重庆电力高等专科学校
向文彬
电 机 学
第五章 三相异步电动机
? 5-1三相异步电动机的结构、额定值和主要系列
? 5-2 三相异步电动机的工作原理及转差率
? 5-3 三相异步电动机的主磁通和漏磁通
? 5-4 三相异步电动机转子静止时的电磁关系
? 5-5 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系
? 5-6 三相异步电动机的功率和转矩
? 5-7 三相异步电动机的工作特性和参数测定
5-1三相异步电动机的结构、额
定值和主要系列
? 一、三相异步电动机的基本结构
定子铁心：磁路一部分，低硅钢片 0.5mm
1,定子 定子绕组：电路一部分，铜线
机 座,固定和支撑定子铁心
转子铁心：磁路一部分,低硅钢片 0.5mm
2.转子,
转子绕组,笼型绕组
转轴 绕线式绕组
二、额定数据
1、型号
例如,Y 112S-6
极数 6极
短机座
规格代号：中心高 112mm
产品代号：异步电动机
3,气隙：对于中小型异步电机，气隙一般为 0.1～ 1mm；
为了降低电机的空载电流和提高电机的功率，气隙应尽可能小。
2、额定值
①额定功率 PN,电动机在额定情况下运行，由 轴端 输出的
机械 功率,单位为 W,kW。
②额定电压 UN,电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组
上的 线电压,单位为 V。
③额定频率 fN,50Hz。
④额定电流 IN：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出
额定功率时，定子绕组的 线电流,单位为 A。
⑤额定转速 nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出
额定功率时，转子的转速，单位为 r/min。
对于三相异步电动机，额定功率,
NNNNN IUP ?? c o s3?
3.接线
对于三相异步电动机定子绕组可以接成 星形 或 三角形 。
定子接线方式,
Y接 D接
5-2 三相异步电动机的工作原
理及转差率
? 一、三相异步电动机的工作原理
1、电生磁：定子绕组接到三相电源上，定子绕组中将流过
三相对称电流，气隙中将建立基波旋转磁动势，从而产
生基波旋转磁场，转速为：；
2,动磁生电：转子绕组产生电动势并在转子绕组中产生相
应的电流；转子自身闭合；
3、电磁力定律：转子带电导体在磁场中受电磁力的作用,
并形成电磁转矩，推动电机旋转起来。
思考, 1） n和 n1是否可以相等？
2）电机的转向由随决定？
3）何谓异步？
说明：①转子转动方向与电流相序有关，若要改变转向，只需
改变相序，即对调任意两根电源线。
②转速 n﹤ 同步转速 n1
二、转差率
1、转差率定义,
1
1
n
nns ??
起动瞬间,n=0,S=1；理想空载,n≈n1,s≈0；
正常运行,SN=0.01～ 0.06；
∴ n=(1-S)n1
状态
电动机
发电机
电磁制动
n与 s关
系
n<n1,0<s<
1
n>n1,s<0
n 与 n1 反向,
n<0,s>1
E
1
反电动势
电源电动势
反电动势
Tem
驱动
(电 动 ）
制动
（ 发 电 ）
制动
能量转
换
电能 → 机
械能
原动机机械
能 → 电能
电 +机械能 → 内
部损耗 （ 短路 ）
2．三种运行状态,
5-3 三相异步电动机的主磁通
和漏磁通
? 一、异步电动机的主磁通
? 主磁通 Φ0,
? ① 作用：传递能量的媒介作用；
? ②路径：定子 — 气隙 — 转子 — 气隙 — 定
子。
二,异步电动机的 漏磁通,
①不起传递能量的媒介作用，只起
电抗压降的作用；
②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通
和高次谐波。
1Φ S
5-4 三相异步电动机转子静止
时的电磁关系
? 1、转子绕组开路，电磁转矩为零；
? 2、转子绕组短路，有电磁转矩，但转子
被堵住不转；
一、转子绕组开路时的情况
与空载运行的变压器相似，定子绕组相当与变压器的原
边转子绕组相当与变压器的副边
1、电磁过程
mwkwfE Φ4, 4 4= 2212
MWKWfE Φ44.4= 1111
22
11
221
111
2
1 =
Φ4, 4 4
Φ4, 4 4
==
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k
电动势变比,
漏磁通,在定子绕组上产生的漏电
动势可看成是定子电流在漏电抗 上
的压降，则得,
1Φ S
1x
10
.
1
.
-= XIjE s
定子绕组电阻产生的压降为,
10
.
rI
2、电压平衡方程式
)+(I+= 110
.
1
.
1
.
jxrEU
**说明,
①有气隙，异步电动机的 xσ比变压器的大；
② U1一定,φ也近似不变。
?二、转子绕组短路，转子 堵住不转；
1、电磁过程
与变压器副边短路时相似的物理过程，则,
)+(I+E= 111.1.1,jxrU
)(0 2222 jxrIE ???
??
2、磁动势平衡方程,
021 FFF ??
011122221111 9.029.029.02
???
?????????? IpkNmIpkNmIpkNm www
即,
021 /
??? ?? IkII
i
电流变比,
ik
222
111
w
w
i kNm
kNmk ?
L
i
II
k
III
10
2
01 )(
??
?
??
?????
21 FF ??
**结论：, 大小相等，方向相反，且又以同速,
同向旋转，在空间相对静止。
1
.
F 2
.F
2、电压平衡方程式
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)(0 2222 jxrIE ???
??
22
11
221
111
2
1 =
Φ4, 4 4
Φ4, 4 4==
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k
MWKWfE Φ44.4= 1111
mwkwfE Φ4, 4 4= 2212
11
.
1
.
-= XIjE s
22
.
2
.
-= xIjE s
3、绕组折算,
说明,原则和方法与变压器相同。
1）电流折算,
iw
w
k
II
kNm
kNmI 2
2
111
222'
2 ??
2）电动势折算,
2222
11'
2 EkEkN
kwNE
ew ??
3）电阻和电抗折算,2'2 rkkr ie?
2'2 xkkx ie?
折算后的基本方程组,
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)+(=0 '2'2
'
2
'
2 jxrIE
0
'
21
???
?? III
'
21
?? ? EE
)+(= 01
mm
jxrIE
4、等值电路和向量图
5-5 三相异步电动机转子旋转
时的电磁关系
? 一、基本方程式,
sE 2
.
sI 2
.
sx 2
?转子旋转时，转子边的感应电动势、电流,
?漏抗分别用
?表示，以示区别。
1、转子电动势的频率：,
正常运行时
2、转子绕组的感应电动势,
3、转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为 不变；
4、转子绕组的电流,
12 sff ?
Hz～f 30, 5=2
22222 44.4 sEkNfE wS ???
2r
221222 22 sxLsfLfx S ??? ??
22
2
22
2
2
j s xr
Es
jxr
E
I
S
S
?
?
?
?
??
?
*结论：转子电流 I2 随 S的增加而增加。
5、转子绕组的功率因数,
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
sxr
r
?
??
*结论：转子功率因数随 S的增加而减小。
6、转子磁动势的转速,
相对转子速度,
2F
1
12
2
6060 sn
p
sf
p
fn ????
相对定子速度,
2F 112 nnsnnn ????
** 与 相对静止。
1F 2
F
7、磁动势平衡方程式,
既然转子基波磁动势, 相对静止，可采用
向量相加得到合成磁动势
1F 2F
mF
_
1、磁动势形式,
m21 =+ FFF
2.电流形式,
LIII 101
??? ??
二、频率折算
? 1,折算原则,
? ① 保持 F2不变, 只要使等效前后转子电流的大
小和相位相等即可；
? ②等效前后转子电路的功率和损耗相等。
2、折算方法,
222
2
2
2
2
22
2
22
2
2
1
r
s
s
jxr
E
jx
s
r
E
js xr
Es
jxr
E
I
S
S
?
??
?
?
?
?
?
?
?
????
?
① 附加电阻 的物理意义,
模拟转轴上总的机械功率；
②转子方程为,
2
1 r
s
s?
)( 22222 jxrIEU ???
???
222
1 r
s
sIU ?? ??
三、等值电路图和向量图
? 1、等值电路图
折算后的基本方程组,)(
11111 jxrIEU ????
???
)( '2'2
'
2
'
2
'
2 jxrIEU ???
???
'
2
'
2
'
2
1 r
s
sIU ?? ??
0
'
21
??? ?? III
'
21
?? ? EE
)(01 mm jxrIE ??? ??
T形等效电路
分析,
1、堵转：,相当于短路；
2、空载：,相当于开路。
01,1,0 '2 ???? rs ssn
????? '21 1,0,rs ssnn
此时,很高，而 很低。
1ΦC O S2ΦC O S
#简化等效电路
与变压器的近似等效电路相同，但须引入一修正系数 C1
mx
xC 1
1 1 ?? 对于 40kW以上，可取 C1=1。
2、向量图
5-6 三相异步电动机的
功率和转矩
1r 1x '2r '2x
'
2
1 r
s
s?
1
?U
1
?I
0
?I
'
2
?I
mr
mx
1cup
Fep
2cup
mecP
emP
1P
1、功率平衡关系
输入功率
11111 co s ?IUmP ?
定子铜损
1
2
111 rImp cu ?
定子铁损
mFe rImp
2
01?
电磁功率
s
rImppPP
Fecuem
'
22'
2111 ????
转子铜损 '
2
2'
212
2
222 rImrImp cu ??
机械功率
'
2
2'
212
2
22
11 r
s
sImr
s
sImP
m e c
????
输出功率
02 pPppPP m e cadm e cm e c ?????
异步电动机的能流图
两个重要关系式
s
P
p
em
cu ?2 s
P
P
em
m e c ?? 1
可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为
两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分
转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗
就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机
的转差率均很小。
2、转矩平衡关系
在式 的两边同时除以
机械角速度 得,
02 pPP m e c ??
60
2 n???
?
?
?
?
?
02 pPP m e c
即,
02 TTT em ?? 02 TTT em ??
或
11)1(
)1(
?
?
??
?
?
?
? ememm e cem
P
s
PsP
T
电磁转矩
2
'
211
1 ΦΦ
2
= C O SIkpw
m
T
mw
2
'
2
' φΦ=
C O SIC
mT
3、电磁转矩,
向文彬
电 机 学
第五章 三相异步电动机
? 5-1三相异步电动机的结构、额定值和主要系列
? 5-2 三相异步电动机的工作原理及转差率
? 5-3 三相异步电动机的主磁通和漏磁通
? 5-4 三相异步电动机转子静止时的电磁关系
? 5-5 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系
? 5-6 三相异步电动机的功率和转矩
? 5-7 三相异步电动机的工作特性和参数测定
5-1三相异步电动机的结构、额
定值和主要系列
? 一、三相异步电动机的基本结构
定子铁心：磁路一部分，低硅钢片 0.5mm
1,定子 定子绕组：电路一部分，铜线
机 座,固定和支撑定子铁心
转子铁心：磁路一部分,低硅钢片 0.5mm
2.转子,
转子绕组,笼型绕组
转轴 绕线式绕组
二、额定数据
1、型号
例如,Y 112S-6
极数 6极
短机座
规格代号：中心高 112mm
产品代号：异步电动机
3,气隙：对于中小型异步电机，气隙一般为 0.1～ 1mm；
为了降低电机的空载电流和提高电机的功率，气隙应尽可能小。
2、额定值
①额定功率 PN,电动机在额定情况下运行，由 轴端 输出的
机械 功率,单位为 W,kW。
②额定电压 UN,电动机在额定情况下运行,施加在定子绕组
上的 线电压,单位为 V。
③额定频率 fN,50Hz。
④额定电流 IN：电动机在额定电压、额定频率下轴端输出
额定功率时，定子绕组的 线电流,单位为 A。
⑤额定转速 nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出
额定功率时，转子的转速，单位为 r/min。
对于三相异步电动机，额定功率,
NNNNN IUP ?? c o s3?
3.接线
对于三相异步电动机定子绕组可以接成 星形 或 三角形 。
定子接线方式,
Y接 D接
5-2 三相异步电动机的工作原
理及转差率
? 一、三相异步电动机的工作原理
1、电生磁：定子绕组接到三相电源上，定子绕组中将流过
三相对称电流，气隙中将建立基波旋转磁动势，从而产
生基波旋转磁场，转速为：；
2,动磁生电：转子绕组产生电动势并在转子绕组中产生相
应的电流；转子自身闭合；
3、电磁力定律：转子带电导体在磁场中受电磁力的作用,
并形成电磁转矩，推动电机旋转起来。
思考, 1） n和 n1是否可以相等？
2）电机的转向由随决定？
3）何谓异步？
说明：①转子转动方向与电流相序有关，若要改变转向，只需
改变相序，即对调任意两根电源线。
②转速 n﹤ 同步转速 n1
二、转差率
1、转差率定义,
1
1
n
nns ??
起动瞬间,n=0,S=1；理想空载,n≈n1,s≈0；
正常运行,SN=0.01～ 0.06；
∴ n=(1-S)n1
状态
电动机
发电机
电磁制动
n与 s关
系
n<n1,0<s<
1
n>n1,s<0
n 与 n1 反向,
n<0,s>1
E
1
反电动势
电源电动势
反电动势
Tem
驱动
(电 动 ）
制动
（ 发 电 ）
制动
能量转
换
电能 → 机
械能
原动机机械
能 → 电能
电 +机械能 → 内
部损耗 （ 短路 ）
2．三种运行状态,
5-3 三相异步电动机的主磁通
和漏磁通
? 一、异步电动机的主磁通
? 主磁通 Φ0,
? ① 作用：传递能量的媒介作用；
? ②路径：定子 — 气隙 — 转子 — 气隙 — 定
子。
二,异步电动机的 漏磁通,
①不起传递能量的媒介作用，只起
电抗压降的作用；
②包括：槽部漏磁通、端部漏磁通
和高次谐波。
1Φ S
5-4 三相异步电动机转子静止
时的电磁关系
? 1、转子绕组开路，电磁转矩为零；
? 2、转子绕组短路，有电磁转矩，但转子
被堵住不转；
一、转子绕组开路时的情况
与空载运行的变压器相似，定子绕组相当与变压器的原
边转子绕组相当与变压器的副边
1、电磁过程
mwkwfE Φ4, 4 4= 2212
MWKWfE Φ44.4= 1111
22
11
221
111
2
1 =
Φ4, 4 4
Φ4, 4 4
==
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k
电动势变比,
漏磁通,在定子绕组上产生的漏电
动势可看成是定子电流在漏电抗 上
的压降，则得,
1Φ S
1x
10
.
1
.
-= XIjE s
定子绕组电阻产生的压降为,
10
.
rI
2、电压平衡方程式
)+(I+= 110
.
1
.
1
.
jxrEU
**说明,
①有气隙，异步电动机的 xσ比变压器的大；
② U1一定,φ也近似不变。
?二、转子绕组短路，转子 堵住不转；
1、电磁过程
与变压器副边短路时相似的物理过程，则,
)+(I+E= 111.1.1,jxrU
)(0 2222 jxrIE ???
??
2、磁动势平衡方程,
021 FFF ??
011122221111 9.029.029.02
???
?????????? IpkNmIpkNmIpkNm www
即,
021 /
??? ?? IkII
i
电流变比,
ik
222
111
w
w
i kNm
kNmk ?
L
i
II
k
III
10
2
01 )(
??
?
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21 FF ??
**结论：, 大小相等，方向相反，且又以同速,
同向旋转，在空间相对静止。
1
.
F 2
.F
2、电压平衡方程式
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)(0 2222 jxrIE ???
??
22
11
221
111
2
1 =
Φ4, 4 4
Φ4, 4 4==
w
w
w
w
e
kN
kN
kNf
kNf
E
E
k
MWKWfE Φ44.4= 1111
mwkwfE Φ4, 4 4= 2212
11
.
1
.
-= XIjE s
22
.
2
.
-= xIjE s
3、绕组折算,
说明,原则和方法与变压器相同。
1）电流折算,
iw
w
k
II
kNm
kNmI 2
2
111
222'
2 ??
2）电动势折算,
2222
11'
2 EkEkN
kwNE
ew ??
3）电阻和电抗折算,2'2 rkkr ie?
2'2 xkkx ie?
折算后的基本方程组,
)( 11111 jxrIEU ???? ???
)+(=0 '2'2
'
2
'
2 jxrIE
0
'
21
???
?? III
'
21
?? ? EE
)+(= 01
mm
jxrIE
4、等值电路和向量图
5-5 三相异步电动机转子旋转
时的电磁关系
? 一、基本方程式,
sE 2
.
sI 2
.
sx 2
?转子旋转时，转子边的感应电动势、电流,
?漏抗分别用
?表示，以示区别。
1、转子电动势的频率：,
正常运行时
2、转子绕组的感应电动势,
3、转子绕组的电阻和漏抗：忽略集肤效应，认为 不变；
4、转子绕组的电流,
12 sff ?
Hz～f 30, 5=2
22222 44.4 sEkNfE wS ???
2r
221222 22 sxLsfLfx S ??? ??
22
2
22
2
2
j s xr
Es
jxr
E
I
S
S
?
?
?
?
??
?
*结论：转子电流 I2 随 S的增加而增加。
5、转子绕组的功率因数,
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
sxr
r
?
??
*结论：转子功率因数随 S的增加而减小。
6、转子磁动势的转速,
相对转子速度,
2F
1
12
2
6060 sn
p
sf
p
fn ????
相对定子速度,
2F 112 nnsnnn ????
** 与 相对静止。
1F 2
F
7、磁动势平衡方程式,
既然转子基波磁动势, 相对静止，可采用
向量相加得到合成磁动势
1F 2F
mF
_
1、磁动势形式,
m21 =+ FFF
2.电流形式,
LIII 101
??? ??
二、频率折算
? 1,折算原则,
? ① 保持 F2不变, 只要使等效前后转子电流的大
小和相位相等即可；
? ②等效前后转子电路的功率和损耗相等。
2、折算方法,
222
2
2
2
2
22
2
22
2
2
1
r
s
s
jxr
E
jx
s
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E
js xr
Es
jxr
E
I
S
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??
?
?
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?
① 附加电阻 的物理意义,
模拟转轴上总的机械功率；
②转子方程为,
2
1 r
s
s?
)( 22222 jxrIEU ???
???
222
1 r
s
sIU ?? ??
三、等值电路图和向量图
? 1、等值电路图
折算后的基本方程组,)(
11111 jxrIEU ????
???
)( '2'2
'
2
'
2
'
2 jxrIEU ???
???
'
2
'
2
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1 r
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0
'
21
??? ?? III
'
21
?? ? EE
)(01 mm jxrIE ??? ??
T形等效电路
分析,
1、堵转：,相当于短路；
2、空载：,相当于开路。
01,1,0 '2 ???? rs ssn
????? '21 1,0,rs ssnn
此时,很高，而 很低。
1ΦC O S2ΦC O S
#简化等效电路
与变压器的近似等效电路相同，但须引入一修正系数 C1
mx
xC 1
1 1 ?? 对于 40kW以上，可取 C1=1。
2、向量图
5-6 三相异步电动机的
功率和转矩
1r 1x '2r '2x
'
2
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mr
mx
1cup
Fep
2cup
mecP
emP
1P
1、功率平衡关系
输入功率
11111 co s ?IUmP ?
定子铜损
1
2
111 rImp cu ?
定子铁损
mFe rImp
2
01?
电磁功率
s
rImppPP
Fecuem
'
22'
2111 ????
转子铜损 '
2
2'
212
2
222 rImrImp cu ??
机械功率
'
2
2'
212
2
22
11 r
s
sImr
s
sImP
m e c
????
输出功率
02 pPppPP m e cadm e cm e c ?????
异步电动机的能流图
两个重要关系式
s
P
p
em
cu ?2 s
P
P
em
m e c ?? 1
可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为
两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分
转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗
就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机
的转差率均很小。
2、转矩平衡关系
在式 的两边同时除以
机械角速度 得,
02 pPP m e c ??
60
2 n???
?
?
?
?
?
02 pPP m e c
即,
02 TTT em ?? 02 TTT em ??
或
11)1(
)1(
?
?
??
?
?
?
? ememm e cem
P
s
PsP
T
电磁转矩
2
'
211
1 ΦΦ
2
= C O SIkpw
m
T
mw
2
'
2
' φΦ=
C O SIC
mT
3、电磁转矩,
