第五章交流电动机的工作原理及特性共61页
第5章交流电动机的工作原理及特性
电动势e1。
☞ 设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2，图
5.19所示是三相异步电动机的一相电路图。
☞ 旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的 分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转 时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦 规律变化的，即：
m sin t
转子电路的功率因数cosφ2、转子绕组的感抗X2。
☞ 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为：
e2
N2
d
dt
其有效值为 ： E2 4.44 f2N2 4.44SfN2
式中，f2为转子电动势e2或转子电流i2相对于旋转
磁场的频率。
重点
☞ 因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n。
☞ 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P.52图5.7所示。
定子绕组与转子绕组
转子绕组
A+
定子绕组
+Z Y
+B
CX
设：电流的流入端用 + 表示 电流的流出端用 • 表示
iB Im sin(
t 2 )
3
iC Im sin(
t 4 )
3
（1）t =0 时
☞ iA=0； ☞ 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5.9（a）箭头所示。
（2）J02-21-4，功率1.1kW，连接方法，电压 380V，电流6.27A，转速1410 r/min， 功率因数0.79。
交流电动机的工作原理及特性
交流电动机的工作原理及特性一、工作原理：交流电动机的工作原理基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力定律。
当直流电通过一对线圈时，该线圈产生一个恒定的磁场，而根据法拉第电磁感应定律，当有导体运动在磁场中时，导体内部会产生电动势。
利用这一原理，交流电动机在电动机定子内放置线圈，称为“定子绕组”，同时在电动机转子上绕上线圈，称为“转子绕组”。
1.启动阶段：当电流通过定子绕组时，该绕组产生一个旋转磁场，引起转子绕组中的电流。
由于转子上的线圈与定子绕组的磁场互相作用，形成转子上的电磁力，从而使转子开始转动。
2.运行阶段：一旦转子开始旋转，电动机将进入运行阶段。
在这个阶段，定子绕组的磁场将持续转动，而转子绕组的电流将继续随着旋转的磁场作用毛糙转子旋转。
由于交流电流的不断变化，电动机将保持连续的旋转运动。
3.停止阶段：当电源关闭时，定子绕组的电流将停止，并且定子的磁场也会逐渐消失。
由于缺乏动力，转子将停止旋转。
二、特性：1.转速控制范围广：对于交流电动机而言，可以通过调整电源的频率来实现转速的控制。
通过改变电源的频率，可以改变旋转磁场的频率，从而调整电动机的转速。
这使得交流电动机在许多应用中具有灵活的转速控制能力。
2.启动和停止平稳：交流电动机的启动和停止过程非常平稳。
相比之下，直流电动机的启动和停止过程可能会产生较大的冲击和震荡。
这使得交流电动机非常适合对运动平稳性要求较高的应用。
3.维护成本低：交流电动机的维护要求相对较低。
由于没有刷子和对电动机结构的摩擦，交流电动机的故障率较低。
此外，交流电动机没有需要定期更换的刷子，使得维护成本较低。
4.效率较高：交流电动机具有较高的效率。
交流电动机的功率因数通常大于0.9，而功率因数越高，电动机的效率越高。
这使得交流电动机在能量转换时具有更高的效率，降低能源消耗。
5.成本相对较低：与直流电动机相比，交流电动机的成本相对较低。
这是因为交流电动机的设计和制造过程相对简单，没有直流电动机复杂的结构和零部件。
交流电动机及特性
交流电动机在启动时会产生较大的启动电流，可 能对电网造成冲击。
交流电动机与直流电动机的比较
电源要求
控制性能
维护成本
交流电动机需要交流电源， 而直流电动机需要直流电源。
直流电动机的控制性能较好， 可以精确地控制速度和方向， 而交流电动机的控制性能相 对较差。
交流电动机结构简单，维护 成本较低，而直流电动机的 维护成本相对较高。
交流电动机可以通过反接电源等 方式实现快速制动，制动性能较 好。
交流电动机适应各种不同的工况 和环境条件，如高温、低温、潮 湿、腐蚀等。
04
交流电动机的优缺点
交流电动机的优点
结构简单
交流电动机的构造相对简单， 维护方便，降低了生产和维修
成本。
效率高
交流电动机的效率较高，能够 有效地转换电能，减少ห้องสมุดไป่ตู้源浪 费。
应用范围
交流电动机广泛应用于工业、 商业和家庭等领域，而直流 电动机主要用于特定的领域， 如汽车、电子设备等。
05
交流电动机的发展趋势与未 来展望
高效节能技术的推广应用
高效电机
随着节能减排需求的增加，高效电机 已成为交流电动机的发展趋势。高效 电机能够降低能耗、减少排放，提高 能源利用效率。
节能控制系统
交流电动机的分类
异步电动机
转子的转速与旋转磁场的转速不 同步，通常用于工业和商业应用 。
同步电动机
转子的转速与旋转磁场的转速相 同，通常用于高精度控制应用。
交流电动机的应用领域
工业自动化
电力机车和地铁
家用电器
电力系统
用于驱动各种工业设备 和生产线，如泵、风机、
传送带等。
用于驱动列车和地铁车 辆。
机电传动控制重点内容总结
机电传动控制重点内容总结概述机电传动控制的目的与任务机电系统的组成电力拖动电气控制系统机械机电传动控制的任务将电能转换为机械能实现生产机械的启动、停止以及速度的调节完成各种生产工艺过程的要求保证生产过程的正常进行机电传动控制的目的第二章机电传动系统的运动学基础单轴拖动系统的运动方程式单轴拖动系统的运动方程式TM TL J d 2 dn J dt 60 dt 转动惯量和飞轮转矩的折算几种常见的负载特性恒转矩负载，离心式通风机型负载，直线型负载恒功率负载机电系统稳定运行的条件和判定方法第三章直流电机的工作原理及特性直流电机的基本结构和工作原理基本结构定子转子换向器工作原理发电机原理电动机原理电动势的大小和方向电磁转矩的大小和方向E K e nTM K m I a 直流他励电动机的机械特性机械特性的一般形式Ra U n Ia K e K e Ra U n T 2 K e K e K M 固有机械特性人为机械特性Ra U n T 2 K e K e K MU E I a RaP T 9.55 n PE K e n TM K m I a直流他励电动机的启动特性电动机固有的启动特性启动电流大启动转矩大启动方法电枢串电阻启动的方法启动电阻的选择直流他励电动机的调速特性调速方法特点电枢串电阻恒转矩调速特性电枢外加电压恒功率调速特性励磁磁通直流他励电动机的制动特性反馈制动产生的原因、制动过程与特点反接制动产生的原因、制动过程与特点能耗制动作用与特点第四章过渡过程过渡过程分析机电时间常数加快过渡过程的方法第五章交流电动机的工作原理及特性三相交流电动机的基本结构和工作原理基本结构定子转子工作原理旋转磁场的旋转速度旋转磁场的旋转方向转子的旋转速度三相交流电动机的额定参数定子绕组的连接方法额定参数连接方法的选用60 f n0 pn0 n S n0三相交流电动机的转矩特性与机械特性60 f n0 p S R2 n0 nm m X n0 20 U2 Tmax K 2 X 20 R2U 2 Tst K 2 2 R2 X 20 T max TN K 1 / f , X f 20三相交流电动机的启动、制动和调速特性固有启动特性启动方法调速方法与特点制动方法与特性单相交流电动机结构特点启动方法同步交流电动机结构特点特性启动方法第六章控制电机交直流伺服电机的工作原理如何消除自传现象第八章继电器接触器控制系统常用电器工作原理与使用场合接触器热继电器电流继电器电压继电器熔断器基本电路的分析与设计按钮、行程开关等继电器接触器电路的组成常用电动机控制电路按时间原则控制的电路按行程原则控制的电路按电流原则控制的电路按速度原则控制的电路各种保护第十三章步进电动机控制系统步进电动机的结构与工作原理齿数、相数通电方式步距角主要特性第十四章电机的选择电机容量的选择原则电机的发热和冷却不同工作制下电机容量的选择等效功率，力矩的折算电机种类，电压，转速，结构的选择。
《机电传动控制》第五版课后习题答案
第3章直流电机的工作原理及特性习题3.1 为什么直流电机的转子要用表面有绝缘层的硅钢片叠压而成？答案：直流电动机工作时，（1）电枢绕组中流过交变电流，它产生的磁通当然是交变的。
这个（2）变化的磁通在铁芯中产生感应电流。
铁芯中产生的感应电流，在（3）垂直于磁通方向的平面内环流，所以叫涡流。
涡流损耗会使铁芯发热。
为了减小这种涡流损耗，电枢铁芯采用彼此绝缘的硅钢片叠压而成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以（4）增大涡流通路上的电阻，从而起到（5）减小涡流的作用。
如果没有绝缘层，会使整个电枢铁芯成为一体，涡流将增大，使铁芯发热。
因此，如果没有绝缘，就起不到削减涡流的作用。
习题3.4 一台他励直流电动机在稳态下运行时，电枢反电势E ＝E1，如负载转矩TL ＝常数，外加电压和电枢电路中的电阻均不变，问减弱励磁使转速上升到新的稳定值后，电枢反电势将如何变化？是大于、小于还是等于E1？答案：∵当电动机再次达到稳定状态后，输出转矩仍等于负载转矩，即输出转矩T ＝T L ＝常200aae e ae m ae m e e R U n I K K R U n E K n T K I n n n K K K U T K =Φ=−ΦΦ=∴=Φ−Φ∴−∆=Φ=ΦQ Q 又当T=0a aU E I R =+数。
又根据公式（3.2）， T ＝K t ФI a 。
∵励磁磁通Ф减小，T 、K t 不变。
∴电枢电流I a 增大。
再根据公式（3.11），U ＝E ＋I a ·R a 。
∴E=U －I a ·R a 。
又∵U 、R a 不变，I a 增大。
∴E 减小即减弱励磁到达稳定后，电动机反电势将小于E 1。
习题3.8 一台他励直流电动机的铭牌数据为：P N ＝5.5KW ，U N ＝110V ，I N ＝62A ，n N ＝1000r/min ，试绘出它的固有机械特性曲线。
（1）第一步，求出n 0 （2）第二步，求出（T N ，n N ）答案：根据公式（3.15），（1-1）Ra ＝（0.50~0.75）(N N N I U P −1)NN I U我们取Ra ＝0.7(N N N I U P −1)NN I U， 计算可得，Ra ＝0.24 Ω 再根据公式（3.16）得，（1-2） Ke ФN ＝（U N －I N Ra ）/n N =0.095 又根据（1-3） n 0＝U N /（Ke ФN ），计算可得，n 0＝1158 r/min 根据公式（3.17），（2-1） T N ＝9.55NNn P ， 计算可得，T N ＝52.525 N ·M 根据上述参数，绘制电动机固有机械特性曲线如下：3.10一台他励直流电动机的技术数据如下：P N =6.5KW ，U N =220V ， IN=34.4A ， n N =1500r/min ， R a =0.242Ω，试计算出此电动机的如下特性：①固有机械特性；②电枢附加电阻分别为3Ω和5Ω时的人为机械特性；③电枢电压为U N /2时的人为机械特性； ④磁通φ=0.8φN 时的人为机械特性；并绘出上述特性的图形。
交流电动机工作原理及特性
交流电动机工作原理及特性交流电动机是一种将电能转换为机械能的电动机。
它是通过交流电源供电，并且运行时由于电磁原理产生了旋转的磁场，从而实现了电能和机械能之间的转换。
交流电动机可分为感应电动机和同步电动机两种类型，下面将分别介绍这两种交流电动机的工作原理和特性。
首先是感应电动机。
感应电动机是一种广泛应用的交流电动机，它的工作原理基于法拉第电磁感应定律。
感应电动机的主要构成部分有定子、转子和绕组。
由于感应电动机是基于电磁感应原理工作的，所以在定子中加入的绕组称为励磁绕组，而导致转子产生电流的感应电动势称为感应电势。
当感应电机通电后，励磁绕组产生磁场，引起转子中感应电动势，从而导致转子中产生电流。
根据洛伦兹力定理，转子中的电流受到磁场的作用力，从而引起转子旋转，完成了能量转换。
感应电动机具有以下特性：1.高效率：感应电动机由于工作过程中没有电刷和电火花产生，因此转化效率较高。
在合适的负载下，感应电机的效率可以达到90%以上。
2.动态响应快：感应电动机的转子质量较轻，可以快速运转，对负载的变化可以有较快的响应。
3.负载适应性强：感应电动机对负载变化的适应性较强，可以在一定范围内改变负载时的输出功率和速度。
4.成本较低：感应电机的制造成本较低，维修和维护也比较方便。
5.转速稳定：感应电动机的转速随着负载的变化而变化较小，具有较好的转速稳定性。
6.占用空间小：感应电动机的体积较小，安装方便，适用于各种场合。
接下来是同步电动机。
同步电动机是另一种常见的交流电动机，它的主要特点是转子的转速始终与电源频率同步。
同步电动机的主要构成部分有定子和转子。
当同步电机通电后，定子绕组中产生磁场，而转子中的绕组则由外部直流电源供电。
根据磁场的相互作用，定子的磁场和转子的磁场会发生磁相位差，从而产生力矩。
这个力矩使得转子始终与电源的磁场同步转动。
同步电动机具有以下特性：1.与电源同步：同步电动机始终与电源的频率同步转动，转速非常稳定。
机电传动控制复习总结
(3)如果要使启动电流不超过额定电流的两倍，求启 动电阻为多少欧？此时启动转矩又有多大？
第四章 机电传动系统的过渡过程
1.加快过渡过程的方法
减小系统的飞轮转矩 增加动态转矩
2. 了解过渡过程产生的原因
1）机械惯性：反映在J或GD2上，使转速n不能突变； 2) 电磁惯性： 反映在电枢回路电感和励磁绕组电感上，
解:合上开关S---(KM),油泵运转提供润滑油; S----(1KT)1KT延时时间即设定的供油时间;
----1KT延时时间到,其触点闭合 -----(2KT)2KT延时断开的动断触点仍保持闭合,其延时 时间即停止供油时间
-----(K)并自锁,K的动断触点断开,使[KM] ,油泵停止供 油.2KT延时时间到,其触点断开 ----[K],K的动断触点恢复 -----(KM)又开始了下一个循环. S为控制自动间歇供油的开关; SB为手动控制供油的开关.
答：四级电动机磁极对数p=2
60 f 60 50 n0 p 2 1500r / min n 60 f (1 s) 1500 (1 0.02) 1470r / min
p
f2 sf1 0.02 50 1Hz
5.6 有一台三相异步电动机，其技术数据如下表所示。
变极调速，变转差率调速和变频调速
5.三相鼠笼式异步电动机的制动方式有（ ），（ ）和（ ）
反馈制动，反接制动和能耗制动
6.单相异步电动机为什么没有启动转矩？常采用哪些启动方法？ 因单相交流电产生脉动磁场，不产生旋转磁场， 所以起动转矩为0，常采用电容分相式和罩极式两种启动方法。
课后习题讲解：
5.1有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50Hz，满 载时电动机的转差率为0.02，求电动机的同步转速、转子转 速和转子电流频率。
电动机 工作原理
电动机工作原理
电动机是一种将电能转化为机械能的装置。
它的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力的作用。
电动机主要由定子和转子组成。
定子是固定不动的部分，通常由一组线圈或导体组成。
转子则是可以旋转的部分，通常由一组磁体组成。
当电流通过定子的线圈时，会在定子产生一个磁场。
根据安培环路定理，这个磁场会沿着线圈形成闭合的磁力线。
同时，定子磁场的方向与电流的方向有关。
当转子中的磁体进入定子磁场中时，由于磁力线的相互作用，转子会受到一个力矩，使其产生旋转运动。
具体来说，根据洛伦兹力的原理，当有导体运动穿过磁场时，导体中的自由电子会受到磁力的作用，从而产生一个方向垂直于磁场和运动方向的力。
这个力将导致转子开始旋转。
为了保持转子的运动，电动机通常采用交流或直流电源提供电流。
在交流电机中，电流的方向会周期性变化，从而使转子产生连续的旋转运动。
而在直流电机中，通常使用电刷和换向器来改变电流的方向，使转子能够持续地旋转。
除了定子和转子，电动机还包括一些其他的元件，如定位器和轴承，用于保持和控制转子的运动。
总而言之，电动机通过电磁感应和洛伦兹力的作用，将电能转
化为机械能。
它的工作原理基于电流通过线圈产生磁场，磁场与磁体相互作用产生力矩，从而使转子产生旋转运动。
交流电机工作原理及应用
交流电机工作原理及应用
交流电机的工作原理是基于法拉第电磁感应定律和洛伦兹力的相互作用。
当通电导线置于磁场中时，由于电流通过导线而产生的磁场与外部磁场相互作用，导致导线受到一个力的作用。
这个力称为洛伦兹力，它的方向与磁场、电流以及导线间的关系有关。
在交流电机中，由于电流的方向随着时间而改变，洛伦兹力也随之改变。
交流电机由定子和转子两部分组成。
定子是不动的部分，由铜线圈绕成。
当通过定子的线圈通电时，会在定子产生一个旋转磁场。
转子是可转动的部分，常为一个铁心。
当旋转磁场与转子的磁场相互作用时，由于洛伦兹力的作用，在转子上产生一个力矩，使其转动。
交流电机的应用非常广泛。
家用电器、工业机械、交通工具等众多领域中都有交流电机的应用。
家用电器如洗衣机、空调、电风扇等常常采用交流电机作为驱动装置。
工业机械中的风机、泵、压缩机等也大量使用交流电机。
交通工具如电动汽车、列车等的驱动系统中也离不开交流电机。
此外，交流电机还广泛应用于发电机、传动装置、机床等领域。
总的来说，交流电机通过利用电流与磁场的相互作用产生的力矩实现机械转动。
其原理简单、结构紧凑、效率高，因此在各个领域都有广泛的应用。
第五章 交流电动机的工作原理及特性 -5
三、 改变磁极对数调速
在生产中有大量的生产机械，它们并不需要连续平滑调速， 只需要几种特定的转速就可以了．而且对启动性能没有高的要 求，一般只在空载或轻载下启动，在这种情况用变极对数调速 的多速鼠笼式异步电动机是合理的。 根据式(4．5)，同步转速 n0 与极对数 p 成反比、故改变极对 数 p 即可改变电动机的转速。
(4.5)
根据式(4．5)，同步转速 n0 与极对数 p 成反比、故改变极对 数 p 即可改变电动机的转速。 (5.5)（P54）
极数： 2 p 4
极数： 2 p 2
根据式(4．5)，同步转速 n0 与极对数 p 成反比、故改变极对 数 p 即可改变电动机的转速。
(4.5)
复习:极对数概念(P52-P55)
复习:极对数概念
复习:极对数概念(续) 图5．22 产生四极 旋转磁场的定子绕 组 (a) 嵌放情况 (b) 接线图
复习:极对数概念(续)
图5．22 产生 四极旋转磁场 的定子绕组
以单绕组 双速电机为例， 对变极调速的 原理进行分析： 如图5．39所 示，单绕组双速 电动机的定子每 相绕组由两个相 等圈数的“半绕 组”组成。图(a) 中两个“半绕组” 串联，其电流方 向相同；
1.基本要求:
不计定子漏抗时,U1≈4.44f1N1Kw1Φm,变频调速时,希望Φm保持基本不变,最大 转矩不变. ①恒转矩调速时:U1/f1=常数.此时,U1≤U1N,f1≤fN,调频率时成比例调电源电压,Φm不 变．
②恒功率调速时，U=常数，f1＞fN，Φm减小．
２．电力电子变频器． 电力电子变频分为“交－－－交”和“交－－－直－－－交”两 大类．“交－－－直－－－交”变压变频器，先将工频交流电源通 过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流， 如图5-46 所示．
交流电动机工作原理及特性
交流电动机工作原理及特性交流电动机是一种将电能转变为机械能的装置。
它广泛应用于各种机械设备中，如电动机、风机、泵、压缩机等。
交流电动机有着较高的效率、可靠性和适应性，是现代工业中不可或缺的重要设备之一、下面将详细介绍交流电动机的工作原理和特性。
一、交流电动机的工作原理交流电动机的工作原理基于电磁感应现象和洛伦兹力的作用。
当通有交流电源的线圈与磁场相互作用时，会产生一个旋转磁场。
该旋转磁场会通过相邻的线圈，使线圈中的电流随时间变化，从而形成一个匀速旋转的磁场。
根据洛伦兹力的作用，当通有电流的线圈置于磁场中时，线圈将受到一个力的作用，使其产生转动。
这就是交流电动机的基本工作原理。
具体来说，交流电动机是由转子和定子组成的。
定子是固定不动的部分，通常由若干个线圈和磁铁组成。
转子则位于定子内部并可以自由旋转。
当通电时，定子线圈中产生的旋转磁场会作用于转子，使其旋转。
利用这种转动力矩，交流电动机可以驱动各种机械设备的运转。
二、交流电动机的特性1.启动特性：交流电动机的启动过程较为复杂。
在启动瞬间，由于转子静止，无法感应到旋转磁场。
因此，为了使电动机正常启动，需要一种启动装置，如电容器启动器或双值电容器启动器。
这些启动装置能够为电动机提供启动转矩，促使电动机正常工作。
2.转矩特性：交流电动机的转矩与其电流和转速之间的关系相当复杂。
通常情况下，转矩与电流成正比，与转速成反比。
当转子静止时，电动机可以提供较大的启动转矩。
随着转子逐渐加速，转矩逐渐减小。
当电动机达到额定转速后，转矩将变为恒定电磁转矩。
在额定转速以上，转矩逐渐下降。
3.效率特性：交流电动机的效率较高，通常在75%至95%之间。
效率与负载有关，负载越大，效率越低。
在额定负载下工作时，电动机的效率最高。
4.速度特性：交流电动机的转速与供电频率和极数之间有直接关系。
通常情况下，随着供电频率的增加，转速也会增加。
例如，当电压和频率降低时，转速也会相应减小。
此外，电动机的负载也会影响转速。
交流电动机的工作原理及特性
难点
定子旋转磁场与转子运动的相对性。 电动机的制动过程。
机
第五章 交流电动机的工作原理及特性
电 传
动
概述
控 制
交流电动机的类型:
三相鼠笼式 异步电动机
三相异步 三相特殊鼠笼式 三相双鼠笼式
电动机 异步电动机
异步电动机
交 流
异步 电动机
三相绕线式 异步电动机
三相深槽式 异步电动机
电
单相异步电动机
三相高转差率
电 传
动
5.1 三相异步电动机的结构和工作原理
控 制
一. 三相异步电动机的基本结构
鼠笼型转子绕组
机
第五章 交流电动机的工作原理及特性
电 传
动
5.1 三相异步电动机的结构和工作原理
控 制
一. 三相异步电动机的基本结构
绕线式转子绕组
形式与定子绕组
基本相同；
3个绕组的末端
连接在一起构成
星形连接；
3个始端连接在
一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。
交流电动机的优缺点:
结构简单，制造、使用和维护方便，
运行可靠，成本低，效率高。
但是，功率因数低、起动和调速性能差。
机
第五章 交流电动机的工作原理及特性
电 传
概 述 三相异步电动机的额定值
动
控 制
额定电压 U N (kV或V )
额定运行状态时加在 定子绕组上的线电压.
3个铜滑环上；
绕线式异步电机 定子转子绕组接线方式
电刷引出线连接 起动调速变阻器。
机
第五章 交流电动机的工作原理及特性
电 传
动
5.1 三相异步电动机的结构和工作原理
电机的工作原理及特性
电机的工作原理及特性电机是一种将电能转化为机械能的装置，它通过电流在导线中产生的磁场与外部磁场相互作用，从而实现转动。
电机的工作原理主要基于安培力和楞次定律。
根据安培力定律，当导体通电时，在导体上会产生感应磁场，而磁场与电流之间的关系由楞次定律决定。
根据楞次定律，感应磁场的方向与导体内电流方向以及磁场之间的关系是相互作用的。
当导体中的电流与磁场相互作用时，会产生一个力矩，通过这个力矩就能带动电机的旋转。
电动机可以根据其工作原理分为直流电动机和交流电动机两大类。
直流电动机的工作原理是基于直流电流通过电枢线圈产生磁场，通过刷子与换向器使电流方向反向，从而改变电枢线圈上的磁极，产生一个旋转力矩。
直流电动机通常由电枢、磁极和电刷以及换向器组成。
电枢是由绕组绕成的，放在固定的磁极上，而刷子则用来与电枢的接触，换向器则用于改变电流的方向。
交流电动机的工作原理是基于交流电通过定子上的绕组产生交变磁场，而旋转的转子会在磁场作用下产生力矩。
交流电动机通常由定子和转子组成。
定子上的绕组通常被称为“电枢”或“感应线圈”，而转子上的绕组则被称为“励磁线圈”或“转子绕组”。
电动机的特性主要包括转速、转矩和效率。
转速是指电动机旋转的速度，通常以每分钟转数（RPM）为单位。
转速可以通过改变电源电压或电动机的机械负载来调节。
转矩是指电动机提供的旋转力矩，通常以牛顿米（Nm）为单位。
转矩取决于电动机的设计和电源电压。
效率是指电动机将输入电能转化为机械能的比例，通常以百分比表示。
电动机的效率取决于损耗的大小，其中包括电阻损耗、转子绕组电流损耗、机械损耗等。
除了以上的特性外，电动机还具有启动、制动、定位、调速等功能。
电动机的启动通常需要提供一个较大的启动转矩，而制动则需要提供一个可控制的制动转矩。
定位和调速通常通过改变输入电压来实现。
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采用频敏变阻器来启动三相异步电动机
优点：具有自动平滑调节启动电流和启动转矩的 特性。且结构简单，运行可靠，无须经常维修。
缺点：功率因数低，启动转矩的增大受到限制，
不能作调速电阻用。
38
5.5 三相异步电动机调速特性
nn0(1S)6P 0f(1S)
改变P、S（U R）F都可以实现调速。
1、调压调速
当电机为三角形联结时：1-6、2-4、3-5 点封接，同时外接电源。
15
5.2 三相异步电动机的定子和转子
把电动机的电磁关系同变压器类似。
设定子和转
R1
子每相绕组匝数 为N1和N2，旋转 磁场的磁感应强
u1
i1 e1
e 1
i2
e2
e 2 R2
度近于正弦分布。
定、转子电路
16
一、定子电路分析：
Im
X
t
()电流入
6
iA
iC C iB
A
ZX Y B
Y
t 0
C
iA iB iC
Im t
A
NZ
B
S
X
合成磁场方向：
向下
7
同理分析，可得
其它电流角度下 的磁场方向：
Im
iA iB iC
t
n 0 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
t60
n0
A
Y
Z
n0
A
Y
Z
C
B
X
t 120
C
B
X
t 180 8
2
2
2
2
2
20
20
5.3三相异步电动机的转矩与机械特性
二、机械特性 Tfs
由上式得到：
nfT
T
K
SR2 U2
R22 SX20 2
21
1、固有 特性曲线
分析四个特 殊点的情况， 并进行讨论。 理想空载点： T=0 S=0 N=N0
额定运行点：
T=Tn n=nN S=Sn
，产生感应电动势或电流。 转子有鼠笼式和绕线式。由
C
于鼠笼式异步电动机具有一 系列的优点，应用广泛。 转子
Z B
X
鼠笼转子
机座
4
三相异步机的工作原理
工作原理：它是基于电磁感应和电磁力的原理。 定子旋转磁场（合成磁场）和转子电流的相互 作用。
异步电动机的由来。转子和旋 转磁场之间的转速差是保证转
s n0 n
35
5.4 三相异步电动机的启动特性
e. 延边三角形启动
这种方法也属于降压启动，由于接法原因， 使启动电流和启动转矩都较大。使用较少。
应根据实际情况，合理选择电动机启动方法。 2、绕线式异步电动机的启动方法
由于鼠笼式异步电动机具有启动力矩小， 启动电流大等特点，不能满足某些高启动转矩 低启动电流的要求，故用绕线式异步电动机。
36
5.4 三相异步电动机的启动特性
a. 逐级切除电阻法
与直流电机相似，转 子串入电阻，逐步切 除，并保证在整个启 动过程中，有较大的 启动转矩。
Ta1 TATL 37
5.4 三相异步电动机的启动特性
b. 频敏变阻器启动法
逐级切除电阻较难实现理想的启动，同时存在有 劳动强度大、增加附加设备、维修麻烦等缺点。
由于某种原因， 使 n n0 ，S小于0， 电动机进入发电状 态。此时转子反向 切割磁力线，故电 流、转矩均反向， T起制动作用。
46
5.6 三相异步电动机的制动特性
一种是负载是位能 转矩的下放重物时。 一种是发生在变极 或变频调速时。
电机吸收的功率 反馈给电网。也 是发电制动。
47
5.6 三相异步电动机的制动特性
43
4、变频调速
由于 n f ，若 能够连续改变频 率，可实现平滑 调速。多用于鼠 笼式异步电动机。 可采用SCR和 PWM调速。
44
第五章：交流电动机的工作原理及特性
5.6 三相异步电动机的制动特性 5.7 单相异步电动机 5.8 同步电动机
45
5.6 三相异步电动机的制动特性
1、反馈制动
TN
9.55 PN NN
22
启动点：
T=Tst n=0 s=1
临界点：
T=Tmax
n=Nm
s=Sm
Tst
K
R2 U2 R22 X220
23
Sm R2 X20
得出：
Sm 和Tst正比于R2，反比
于X20，U决定了Tst 和
U2
Tmax的大小， Tmax与R2 无关。
Tmax K 2X20
子旋转的主要因素。S的取值范
n0
围0-1。也是很重要的一个物理
量。 思考定子旋转磁场的产生的原因？
5
旋转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极
(•)电流出
Y
n A
0
Z
iA Im sint
iB Im sint 120 iC Im sint 240
C
B
iA iB iC
26
第五章：交流电动机的工作原理及特性
定子回路串电阻或电抗， 会引起电动机端电压下 降，与降压相似，但最 大转矩要大一些。
27
第五章：交流电动机的工作原理及特性
改变电源频率，使用在
恒转矩情况下，保证磁通
不变。Tmax不变。 n0 f
Sm
1 f
1 T st f
结论：则频率下降后， Tmax不变，Tst和 Sm增 大， n0 下降。
2、反接制动
a.电源反接 正转运行时，
突然改变通电相 序，特性曲线变 到第三象限，由 于惯性作用，N不 能突变，只能过 渡到第二象限。
48
5.6 三相异步电动机的制动特性
由于电源反接，T 变负，与N相反， 成为制动转矩，与 负载转矩一起，使 电机减速并停止。
e1
N1
d
dt
E 1U 1U 1
mE1 U1
2f 1 4 .4 f f4 1N p61 n0Φ 0 m
二、转子电路分析：
e2
N2
d
dt
E24.44 f2N2Φm E204.44 f1N2Φ m
f2 S f1 转子电流的频率随速度的变
化而变化。
17
设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感
转子电路中串不同 n 0 的电阻，其 n0Tmax 不变，而Sm随电 阻的增大而增大， S m 电动机的转速降低。
它只适应于绕线式电动 机，是有级调速，随转 速降低，特性变软，启 动电阻兼作调速电阻用， 它多用在重复短期运 要考虑发热和低速损耗。 转的起重运输设备中。
41
3、改变极对数调速
用于多速鼠笼式电机，不需要平滑调速， 只要几个特定速度，以双速电机使用最多。 其主要是改变每相定子绕组中电流的方向， 通过改变定子绕组接线方式来实现。
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第五章：交流电动机的工作原理及特性
转子串电阻： N0和Tmax不变。 Tst和 Sm随R2的 增大而增大。机 械特性曲线变软。
29
第五章：交流电动机的工作原理及特性
5.4 三相异步电动机的启动特性
三相异步电动机启动的主要要求： 要有足够大的启动转矩，启动要快、平滑， 启动电流要小，启动时安全、可靠、操作简 便，功耗小等。 由于三相异步电动机启动时N = 0，S = 1，从 而引起很大的转子和定子电流，而转子功率 因数很低，启动转矩不大。为解决这个矛盾， 采用不同的启动方法。（启动的危害）
CS'
X'
n0
NZ
X
X' S
B'
N
S
X C
ZN'
SC
Z'
A' Y t 0
A' t60
n0
60f p
(转/分）
Im
iA iB iC t
14
定子绕组接线方式
定子绕组每相都由许多线圈组成，其首 端和末端通常都接在电动机的接线盒内的接 线拄上。 当电机为星形联结时： 1、2、3点封成星点，6、 4、5点接电源。
24
第五章：交流电动机的工作原理及特性
5.3三相异步电动机的转矩与机械特性
2、人为特性曲线：
T
在此式中，改变U、R2、
K
SR2 U2 R22 SX20
2
f 都可以改变机械特性
曲线。
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第五章：交流电动机的工作原理及特性
U2U1Un
降低电压U，Sm 和 n0不变，曲线左移， 降低电压U，在同一 负载下，N下降，T 下降，S增大，I2增 大，将使电机发热。
特点：设备简单，经济，启动电流小。 缺点：启动转矩小，只适合于轻载和空载 启动。
33
5.4 三相异步电动机的启动特性
d. 自耦变压器降压启动
自耦变压器的三个绕组连成星形接 于三相电源，使接于变压器副边的电动 机降压启动，待电动机速度上升到一定 值后，切除自耦变压器。
KU2 N2 1 U1 N1
第五章：交流电动机的工作原理及特性
本章要求： 5.1 三相异步电动机的结构和工作原理 基本结构、工作原理、定子绕组接线方式 5.2 三相异步电动机的定子和转子电路 5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性
1
1、了解异步电动机的基本结构和旋转磁场 的产生。
2、掌握异步电动机的工作原理，机械特性， 以及启动、调速和制动的各种方法、特点 及应用。
旋转磁场的旋转方向
旋转方向：取决于三相电流的相序。