第八章交流电动机第八章 交流电动机
8.1 三相异步电动机的结构
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 三相异步电动机的转矩与机械特性
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 三相异步电动机的铭牌数据
8.9 三相异步电动机的选择（自学）
8.11 单相异步电动机
§
§
§
§
§
§
§
§
§
§
交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励鼠笼式交流异步电动机授课内容：
基本结构、工作原理,机械特性、控制方法电动机的分类：
Y
B
Z
X
A
C
转子定子定子绕组
（三相）
机 座转子：在旋转磁场作用下，
产生感应电动势或电流。
三相定子绕组：产生旋转磁场。
绕线式鼠笼式鼠笼转子
§ 8.1 三相异步电动机的构造三相感应电动机的定子定子 由机座、定子铁心、定子绕组组成：
1,机座,起固定和支撑定子铁心的作用，
一般用铸铁制造。
2,定子铁心,由厚 0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。
3,定子绕组,由完全相同的三个绕组组成，
空间互差 120度，可接成 Y或 Δ。
三相感应电动机的转子转子 由转子铁心和转子绕组组成：
1,转子铁心,和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。
2,转子绕组,有笼型和绕线型两种。
（ 1） 笼型绕组,导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。
（ 2） 绕线型转子,接成 星型 的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。
n
0n
e i
§ 8.2三相异步电动机的转动原理
N
S
f
磁铁闭合线圈磁极旋转 导线切割磁力线产生 感应电动势
vlBe
导线长度磁感应强度 切割速度
（右手定则）
闭合导线产生电流 i
（左手定则）
通电导线在磁场中受力
ilBf
n
0n e i
N
S
f
1,线圈跟着磁铁转 → 两者转动方向一致结论：
异步
2,线圈比磁场转得慢
0nn?
n
0n
e
i
N
S
f
由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果 n=n1，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做 异步电动机 。
三相感应电动机的转速小于磁场速度
1、旋转磁场的产生
A
Y
C B
Z
在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极
Ai Bi Ci
mI
t
0n
(?)电流出
(?)电流入
X
240s i n
120s i n
s i n
tIi
tIi
tIi
mC
mB
mA
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
1 8 0t?
X
B
Z
0n A
Y
C
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
三相感应电动机的工作原理（图解）
n
N
S
T
f
n1 f
U1
V1W1
U2
V2 W2
WVUi
t
分析规定：
电流 I 为正时，从首端流入、末端流出；
电流 I 为负时，从首端流出、末端流入。
1
旋转磁场的定性分析图解
2 3 4
N
S
5 6
U1
V1W1
U2
V2 W2
旋转磁场的连续观察
N
S N
S
N
S
旋转方向,取决于三相电流的相序。
0n 0n
改变电机的旋转方向的方法,改变相序 （换接其中两相）
Ai Bi Ci
mI
t
Ai Ci Bi
mI
t
2、旋转磁场的旋转方向方法,将与电源相接的 任意两相互换 (改变相序
)，就可实现反转。
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
3、极对数（ P）的概念
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
1?p
此种接法（ 每相绕组只有一组线圈 ）下，合成磁场只有 一对磁极,则极对数为 1。
即：
A
X
Y
C B
ZN
S
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。
形成的磁场则是 两对磁极 。
'X
'A
A
X
B
Y'B
'Y
C
Z
'C
'Z
极对数
2?p
A
'X X
'A
N
SS
N
Z
C
'Z
'C
B
Y
'B
'Y
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Ci
Bi
Ai Bi CimI
t
3、旋转磁场的 转速大小分）转 /( 600 fn?
一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360° 。则同步转速（旋转磁场的速度）为：
A
X
Y
C B
ZN
S
A
X
Y
C B
Z
N
SA
X
Y
C B
Z
S
N
0n?60
Ai Bi Ci
mI
t
X
N
S
A
S
N
Z
B
'X
'A
Y
C
'Z
'B
'C
'Y
0?t?
分）转 /( 600
p
fn?
60t?'A
0n
A
Z
'X X
C
'Z
'CS
N
S
N
30
极对数和转速的关系：
Ai Bi CimI
t
三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：
分）转 /( 600
p
fn?
2?p?180 分）转 /( 5001
1?p?360 分）转 /( 0 0 03
极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速
)50( Hzf?
0n
3?p?120 分）转 /( 0001
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?
5、转差率 的概念：
)(s
%100
0
0?
n
nn
s
异步电机运行中,
%9~%1?s
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
电动机起动瞬间,
1,0 sn
（转差率最大）
三相异步电动机的“电－磁”关系：
i2
转、定子电路
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2：漏磁通产生的漏感应电动势。
：主磁通产生的感应电动势。
e1 e2、
e? 1 e? 2、
dt
dNeeeRiu?
1111111
设：
ts in 1 mΦ? 则,tΦNu m 1111 co s
定子边：
§ 8.3 三相异步电动机的电路分析
m
mmm
ΦNf
U
UE
fΦNΦNU
11
1
11
1111
44.4
2
2
tΦNu m 1111 co s
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2
mΦNfE 222 44.4?
同理得转子边：
i2
mΦNfE 222 44.4?
2f
：转子感应电动势的频率
2N
：转子线圈匝数
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
电磁转矩 T,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?
常数每极磁通转子电流转子电路的
2c o s?
8.4.1 转矩公式
§ 8.4 三相异步电动机的转矩与机械特性
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( SXR
SE
XR
E
I
其中
2021222 22 SXLSfLfX
2021222 44.444.4 SEΦNSfΦNfE mm
转子功率因数：
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
XR
R
i2
COSψ2
I2
I2,COSψ2
1 S0
结论,转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率 S有关，
与转差率 S 的关系如右图所示。
I2,COSψ2
22 c o s?IKT mT
2
20
2
2
20
2
)( SXR
SE
I
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
mNfU 111 44.4
将其中参数代入：
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
得到 转矩公式
8.4.2 三相电动机的机械特性
)(
)(
Tfn
SfT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
根据转矩公式
T
s
10
n
0
T
n
得特性曲线：
电动机的自适应负载能力：
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
三个重要转矩：
n
0
T
n
NT
额定转矩,
电机在额定电压下，以额定转速 运行，输出额定功率 时，电机转轴上输出的转矩。
NP
Nn
( 1 )
)/(
)(
9 5 5 0
60
2 分转千瓦
N
N
N
N
N
n
P
n
P
T
（牛顿?米）
NT
nN
如果 电机将会因带不动负载而停转。 m a x
TT L?
最大转矩,( 2 )
maxT
电机带动最大负载的能力。
n
0
T
n
maxT
求解
0?
S
T
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
20
2
1m a x 2
1
X
KUT?
过载系数：
NT
T m a x
三相异步机 2.2~8.1
工作时，一定令负载转矩,否则电机将停转。致使注意：
（ 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
m a xTT L?
（ 2）
电机严重过热0?n
121)(s II
20
2
1m a x 2
1
X
KUT?
stT起动转矩,
( 3 )
电机起动时的转矩。 n
0
T
n
stT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
0?n 1)(s?其中则
2
12
20
2
2
2
)(
U
XR
R
KT st?
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。
1U
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT?
机械特性和电路参数的关系
2
1~ UT
和电压的关系
0 T
n
0
)0(
nn
s
STT
TU m a x1
结论：
和转子电阻的关系
22 'RR?
2'R
R2的 改变,
鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT?
0?ST
令：
得：
20
2
X
RS
m?
0
T
n
2R
ms
ms'
stT stT?
mm ss '?
stst TT结论：
机械特性的软硬硬特性：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机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。
§ 8.5 三相异步机的起动
stI
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
定子电流原因：起动时,转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累 电机过热影响：
三相异步机的起动方法：
（ 1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。
（ 2） 降压起动。 Y－? 起动自耦降压起动
（ 3）转子串电阻起动。
以下介绍 Y－? 起动和转子串电阻起动。
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
AZ
BY X
C
正常运行
UP A
BC
X
Y
Z 起动
UP'
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 的电机。
所以 降压起动适合于空载或轻载起动 的场合
)( 2UT ST?Y－? 起动 也时 stst TI,
。
转子串电阻起动定子
R
R
R
线绕式转子起动时将适当的 R串入转子绕组中，起动后将 R短路。
122
2
20
2
20
2
)(
IIR
XR
E
I st
转子串电阻起动的特点：
适于转子为线绕式的电动机起动。（ 1）
（ 2） R2选的 适当,转子串电阻既可以降低起动电流，
又可以增加起动力矩。
0
T
n
2'R
2R
22 'RR?
st
st
TR
XR
URK
T
2
2
20
2
2
2
12
§ 8.6 三相异步电动机的调速
p
fsnsn 1
0
6011
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：
0
T
n
2'R
2R
0
S
T 2'R
2R
22 'RR?
3,改变电源频率 (变频调速 ) 无级调速
1f
变频电源 可变11,UfHz50
p
fsnsn 1
0
6011
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）。
制动方法：
1,抱闸,加机械抱闸；
2,反接制动,停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，
以达制动的目的；
§ 8.7 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。
为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。
即切割磁力线的速度很大，造成,引起 。
2I?1I
注意：
4.发电反馈制动：
令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。
M
3~
~~~
+-
运行制动 n
F
转子
3,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；
n
F no
1,型号 Y 132M－ 4
磁极数 (极对数 p=2)
同步转速 1500转 /分分）转 /( 600
p
fn?
转差率
0,04
1500
14401500s
8.8 三相异步电动机的 铭牌数据§
2,转速,电机轴上的转速（ n)。 如,n =1440 转 /分
3,联接方式,Y/?接法：
Y 接法,?接法：
A B C
Z X Y
A B C
Z X Y
A
BC
X
Y
Z
AZ
BY
XC
A B C
X YZ接线盒：
三相异步电动机的接线方法
V2
U1
U2
V1 W1
W2
定子绕组在接线盒中布置 定子绕组的 Y型连接定子绕组的 Δ型连接
4,额定电压：定子绕组在 指定接法 下应加的 线电压,
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 ％。
线电压
AZ
BY X
C
线电压
A
BC
X
Y
Z
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。
11 IU
ΦNfU 111 44.4?
电压波动对电动机的影响
1U?Φ?1I
11 IU
s
n
nns 0
2E
202 sEE?
2I?1I
1U?n
小1U
大1U
T
n
I
Φ
5,额定电流,定子绕组在 指定接法 下的 线电流。
如：
A48.6/A2.11/
表示,三角形接法时,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,额定功率 P2：
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的 功率
（ ），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?
其中鼠笼电机
=72－ 93％
额定负载时 cos?1一般为 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。
注意：实用中应选择合适容量的电机,防止“大马”
拉“小车” 的现象。
7,功率因数 (cos?1)：
P2
PN
此外还有 绝缘等级 等参数，不一 一介绍。
cos?1
8.11 单相异步电动机§
8.4.1 单相异步电动机的工作原理结构,定子放单相绕组（其中通单相交流电）；
转子一般用鼠笼式。
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。
定子绕组产生的脉动磁场（?），可用 正、反两个旋转磁场合成而等效。即：
-ΦΦΦ
+? -
=? +? - =? mt
m?
脉动磁场的分解
④
④
⑥
⑥
⑧
⑧
②
②
-? +
③
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑤
⑤
①
①
+? -
单相异步电动机的特点,自身没有起动转矩
..,
.
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。
02?s
121 ss
1T
2T
正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩
s
起动转矩为零。
01?s
22?s
21?s
（正向）
（反向）
正转转反
1、电容分相式起动
8.11.2 单相异步电动机的起动
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
W,主绕组
ST：起动绕组
K：离心开关起动时开关 K闭合,使两绕组电流 相位差约为 90°,从而 产生旋转磁场,电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，起动绕组被切断。
21 II,
工作原理
2、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。
图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
单相电机的使用：
三相异步电动机的单相（ 缺相 ）运行：
三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样
，电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。
第八章结 束
8.1 三相异步电动机的结构
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 三相异步电动机的转矩与机械特性
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 三相异步电动机的铭牌数据
8.9 三相异步电动机的选择（自学）
8.11 单相异步电动机
§
§
§
§
§
§
§
§
§
§
交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励鼠笼式交流异步电动机授课内容：
基本结构、工作原理,机械特性、控制方法电动机的分类：
Y
B
Z
X
A
C
转子定子定子绕组
（三相）
机 座转子：在旋转磁场作用下，
产生感应电动势或电流。
三相定子绕组：产生旋转磁场。
绕线式鼠笼式鼠笼转子
§ 8.1 三相异步电动机的构造三相感应电动机的定子定子 由机座、定子铁心、定子绕组组成：
1,机座,起固定和支撑定子铁心的作用，
一般用铸铁制造。
2,定子铁心,由厚 0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。
3,定子绕组,由完全相同的三个绕组组成，
空间互差 120度，可接成 Y或 Δ。
三相感应电动机的转子转子 由转子铁心和转子绕组组成：
1,转子铁心,和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。
2,转子绕组,有笼型和绕线型两种。
（ 1） 笼型绕组,导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。
（ 2） 绕线型转子,接成 星型 的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。
n
0n
e i
§ 8.2三相异步电动机的转动原理
N
S
f
磁铁闭合线圈磁极旋转 导线切割磁力线产生 感应电动势
vlBe
导线长度磁感应强度 切割速度
（右手定则）
闭合导线产生电流 i
（左手定则）
通电导线在磁场中受力
ilBf
n
0n e i
N
S
f
1,线圈跟着磁铁转 → 两者转动方向一致结论：
异步
2,线圈比磁场转得慢
0nn?
n
0n
e
i
N
S
f
由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果 n=n1，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做 异步电动机 。
三相感应电动机的转速小于磁场速度
1、旋转磁场的产生
A
Y
C B
Z
在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极
Ai Bi Ci
mI
t
0n
(?)电流出
(?)电流入
X
240s i n
120s i n
s i n
tIi
tIi
tIi
mC
mB
mA
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
1 8 0t?
X
B
Z
0n A
Y
C
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
三相感应电动机的工作原理（图解）
n
N
S
T
f
n1 f
U1
V1W1
U2
V2 W2
WVUi
t
分析规定：
电流 I 为正时，从首端流入、末端流出；
电流 I 为负时，从首端流出、末端流入。
1
旋转磁场的定性分析图解
2 3 4
N
S
5 6
U1
V1W1
U2
V2 W2
旋转磁场的连续观察
N
S N
S
N
S
旋转方向,取决于三相电流的相序。
0n 0n
改变电机的旋转方向的方法,改变相序 （换接其中两相）
Ai Bi Ci
mI
t
Ai Ci Bi
mI
t
2、旋转磁场的旋转方向方法,将与电源相接的 任意两相互换 (改变相序
)，就可实现反转。
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
3、极对数（ P）的概念
Bi
A
X
B
Y
C
Z
Ai
Ci
1?p
此种接法（ 每相绕组只有一组线圈 ）下，合成磁场只有 一对磁极,则极对数为 1。
即：
A
X
Y
C B
ZN
S
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。
形成的磁场则是 两对磁极 。
'X
'A
A
X
B
Y'B
'Y
C
Z
'C
'Z
极对数
2?p
A
'X X
'A
N
SS
N
Z
C
'Z
'C
B
Y
'B
'Y
C' Y'
A
BC
X
YZ
A'
X'
B'
Z'
Ai
Ci
Bi
Ai Bi CimI
t
3、旋转磁场的 转速大小分）转 /( 600 fn?
一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360° 。则同步转速（旋转磁场的速度）为：
A
X
Y
C B
ZN
S
A
X
Y
C B
Z
N
SA
X
Y
C B
Z
S
N
0n?60
Ai Bi Ci
mI
t
X
N
S
A
S
N
Z
B
'X
'A
Y
C
'Z
'B
'C
'Y
0?t?
分）转 /( 600
p
fn?
60t?'A
0n
A
Z
'X X
C
'Z
'CS
N
S
N
30
极对数和转速的关系：
Ai Bi CimI
t
三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：
分）转 /( 600
p
fn?
2?p?180 分）转 /( 5001
1?p?360 分）转 /( 0 0 03
极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速
)50( Hzf?
0n
3?p?120 分）转 /( 0001
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?
5、转差率 的概念：
)(s
%100
0
0?
n
nn
s
异步电机运行中,
%9~%1?s
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
电动机起动瞬间,
1,0 sn
（转差率最大）
三相异步电动机的“电－磁”关系：
i2
转、定子电路
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2：漏磁通产生的漏感应电动势。
：主磁通产生的感应电动势。
e1 e2、
e? 1 e? 2、
dt
dNeeeRiu?
1111111
设：
ts in 1 mΦ? 则,tΦNu m 1111 co s
定子边：
§ 8.3 三相异步电动机的电路分析
m
mmm
ΦNf
U
UE
fΦNΦNU
11
1
11
1111
44.4
2
2
tΦNu m 1111 co s
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2
mΦNfE 222 44.4?
同理得转子边：
i2
mΦNfE 222 44.4?
2f
：转子感应电动势的频率
2N
：转子线圈匝数
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
电磁转矩 T,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?
常数每极磁通转子电流转子电路的
2c o s?
8.4.1 转矩公式
§ 8.4 三相异步电动机的转矩与机械特性
R1
R2
i1
u1 e1e
1
e2
e? 2
2
20
2
2
20
2
2
2
2
2
2
)( SXR
SE
XR
E
I
其中
2021222 22 SXLSfLfX
2021222 44.444.4 SEΦNSfΦNfE mm
转子功率因数：
2
20
2
2
2
2
2
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
XR
R
i2
COSψ2
I2
I2,COSψ2
1 S0
结论,转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率 S有关，
与转差率 S 的关系如右图所示。
I2,COSψ2
22 c o s?IKT mT
2
20
2
2
20
2
)( SXR
SE
I
2
20
2
2
2
2
)(
c o s
SXR
R
mNfU 111 44.4
将其中参数代入：
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
得到 转矩公式
8.4.2 三相电动机的机械特性
)(
)(
Tfn
SfT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
根据转矩公式
T
s
10
n
0
T
n
得特性曲线：
电动机的自适应负载能力：
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
三个重要转矩：
n
0
T
n
NT
额定转矩,
电机在额定电压下，以额定转速 运行，输出额定功率 时，电机转轴上输出的转矩。
NP
Nn
( 1 )
)/(
)(
9 5 5 0
60
2 分转千瓦
N
N
N
N
N
n
P
n
P
T
（牛顿?米）
NT
nN
如果 电机将会因带不动负载而停转。 m a x
TT L?
最大转矩,( 2 )
maxT
电机带动最大负载的能力。
n
0
T
n
maxT
求解
0?
S
T
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
20
2
1m a x 2
1
X
KUT?
过载系数：
NT
T m a x
三相异步机 2.2~8.1
工作时，一定令负载转矩,否则电机将停转。致使注意：
（ 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
m a xTT L?
（ 2）
电机严重过热0?n
121)(s II
20
2
1m a x 2
1
X
KUT?
stT起动转矩,
( 3 )
电机起动时的转矩。 n
0
T
n
stT
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sR
KT?
0?n 1)(s?其中则
2
12
20
2
2
2
)(
U
XR
R
KT st?
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。
1U
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT?
机械特性和电路参数的关系
2
1~ UT
和电压的关系
0 T
n
0
)0(
nn
s
STT
TU m a x1
结论：
和转子电阻的关系
22 'RR?
2'R
R2的 改变,
鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。
2
12
20
2
2
2
)(
U
sXR
sRKT?
0?ST
令：
得：
20
2
X
RS
m?
0
T
n
2R
ms
ms'
stT stT?
mm ss '?
stst TT结论：
机械特性的软硬硬特性：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机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。
§ 8.5 三相异步机的起动
stI
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
定子电流原因：起动时,转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累 电机过热影响：
三相异步机的起动方法：
（ 1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。
（ 2） 降压起动。 Y－? 起动自耦降压起动
（ 3）转子串电阻起动。
以下介绍 Y－? 起动和转子串电阻起动。
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
AZ
BY X
C
正常运行
UP A
BC
X
Y
Z 起动
UP'
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 的电机。
所以 降压起动适合于空载或轻载起动 的场合
)( 2UT ST?Y－? 起动 也时 stst TI,
。
转子串电阻起动定子
R
R
R
线绕式转子起动时将适当的 R串入转子绕组中，起动后将 R短路。
122
2
20
2
20
2
)(
IIR
XR
E
I st
转子串电阻起动的特点：
适于转子为线绕式的电动机起动。（ 1）
（ 2） R2选的 适当,转子串电阻既可以降低起动电流，
又可以增加起动力矩。
0
T
n
2'R
2R
22 'RR?
st
st
TR
XR
URK
T
2
2
20
2
2
2
12
§ 8.6 三相异步电动机的调速
p
fsnsn 1
0
6011
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：
0
T
n
2'R
2R
0
S
T 2'R
2R
22 'RR?
3,改变电源频率 (变频调速 ) 无级调速
1f
变频电源 可变11,UfHz50
p
fsnsn 1
0
6011
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）。
制动方法：
1,抱闸,加机械抱闸；
2,反接制动,停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，
以达制动的目的；
§ 8.7 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。
为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。
即切割磁力线的速度很大，造成,引起 。
2I?1I
注意：
4.发电反馈制动：
令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。
M
3~
~~~
+-
运行制动 n
F
转子
3,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；
n
F no
1,型号 Y 132M－ 4
磁极数 (极对数 p=2)
同步转速 1500转 /分分）转 /( 600
p
fn?
转差率
0,04
1500
14401500s
8.8 三相异步电动机的 铭牌数据§
2,转速,电机轴上的转速（ n)。 如,n =1440 转 /分
3,联接方式,Y/?接法：
Y 接法,?接法：
A B C
Z X Y
A B C
Z X Y
A
BC
X
Y
Z
AZ
BY
XC
A B C
X YZ接线盒：
三相异步电动机的接线方法
V2
U1
U2
V1 W1
W2
定子绕组在接线盒中布置 定子绕组的 Y型连接定子绕组的 Δ型连接
4,额定电压：定子绕组在 指定接法 下应加的 线电压,
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 ％。
线电压
AZ
BY X
C
线电压
A
BC
X
Y
Z
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。
11 IU
ΦNfU 111 44.4?
电压波动对电动机的影响
1U?Φ?1I
11 IU
s
n
nns 0
2E
202 sEE?
2I?1I
1U?n
小1U
大1U
T
n
I
Φ
5,额定电流,定子绕组在 指定接法 下的 线电流。
如：
A48.6/A2.11/
表示,三角形接法时,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,额定功率 P2：
额定功率指电机在额定运行时轴上输出的 功率
（ ），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?
其中鼠笼电机
=72－ 93％
额定负载时 cos?1一般为 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。
注意：实用中应选择合适容量的电机,防止“大马”
拉“小车” 的现象。
7,功率因数 (cos?1)：
P2
PN
此外还有 绝缘等级 等参数，不一 一介绍。
cos?1
8.11 单相异步电动机§
8.4.1 单相异步电动机的工作原理结构,定子放单相绕组（其中通单相交流电）；
转子一般用鼠笼式。
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。
定子绕组产生的脉动磁场（?），可用 正、反两个旋转磁场合成而等效。即：
-ΦΦΦ
+? -
=? +? - =? mt
m?
脉动磁场的分解
④
④
⑥
⑥
⑧
⑧
②
②
-? +
③
③
⑦
⑦
⑨
⑨
⑤
⑤
①
①
+? -
单相异步电动机的特点,自身没有起动转矩
..,
.
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。
02?s
121 ss
1T
2T
正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩
s
起动转矩为零。
01?s
22?s
21?s
（正向）
（反向）
正转转反
1、电容分相式起动
8.11.2 单相异步电动机的起动
~
K
DU?
1I?
2I?
C
W
ST
W,主绕组
ST：起动绕组
K：离心开关起动时开关 K闭合,使两绕组电流 相位差约为 90°,从而 产生旋转磁场,电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，起动绕组被切断。
21 II,
工作原理
2、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。
图中电机的转动方向：瞬时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。
单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。
单相电机的使用：
三相异步电动机的单相（ 缺相 ）运行：
三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样
，电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。
第八章结 束
