (n0-n)与同步转速 n0的比值称为异步电动机的转
差率, 用表示 S,即
0
0
n
nnS ??
转差率 S是分析异步电动机运行特性的主要参数。
? 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；
? 掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；
? 掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；
? 掌握三相异步电动机启动, 调速和制动等各种特性；
? 掌握实现三相异步电动机启动, 调速和制动的各种方法及它们
的使用场所；
? 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；
? 了解同步电动机的结构, 工作原理, 运行特性和启动方法 。
5,1 三相异步电动机的基本结构和工作原理
一、三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成, 定子是不动
的部分, 转子是旋转部分, 在定子和转子之间有一定的气隙 。 如图
所示 。
1.定子
定子由定子铁心、绕组以及机座组成。
定子铁心是磁路的一部
分，它由 0.5mm的硅钢片叠
压而成，片与片之间是绝缘
的，以减少涡流损耗。定子
铁心的硅钢片的内圆冲有定
子槽，槽中安放线圈，如图
所示。硅钢片铁心在叠压后
成为一个整体，固定于机座
上。
定子绕组是电动机的电
路部分。三相电动机的定子
绕组分为三个部分对称地分
布在定子铁心上，称为三相
绕组，分别用 AX,BY,CZ
表示，其中,A,B,C称为
首端,而 X,Y,Z称为 末端 。
机座主要用于固定与支撑定子铁心 。 中小型异步电动机一般采
用铸铁机座 。 根据不同的冷却方式采用不同的机座型式 。
三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产
生 旋转磁场 。
2.转子
转子铁心也是电动机磁
路的一部分，由硅钢片叠压
而成。转子铁心装在转轴上。
硅钢片冲片如图所示。
转子由铁心与绕组组成。
线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理
是一致的。转子的作用是 产生转子电流，即产生电磁转矩 。
鼠笼式异步电动机转子绕
组是在转子铁心槽里插入铜条，
再将全部铜条两端焊在两个铜
端环上而组成，如图所示。
线绕式异步电动机转
子绕组是由线圈绕组放入转
子铁心槽内，并分为三相对
称绕组，与定子产生的磁极
数相同。线绕式转子通过轴
上的滑环和电刷在转子回路
中接入外加电阻，用以改善
启动性能与调节转速,
二、三相异步电动机的工作原理
1．定子旋转磁场
假设每相绕组只有一个线匝, 分别嵌放在定子内圆周的 6个凹
槽之中 。 现将三相绕组的末端 X,Y,Z相连, 首端 A,B,C接三相
交流电源 。 且三相绕组分别叫做 A,B,C相绕组 。 如图所示 。
假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且 A相
绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组 A,B,C的
电流（相序为 A— B— C）的瞬时值为,
tIi ?s inmA ?
)32s i n (mB ?? ?? tIi
)34s i n (mC ?? ?? tIi
如图所示是这些电流随时间变化的曲线 。
? ? 时01 ?t
iB为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Y端流到 B端；
iC为正, 电流实际方向与正方向一致, 即电流从 C端流到 Z端 。
按右手螺旋法则确定
三相电流产生的合成磁场,
如图 （ a） 箭头所示 。
iA=0
? ? 时62 Tt ?
iB为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Y端流到 B端；
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到 X端。
此时的合成磁场如图 （ b）
所示, 合成磁场已从 t=0 瞬间
所在位置顺时针方向旋转了 ?
/3。
iC=0
? ? 时33 Tt ?
iC为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Z端流到 C端；
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到 X端。
此时的合成磁场如图
（ c） 所示, 合成磁场已从
t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 2 ? /3。
iB=0
? ? 时24 Tt ?
0A ?i
iC为负, 电流实际方向与正方向相反, 即电流从 Z端流到 C端；
iB为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 B端流到 Y端。
此时的合成磁场如图
（ d） 所示, 合成磁场已从
t=0 瞬间所在位置顺时针方
向旋转了 ? 。
按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时, 合成磁
场也在不断旋转, 故称 旋转磁场 。
2．旋转磁场的旋转方向
A相绕组内的电流超前 B相绕组内的电流 2 ? /3，而 B相绕组内的
电流又超前 C相绕组内的电流 2 ? /3,当三相交流电的 A→B→C,
旋转磁场的旋转方向为从 A→B→C,即向顺时针方向旋转。
如果将定子绕组接至电源的三根导线中的 任意两根线对调, 例
如, 将 B,C两根线对调, 使 B相与 C相绕组中电流的相位对调, 如
图所示 。
此时 A相绕组内的电流超前 C相绕组内的电流 2 ? /3，而 C相绕
组内的电流又超前 B相绕组内的电流 2 ? /3，用上述同样的分析方法
可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为 A→C→B,即向逆时针方向
旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。
由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到
电源的三根导线中的任意两根对调即可。
3.旋转磁场的极数与旋转速度
在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速
度，用 n0表示。
以上讨论的旋转磁场, 具有一对磁极 （ 磁极对数用 p表示 ） 即
p=1。
从上述分析可以看出, 电流变化经过一个周期 （ 变化 360电角
度 ）, 旋转磁场在空间也旋转了一转 （ 转了 360机械角度 ）, 若电
流的频率为 f,旋转磁场每分钟将旋转 60f 转, 即,
fn 600 ?
如果把定子铁心的槽数增加 1倍（ 12个槽），制成如图所示的
三相绕组。
其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对
称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。
如图所示。
从图可以看出, 对应于不同时刻, 旋转磁场在空间转到不同位
置, 此情况下电流变化半个周期, 旋转磁场在空间只转过了 ? /2，
即 1/4转, 电流变化一个周期, 旋转磁场在空间只转了 1/2转 。
由此可知, 当旋转磁场具有两对磁极 （ p=2） 时, 其旋转速度
仅为一对磁极时的一半 。 依次类推, 当有 p对磁极时, 其转速为,
p
fn 60
0 ?
所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数
成反比。
4．工作原理
三相异步电动机的工作原
理是基于定子旋转磁场和转子
电流的相互作用。
假设定子只有一对磁极, 转
子只有一匝绕组 。
在旋转磁场的作用下, 转子导体切割磁力线 （ 其方向与旋转磁
场的旋转方向相反 ）, 因而在导体内产生感应电动势 e从而产生感
应电流 i。 根据安培电磁力定律, 转子电流与旋转磁场相互作用产
生电磁力 F（ 其方向用左手定则决定 ）, 这力在转子的轴上形成电
磁转矩, 且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同, 转子受此转
矩的作用, 按旋转磁场的旋转方向旋转起来 。
转子的旋转速度称为电动机的转速, 用 n表示 。
5.转 差率 S
由工作原理可知：转子的转速 n（ 电动机的转速 ） 恒比旋转磁
场的旋转速度 n0（ 同步速度 ） 要小 。 因为如果两种速度相等时, 转
子和旋转磁场没有 相对运动, 转子导体不切割磁力线, 因此, 不能
产生电磁转矩, 转子将不能继续旋转 。 因此, 转子与旋转磁场之间
的转速差是保证转子转速的主要因素, 也是 异步电动机 的由来 。
定义：转速差 (n0-n)与同步转速 n0的比值称为异步电动机的转
差率, 用表示 S,即
0
0
n
nnS ??
转差率 S是分析异步电动机运行特性的主要参数。
