第5章 三相异步电动机与控制
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《电工基础与测量》第5章-变压器与交流电动机-三相异步电动机
5.4.4 三相异步电动机的制动
当电动机断电后，因转子及拖动系统的惯性作用，总要经过一定时 间才能停转。在很多场合要求电机断电后，机械设备能迅速停止运行，以 提高机械设备的生产效率和安全度。制动方法有机械制动和电气制动两类。
机械制动通常利用电磁铁制成的电磁制动器来实现。电动机起动时 电磁制动器线圈通电，电磁铁吸合使制动闸瓦松开；电动机断电时，电磁 铁因制动器线圈同时断电而释放，在弹簧作用下，制动闸瓦将电动机转轴 紧紧抱住而实现制动。起重机械常采用这种制动方法，不但提高了工作效 率，还可以防止在工作过程中因突然断电使重物落下而造成的事故。
（2）降压起动 如果电动机直接起动时所引起的线路压降较大，必须采用降压起动，就 是在起动时降低加在定子绕组上的电压，以减小起动电流。笼型电动机的 降压起动常用下面几种方法： 1）Y－△换接起动 这种方法只适用于正常运行时定子绕组为三角形连接的电动机。在起动 时将定子绕组接成星型，当转速接近额定转速时再切换成三角形连接。这 样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的 1/ 3
2. 起动方法 起动电流大是异步电动机的主要缺点。必要时须采用适当的起动方法以 减小起动电流。 （1）直接起动 直接起动是利用闸刀开关、交流接触器、空气自动开关等直接接到电源 上。其优点是设备简单、操作方便、起动迅速，但是起动电流大。
一台异步电动机能否直接起动要视情况而定。一般根据以下几种情况确 定：
电动机输出功率P2与从电源输入的功率P1不相等，其差值（P1 - P2）为电动
机的损耗，所以电动机的效率为
P2
电动机额定运行时效率约为72%～93%。
P1
6．功率因数
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。为了提高电路的功率因数，要尽量避免电动机轻载或空载运行。
第5章 异步电动机电压-频率协调控制
对图5-2所示电压型逆变器A相电压uan进行傅立叶分 析，得
u an = 2U d 1 1 1 1 sin ω1t + sin 5ω1t + sin 7ω1t + sin 11ω1t + sin 13ω1t + ... π 5 7 11 13
它的相电压有效值Ua=0.471Ud， U 相电压基波有效值Ua1=0.45Ud（√2Ud /π ）。 对图5-2所示逆变器线电压uab进行傅立叶分析，得
图5-6 给定积分器原理电路
2.函数发生器（GF）
函数发生器的功能是实现调速时V/f协调所需要的函 数关系，它的工作原理示于图5-7 中。 对运算放大器A的虚地点列电流平衡方程式，可推导 出函数发生器输出Uo和输入Ui之间的关系式为
R2 + R p 2 R2 + R p 2 U o = −U i +Uk R1 R5
5.4 谐波的影响 电动机期望有正弦电压和正弦电流，但是 前述方波或者准方波逆变器所产生的却不是正 弦波，这对电动机的运行有什么影响呢？应用 傅立叶分析的方法对方波或准方波进行分解， 可以得到有用的基波和不期望的谐波。一般说 来，谐波有四个有害的影响，它们是： 转矩脉动 谐波发热 参数变化 噪音
1.转矩脉动(torque pulsation)
图5-7 函数发生器原理电路
3.电压频率转换器（GVF）
电压频率转换器的功能是将与速度给定对应的电压 Ui输入信号转换成相应频率f0的输出脉冲信号。对它的基 本要求是：有比较好的稳定性；有满足要求的线性控制 范围。
图5-8 电压频率转换器原理电路
4.环形分配器（DRC）
图5-9 环形分配器原理电路
D端输入状态 Qn Qn+1 ----------------------------------------1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 ------------------------------------------
u an = 2U d 1 1 1 1 sin ω1t + sin 5ω1t + sin 7ω1t + sin 11ω1t + sin 13ω1t + ... π 5 7 11 13
它的相电压有效值Ua=0.471Ud， U 相电压基波有效值Ua1=0.45Ud（√2Ud /π ）。 对图5-2所示逆变器线电压uab进行傅立叶分析，得
图5-6 给定积分器原理电路
2.函数发生器（GF）
函数发生器的功能是实现调速时V/f协调所需要的函 数关系，它的工作原理示于图5-7 中。 对运算放大器A的虚地点列电流平衡方程式，可推导 出函数发生器输出Uo和输入Ui之间的关系式为
R2 + R p 2 R2 + R p 2 U o = −U i +Uk R1 R5
5.4 谐波的影响 电动机期望有正弦电压和正弦电流，但是 前述方波或者准方波逆变器所产生的却不是正 弦波，这对电动机的运行有什么影响呢？应用 傅立叶分析的方法对方波或准方波进行分解， 可以得到有用的基波和不期望的谐波。一般说 来，谐波有四个有害的影响，它们是： 转矩脉动 谐波发热 参数变化 噪音
1.转矩脉动(torque pulsation)
图5-7 函数发生器原理电路
3.电压频率转换器（GVF）
电压频率转换器的功能是将与速度给定对应的电压 Ui输入信号转换成相应频率f0的输出脉冲信号。对它的基 本要求是：有比较好的稳定性；有满足要求的线性控制 范围。
图5-8 电压频率转换器原理电路
4.环形分配器（DRC）
图5-9 环形分配器原理电路
D端输入状态 Qn Qn+1 ----------------------------------------1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 ------------------------------------------
第五章异步电机
原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势
转子电流
定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累 大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
二、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。
T U2
单位 （N .m）
5.3.2 机械特性
T
K
sR2 U12 R22 (sX 2s )2
在U1 及R 2 一定时， T 仅随 S 变化
将 s n1 n 代入上式 n1
得特性曲线：
得特性曲线：
T T f (S)
n n f (T )
n
s1
0
1
T
最大转速n=n1时
启动时n=0
三个重要转矩
启动前的漏磁感抗
5 转子功率因数
cos2
R2
R22 X 22
R2 R22 (sX 2s )2
6 定子电流和定子功率因数
空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。 当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这 一点与变压器类似。
电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。
Tst
K
R2U
2 1
R22
X
2 20
R2 Tst
第五章 异步电机
5.1 三相异步电动机的结构与工作原理 5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动
5.1 三相异步电动机的结构及工作原理
电动机的分类 交流电动机
chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1
第5章 三相异步电动机 原理-2
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2
第一节 三相异步电动机运行时的电磁过程 当三相异步电动机的定子绕组接到对 称三相电源时，定子绕组中就通过三相 交流电流。若不计谐波和齿槽影响，这 个对称三相交流电流将在气隙内形成按 正弦规律分布、并且以同步转速ns旋转 的旋转磁动势F1，由旋转磁动势F1建立 旋转的气隙主磁场Bm。 这个旋转磁场切割定子、转子绕组， 分别在定子、转子绕组内感应出定子电 动势和转子电动势。在转子电动势作用 下转子回路中有对称三相电流流过。于 是，在气隙磁场和转子电流的相互作用 下，产生了电磁转矩，转子就顺着旋转 磁场的方向转动。
异步电动机 的电流比
励磁电流
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 F2 0.9 I 2 0.9 I2 2 p 2 p
（二）电动势平衡方程式
U1 ( E1 ) ( E1 ) I1r1 E2 s ( E2 s ) I 2 (r2 R )
异步电动机带有负载后，转子转速降低，设转子以 转速 旋转，此时显然，旋转磁场的同步转速和转 子转速之间有一个同方向的相对运动，即旋转磁场 以转速差 n n 在切割转子绕组，电磁关系也将发 s 生变化。
n
I2 负载时，不再认为 E 2s 0 ， 0 ，且 I 2 也形成 了磁动势 F 2 ，要弄清异步电机负载的物理情况，首 先要分析转子磁动势的性质。
m1 N1kW 1 m2 N 2 kW 2 m1 N1kW 1 0.9 I1 0.9 I 2 0.9 Im 2 p 2 p 2 p
ki
令 I 1 I 则 2 2
I1 I m ( I 2 )
负载电流
m1 N1kW 1 ki m2 N 2 kW 2
第五章 异步电机
1． 异步电动机的转子有哪两种类型，各有何特点? 答：一种为绕线型转子，转子绕组像定子绕组一样为三相对称绕组， 可以联结成星形或三角形。绕组的三根引出线接到装在转子一端轴上的 三个集电环上，用一套三相电刷引出来，可以自行短路，也可以接三相 电阻。串电阻是为了改善起动特性或为了调节转速． 另一种为鼠笼型转于。转子绕组与定子绕组大不相同，在转子铁心 上也有槽，各槽里都有一根导条，在铁心两端有两个端环，分别把所有 导条伸出槽外的部分都联结起来，形成了短路回路，所以又称短路绕 组。
1. ★绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子 相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢? 与鼠笼条的数量有关吗？
答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对 数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相 等，与鼠笼转子的导条数无关．
2. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有 关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的 大小会对起动过程产生什么影响？
额定转速时的电磁转矩 最大转矩为
起动电流为
起动线电流 起动转矩
2. 一台、八极的三相感应电动机，额定转差率sN=0.043，问该机的 同步转速是多少？当该机运行在时，转差率是多少？当该机运 行在时，转差率是多少？当该机运行在起动时， 转差率是多 少？
解 同步转速 额定转速 当时，转差率 当时，转差率 当电动机起动时，，转差率
答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。 若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。
负载转矩的大小会对起动时间的长或短产生影响。
五、计算
1. 一台三相感应电动机，额定功率，额定电压，型接法，额定转 速，定、转子的参数如下： ； 。
1. ★绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子 相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢? 与鼠笼条的数量有关吗？
答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对 数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相 等，与鼠笼转子的导条数无关．
2. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有 关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的 大小会对起动过程产生什么影响？
额定转速时的电磁转矩 最大转矩为
起动电流为
起动线电流 起动转矩
2. 一台、八极的三相感应电动机，额定转差率sN=0.043，问该机的 同步转速是多少？当该机运行在时，转差率是多少？当该机运 行在时，转差率是多少？当该机运行在起动时， 转差率是多 少？
解 同步转速 额定转速 当时，转差率 当时，转差率 当电动机起动时，，转差率
答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。 若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。
负载转矩的大小会对起动时间的长或短产生影响。
五、计算
1. 一台三相感应电动机，额定功率，额定电压，型接法，额定转 速，定、转子的参数如下： ； 。
第五章 三相异步电动机
4.2 三相异步电动机的启动
所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入 电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 Tst 并 不大，但转子绕组中的电流 I很大，通常可达额定电流的 4～ 7倍， 从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么 大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机 根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使 用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其 他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下， 还要求限制启动电流在允许的范围内。
（三）旋转磁场的转速
定子磁场的转速称为同步转速，大小为： f1 —电网频率； P —磁极对数
60 f1 n1 p
同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)
极对数 p 同步转速 n1（r/min）
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
二、三相异步电动机的转动原理
7、转速
8、绝缘等级
A
E
120
B 130
极限温度（0C） 105
9. 工作制
铭牌上的“工作制”又称“定额”，按规定分为“连续” （代号为S1）、“短时”（代号为S2）和“断续”（代 号为S3）等。连续工作制的含义为该电动机可以按铭牌上 标定的功率长时间连续运转，而温升不会超过允许值。
10. 防护等级
二、三相电动机的铭牌数据
要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以 Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数 据的意义。
三相电机教材(全)
技能训练５ ３ 技能训练５—３ 三相异步电动机定子绕 组的重绕
• • • • • • 一、训练目的 1. 学会记录电动机的原始数据。 2. 掌握旧绕组的拆除工艺。 3. 掌握定子绕组的重绕工艺。 4. 学会绕组浸漆和烘烤工艺。 学会绕组嵌入工艺和通电检验方法。
三相异步电动机定子绕组的重绕
• 二、工具器材 • 绕线机、钢丝钳、线滚架、绕线模、剪刀、压 线板、裁纸刀、穿针、木榔头，铬铁、漆包线、 聚脂薄膜复合绝缘纸、黄腊管、绝缘漆。
5.2 三相异步电动机的拆装
• 5.2.1 三相异步电动机的基本结构
图5.4三相异步电动机典型结构图
笼型转子绕组
图5.5 笼型转子绕组
5.2.2 拆装电动机的常用工具
拆装电动机时，常用工具有： 拉钩、油盘、活板手、榔头、 螺丝刀、紫铜棒、钢套筒 和毛刷等（见图5.6）
图5.6拆装电动机的常用工具
三相异步电动机定子绕组的重绕
• 三、训练步骤与内容
• • • • １．记录原始数据 记录下列原始数据： （１） 电动机铭牌数据 （２） 定子绕组数据：电动机绕组每槽的匝数； 导线规格；绕组线圈跨距；绕组的连线方式。 （３）铁心数据：槽数；铁心外径和内径尺寸；长度； 槽形。
三相异步电动机定子绕组的重绕
第二篇 电机与控制
第5章 三相异步电动机 章
•
•
内容提要
本章主要阐述三相异步电动机的安装与试 运行；三相异步电动机的拆装、注油、洗油及 小修；三相异步电动机定子绕组首末端判别； 三相异步电动机常见故障分析与排除和三相异 步电动机的绕组制作等内容。
5．1 ．
三相异步动机的安装及试运行
• 5.1.1三相异步电动机的安装 三相异步电动机的安装 1. 安装前的检查 2. 基础灌制 3. 电动机的安装 4. 电动机的校正
第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
第5章异步电动机二
第五章 异步电动机（二）—— 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2
0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
电机学第5章 异步电机基本理论
仅
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中， 作等效电路遇到的两大障碍是： (1)定转子电路的频率不相同； (2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。 （一）频率归算 频率归算—— 保持整个电磁系统的电磁性能不变，把一种频率的 参数和物理量换算成另一种频率的参数和物理量。在这里，就是用 一个具有定子频率而等效于转子的电路去代换实际转子电路。
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
《电机与电气控制》课件第5章
互锁是保证设备正常运行的重要控制环节，对于一台设 备，不能同时出现两种电路接通状态，也用于两台设备不能 同时接通的控制电路中。
5.2.4
生产实践中，很多设备需要两个相反的运行方向，例如 工作台的前进和后退，起重机吊钩的上升和下降等，这些应 用中两个相反方向的运动均可通过电动机的正转和反转来实 现。对于交流电动机，改变电动机定子绕组相序即可改变其 转动方向。在主电路中，通过两组接触器主触点构成正转相 序接线和反转相序接线，从而实现电动机的正、反转控制。
5.1 电气控制图的绘制规则和常用符号
5.1.1
电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的。 为了表达机械电气控制系统的结构、工作原理，同时也为了 便于电气元件的安装、接线、运行、维护，将电气控制系统 中各电气元件的连接用一定的图形表示出来，这种图就是电
按用途和表达方式的不同，电气图可分为以下几种。
3． 图5-1所示的某机床电控系统线路图中，三相交流电源 引入线用L 1、L 2、L 3标记，中性线用N标记，保护 接地用PE标记。
图5-1 某机床电控系统线路图
电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W 顺序标记。分级三相交流电源主电路采用U1、V1、W1、U2、 V2、W2
各电动机分支电路中各接点采用三相文字代号后面加数 字来表示，数字中的十位数表示电动机代号，个位数表示该 支路各接点的代号，从上到下按数值大小顺序标记，如 “U21”表示M2
5． 电气元件明细表是把成套装置以及设备中各组成元件 (包括电动机)的名称、型号、规格和数量等列成的表格，供
以上简要介绍了电气图的分类，不同的图有不同的应用 场合。本书主要介绍电气原理图的分析和理解。
5.1.2
电气图是电气技术人员统一使用的工程语言。电气图应 根据国家标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画
5.2.4
生产实践中，很多设备需要两个相反的运行方向，例如 工作台的前进和后退，起重机吊钩的上升和下降等，这些应 用中两个相反方向的运动均可通过电动机的正转和反转来实 现。对于交流电动机，改变电动机定子绕组相序即可改变其 转动方向。在主电路中，通过两组接触器主触点构成正转相 序接线和反转相序接线，从而实现电动机的正、反转控制。
5.1 电气控制图的绘制规则和常用符号
5.1.1
电气控制系统是由许多电气元件按一定要求连接而成的。 为了表达机械电气控制系统的结构、工作原理，同时也为了 便于电气元件的安装、接线、运行、维护，将电气控制系统 中各电气元件的连接用一定的图形表示出来，这种图就是电
按用途和表达方式的不同，电气图可分为以下几种。
3． 图5-1所示的某机床电控系统线路图中，三相交流电源 引入线用L 1、L 2、L 3标记，中性线用N标记，保护 接地用PE标记。
图5-1 某机床电控系统线路图
电源开关之后的三相交流电源主电路分别按U、V、W 顺序标记。分级三相交流电源主电路采用U1、V1、W1、U2、 V2、W2
各电动机分支电路中各接点采用三相文字代号后面加数 字来表示，数字中的十位数表示电动机代号，个位数表示该 支路各接点的代号，从上到下按数值大小顺序标记，如 “U21”表示M2
5． 电气元件明细表是把成套装置以及设备中各组成元件 (包括电动机)的名称、型号、规格和数量等列成的表格，供
以上简要介绍了电气图的分类，不同的图有不同的应用 场合。本书主要介绍电气原理图的分析和理解。
5.1.2
电气图是电气技术人员统一使用的工程语言。电气图应 根据国家标准，用规定的图形符号、文字符号以及规定的画
电机与电力拖动基础教程第5章(4)
第5章 章
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本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
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各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
下 页
第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
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本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
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各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
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第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
第5节三相异步电动机
9550
P2N (kW) nN
额定转差率
sN
n0 nN n0
额定转速 nN
n nnN0
O
TN
T
(N • m)
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2.临界状态
n0 n
电机带动最大负载的能力。
T
K
R22
sR2 (sX20 )2
U
2 1
令： dT dS
s sM
0 求得
O
R2 X 20
TM
将sm代入转矩公式，可得
电动机的分类：
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5.2 三相异步电动机的构造
1.定子
铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。
三相绕组
U1 --- U2 V1 --- V2 W1--- W2
机座：铸钢或铸铁
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2.转子
铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。
(1)笼型转子
铁心槽内放铜条，端 部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
成正比。U
1
T
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。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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（4）转矩平衡
T0：空载转矩（风阻、轴承摩擦等形成）； TL：负载转矩（生产机械阻转矩）； T2：电动机输出转矩 T2 = T －T0 ≈ T
电动机稳定运行（T2=TL）转矩平衡方程式为: T =T0 +TL
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例：某三相异步电动机，定子电压的频率 f1＝50 Hz,极对数 p ＝1，转差率 s＝0.015。求同步转速 n0 ，转子转速 n 和转子电 流频率 f2。
第5章：三相异步电动机 拖动与控制
Tm mTN
s m s N m 2 1 m
xk
2 3U p r1 r12 4f T 1 m N
2
（5）转子电阻折算值。 绕线转子
r2 s NU 2 N 3I 2 N
r2 s m r12 x 2
ke ki
电机拖动与控制
第5章
三相异步电动机 拖动与控制
5.1三相异步电动机的机械特性
机械特性是指转速与电磁转矩n=f(T)之间的关系。 对于异步电动机，由于转速与转差率之间存在着
一定的关系，机械特性亦可表示为T=f(s)。
5.1.1固有机械特性的分析 固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率 下，按规定的接线方式接线，定、转子回路外接
4）额定运行点C:，一般额定转差率（0.02～0.06 ）
5.1.2人为机械特性的分析
三相异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电源参数 或电动机参数而得到的机械特性。 1．降低定子电压时的人为 机械特性
n1
s m 不变， Tm 变小
线性工作段斜率变大，即特 性变软。电动机起动转矩倍 数和过载能力均显著下降。
3.点动控制电路
图a为既可实现电动机
连续运转又可实现电动
机点动控制的电路，由 手动开关SA来选择。 当SA闭合时为连续控 制，SA断开时为点动 控制 。 图b为用连续运转按钮SB2、点动按钮SB3来选择连续与点 动,点动控制是用SB3按钮的常闭触头断开自保电路实现。
4.可逆运行控制电路
倒顺转换开关控制电动机 正反转电路。图a为倒顺开 关手动操作控制电动机正 反转，由于倒顺开关无灭 弧装置，适用于5.5kW以 下的小容量电动机 。 对于5.5kW以上的电动机，则用图b来控制，引入倒顺开关 预选电动机旋转方向，而由接触器来接通与断开电源，实 现电动机的起动与停止。
第五章三相异步电动机绕组试题及答案
答：A相绕组轴线处，B相绕组轴线处。
6.★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为。
答：脉振磁势。
7.★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为。
答：
8.三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向，在定子绕组中，感应电势的频率为，要消除它定子绕组节距 =。
答：对
14.交流电机励磁绕组中的电流为交流量。（）
答：错
15.交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势都减小了。（）
答：对
16.交流绕组连接时，应使它所形成的定、转子磁场极数相等。（）
答：对
17.电角度为p倍的机械角度。（）
答：对
四、简答（每题3分）
1.★★有一台交流电机，Z=36，2P=4，y=7，2a=2，试会出：
答： ，f,0, ,0
10.★某三相两极电机中，有一个表达式为δ=F COS（5ωt+ 7θS）的气隙磁势波，这表明：产生该磁势波的电流频率为基波电流频率的倍；该磁势的极对数为；在空间的转速为；在电枢绕组中所感应的电势的频率为。
答：5，5p, ，f1
二、选择填空（每题1分）
1.当采用绕组短距的方式同时削弱定子绕组中五次和七次谐波磁势时，应选绕组节距为。
五、计算
1.额定转速为每分钟3000转的同步发电机，若将转速调整到3060转/分运行，其它情况不变，问定子绕组三相电动势大小、波形、频率及各相电动势相位差有何改变？
答：本题题意为转速升高(升高 倍)
（1）频率
f∝n (p=c),故频率增加1.02倍。
(2)大小
(N、kw、Φ0=C),电动势增加1.02倍。
(3)大小：
6.★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为。
答：脉振磁势。
7.★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为。
答：
8.三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向，在定子绕组中，感应电势的频率为，要消除它定子绕组节距 =。
答：对
14.交流电机励磁绕组中的电流为交流量。（）
答：错
15.交流绕组采用短距与分布后，基波电势与谐波电势都减小了。（）
答：对
16.交流绕组连接时，应使它所形成的定、转子磁场极数相等。（）
答：对
17.电角度为p倍的机械角度。（）
答：对
四、简答（每题3分）
1.★★有一台交流电机，Z=36，2P=4，y=7，2a=2，试会出：
答： ，f,0, ,0
10.★某三相两极电机中，有一个表达式为δ=F COS（5ωt+ 7θS）的气隙磁势波，这表明：产生该磁势波的电流频率为基波电流频率的倍；该磁势的极对数为；在空间的转速为；在电枢绕组中所感应的电势的频率为。
答：5，5p, ，f1
二、选择填空（每题1分）
1.当采用绕组短距的方式同时削弱定子绕组中五次和七次谐波磁势时，应选绕组节距为。
五、计算
1.额定转速为每分钟3000转的同步发电机，若将转速调整到3060转/分运行，其它情况不变，问定子绕组三相电动势大小、波形、频率及各相电动势相位差有何改变？
答：本题题意为转速升高(升高 倍)
（1）频率
f∝n (p=c),故频率增加1.02倍。
(2)大小
(N、kw、Φ0=C),电动势增加1.02倍。
(3)大小：
第5章 三相异步电动机课后习题答案
I1 p I1l / 3 (9.5 / 3 ) A 5.48 A
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5.4.1 某三相异步电动机，PN＝30 kW，nN＝ 980 r/min，KM＝2.2 ，KS＝2.0，求：（1）U1L＝UN 时的 TM和 TS；（2）U1L＝0.8 UN 时 的 TM 和 TS。
【解】
12.87 103 ( ) A 22.22 A 3U N cos 3 380 0.88 P 1N
由于 I1l I N，故当 I1l 10 A时电动机不过载
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5.4.4 Y160M-2 型三相异步电动机，PN＝15 kW，UN＝380 V ，三角形联结，nN＝2 930 r/min，N = 88.2%， cosφ = 0.88 。Is/IN＝7，KSt＝2，λ＝2.2，起动电流不允许超过150A。若 TL = 60 N· m ，试问能否带此负载：（1）长期运行； （2）短时运行 ；（3）直接起动。
V ，频率 50 Hz、三角形连接.在负载转矩 TL=133 N· m 时，I1l= 47.5 A，总损耗为5 kW，n = 1 440 r/min，求(1) n0 (2) S(3)功率因 数 (4) ŋ
[解 ]
n0 n s 0.04 n0
P2 = T2
60 f1 n0 = = 1 500 r/min 2
f 2 sf 1 0.015 50 Hz 0.75 Hz
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5.3.2 某三相异步电动机，p = 1， f1＝50 Hz ，s =0.02 ， P2
＝30KW, T0＝0.51N.m. 求(1) n0 (2) n (3)输出转矩(4)电磁转矩.
电机学第五章课后答案
n1 n n1
（ n 为转子转速）
5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？ 在额定电压时异步机空在电流标么值为 30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为 50 ﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动 转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相 对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数 p 、同步转速 n1 、转子转速 n 、定子频率 f 1 、转子频率 f 2 、 转差率 s 及转子磁动势 F2 相对于转子的转速 n 2 之间的相互关系如何？试填写下表 中的空格。
Tm a 不变 x
5．14 绕线式三相异步电动机转子回路串人适当的电阻可以增大起动转矩， 串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？ 转子侧串入电抗， 不能增大起动转矩∵串如电抗后 I 2 虽然 m 增大了， 但 cos 2 下降∴总起来起动转矩 Tst Cm m I 2 cos 2 仍然不能增大。 5．15 普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩不大？ 但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时， 起动电流较小而起动转矩较大， 为什 么？
第五章 异步电机 5．1 什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ 转差率为转子转速 n 与同步转速 n1 之差对同步转速 n1 之比值 s 为发电机状态。
n1 n n1
s0
0 s 1 为电动机状态， s 1 为电磁制动状态。
5． 2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时， 电磁转矩和转子转向之间的关系是否一 样？怎样区分这两种运行状态？ 发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机 的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋 转磁场转向相反。 5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率 为 f 1 ，旋转磁场相对于转子以 n1 60 f1 / p （ p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针 方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？ 假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固 定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。 s
三相异步电动机启动运行的基本控制电路
三相异步电动机启动运行的基本控制电路如下：
1.全压直接启动控制电路：在主电路中，开关QF闭合，接触器KM的线圈
得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
在控制电路中，开关QF闭合，按下按钮SB2，接触器KM的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
2.定子绕组串电阻启动控制电路：在主电路中，开关QF闭合，接触器KM1
的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
在控制电路中，开关QF闭合，按下按钮SB2，接触器KM1的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
同时，KM1的常闭触点断开，接触器KM2的线圈不能得电。
当电动机转速达到一定值时，时间继电器KT 的常闭触点断开，KM2的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在较小的电阻R下启动。
3.星-三角形启动控制电路：在主电路中，开关QF闭合，接触器KM1的线
圈得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
在控制电路中，开关QF闭合，按下按钮SB2，接触器KM1的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在额定电压下直接启动。
同时，KM1的常闭触点断开，接触器KM2的线圈不能得电。
当电动机转速达到一定值时，时间继电器KT的常闭触点断开，KM2的线圈得电，常闭触点闭合，接触器KM3的线圈得电，常开主触点闭合，电动机在较小的三角形接法下启动。
这些基本控制电路可以满足不同情况下三相异步电动机的启动和运行需求。
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KM
辅助触点
5.5.5继电器
继电器用于电路的逻辑控制，具有逻辑记 忆功能，能组成复杂的逻辑控制电路，继电器 能将某种电量或非电量的变化量转换为开关量， 以实现对电路的自动控制功能。 按输入量分为电压继电器、电流继电器、时间 继电器、速度继电器、压力继电器等； 按工作原理分为电磁式继电器、感应式继电器、 电动式继电器、电子式继电器等； 按用途分为控制继电器、保护继电器等； 按输入量变化形式分为有无继电器和量度继电器。
工作制SI
LW 82dB 频率 50Hz
B级绝缘
质量 45kg
出厂：×年×月×日
电动机在额 标准编号 定工作状态 下连续运行， S2为短时运 行，S3为短 时重复运行。
××电机厂 绝缘等级 电动机在额定 工作状态下运 行时的转速。 封闭式
电动机在额定 工作状态下运 行时定子绕组 的线电流。
2．三相异步电动机的选择
5.1.1 三相异步电动机的结构
轴承 罩壳 端盖 定子绕组 风扇
轴承盖
接线盒
机座
1.定子
电动机中静止不动的部分，有定子铁 芯、定子绕组、机座、端盖等部件。
接线盒
定子外型
定子硅钢片
接线盒
W2 U2 V2 U1 V1 W1
接线端
星形连接
三角形连接
1.转子 转子是电动机的旋转部分，由转子铁 芯、转子绕组和转轴组成。 笼式转子
（1）定子绕组串电阻（或电抗）降压启动
L1 L2 L3 QS FU
R
运行
启动
M 3~
启动时QS闭后，电 阻 R与定子线圈串联， 起到分压作用。电动机 启动后，电阻 R被切掉 不起作用，电源直接与 定子绕组相连，正常运 行。
（2）自耦变压器降压启动
L1 L2 L3 QS FU
运行
Q T 启动
启动时将QS闭合， 这时启动电压小于额定 电压，启动完成后转换 为全压，电动机正常运 行。
n1 n 1000 975 s 100% 100% 2.5% n1 1000
5.1.3 机械特性
n A n1 nN nm
D O TN Tst B C
Tm T
电动机产生的电磁 转矩 T与转子转速 n的关系曲线，即 n=f（T）曲线称为 电动机的机械特性 曲线，
T 启动能力= st =1.4～2.2 TN
QS
2．组合开关
QS
5.5.2按钮
按钮是发出控制指令和信号的电器开关， 是一种手动且一般可以自动复位的主令电器， 通常用于对电磁起动器、接触器、继电器及其 他电气设备发出控制指令。
按钮帽 复位弹簧 常闭触头 常开触头 常闭触头 动触头 常开触头 复式触头
SB
SB
SB
5.5.3熔断器
熔断器是最简便的且是有效的短路保护电器。
M 3~
（3）星形 -三角形降压启动
L1 L2 L3
QS
FU
△
Y
电动机在工作时其 定子绕组接成三角形， 启动时接成星形，这时 启动电流为全压启动电 流的1/3，启动转矩为 全压启动转矩的1/3。 启动完成后再转换成三 角形连接 。
3.绕线式异步电动机的启动
L1 L2 L3
QS
FU
在转子电路中接入大小适当 的启动电阻，转子电流减小，定 子电流也减小，同时转子电路电 阻增加，电动机的启动转矩随之 R 增加。
5.5
低压电器
低压电器通常是指工作在直流1500V、交流 电压1200V及以下电路中的电器。 低压配电电器 刀开关、空气开关、熔断器
低压电器
低压控制器
接触器、各种继电器、启动器
5.5.1低压开关
主要用作隔离、转换以及接通和分断电路 用。大多作为局部照明电路的控制、机床电路 的电源开关，也可用于小容量电动机的起动、 停止和正反转控制。 1．胶盖瓷座闸刀开关
FU
熔丝选择 （1）电灯支线的熔丝 熔丝额定电流≥支线上所有电灯的工作电流 （2）一台电动机的熔丝 为了防止电动机起动时电流较大而将熔丝烧 电动机的起动电流 断，按下式计算 熔丝额定电流 ≥ 2.5 如果电动机起动频繁，则为 电动机的起动电流 熔丝额定电流 ≥ 1.6 ~ 2.5 （3）几台电动机合用的总熔丝 熔丝额定电流=(1.5～ 2.5) ×容量最大的电 动机的额定电流+其余电动机的额定电流
分笼式和绕线式
转子铁芯冲片
笼式转子绕组
铝条笼式转子
绕线式转子
转子绕组
电刷 滑环 转子电路
转子形状
5.1.2 三相异步电动机的工作原理
1.旋转磁场的产生
iW iV V1 W2
iU I m sin t
iV I m sin( t 120o )
U2
U1
W1 V2
iW I m sin( t 120 )
了解常用低压电器结构、功能；掌握继电－
接触器控制系统的基本控制电路分析；控制电 路的自锁、联锁以及行程、时间等控制方法； 了解控制电路过载、短路和失压保护的方法。
【能力要求】
认识常用常用低压电器并能正确接线。
能读懂简单的控制电路原理图，并能完成实
际连线操作
5.1
三相异步电动机
转子
散热筋 转轴
（1）功率的选择 必须依据生产机械的要求来确定。 （2）种类的选择 主要考虑电动机的性能应满足生产机械的要求 。 （3）转速的选择 应使电动机的转速尽可能与生产机械的转速相 一致或接近，以简化传动装置。
5.2 三相异步电动机的运行
5.2.1启动
1.直接启动（全压启动） 直接启动是给定子绕组直接加额定电压启 动。直接启动的异步电动机要受到供电变压器 的限制，当电动机由单独的变压器作为它的电 源时，电动机的容量不超过变压器容量的20%～ 30%便可采用，以电动机启动时电源电压降低不 超过额定电压的5%为原则。
n1 n s n1
n1 n s 100% n1
一般异步电动机的转差率为0.02～0.04 。
【例5 -1】有一台三相异步电动机，其额定转速 nN=975 r/min，试求电动机的磁极对 数和额定 负载时的转差率。电源频率 f1=50Hz。 由于电动机的额定转速接近而略小于旋转 磁场的转速，而同步转速对应于不同的磁极对 数，显然975 r/min与1000 r/min最相近，从而 确定磁极对数 p=3。 额定负载时的转差率为
单相交流电源
快 中 慢
5.4 常用控制电动机
5.4.1 交流伺服电动机
＋ U － 有笼式 和杯式 I1 UC 定子上装有两 个绕组 n
0.4U2
0.6U2 0.8U2 U2
C ＋ 励磁绕组 U1 控制信号 － 控制绕组 转子 － U2＋I2
放 大 器 检 测 元 件
＋ U －
O
T 不同控制电压下 的机械特性曲线
异步电 动机 中心 高度
机座 类型
磁极数
三相异步电动机 电动机在额定工 作状态下运行时， Y—112M—4 定子绕组所加的 额定功率 4.0kW 线电压。
编号
电动机在额定工 作状态下运行时， 轴上输出的机械 功率 。
额定电流 8.8A
额定电压 380V 接法 △
额定转速 1440r/min 保护等级 IP44
两组绕组在空间互 差90°角
3.单相异步电动机的反转与调速 电容分相启动的单相异步电动机是通过转 换开关把电容器接入另一绕组中或改变任一绕 组首末端的位置从而改变电动机的转动方向。
单相异步电动机的调速常用改变定子绕组 电压的方法来实现，可用定子绕组串电抗器调 压和用晶闸管调压，
台式风扇调速电路
电动机 指示灯 电抗器
旋转磁场的方向是由线圈中电流的相序决定的。
2.转子转动原理 三相定子绕组通入三相 交流电，产生旋转磁场。 转子中的产生感应电动 势和感应电流。
V b
U a F n F
W
感应电流受电磁力，电 磁力对转轴产生电磁转 矩，使转子转动。 转子转速一定要小于旋 转磁场的转速。
把旋转磁场的转速n1与转子转速n的差值与 旋转磁场转速n1之比称为异步电动机的转差率。
控制电压U2大，电动机 转得快；控制电压U2小， 电动机转得慢
U2受到控制 信号的控制
5.4.2 直流伺服电动机
n Ia 放 ＋ 大 Ua M 器 －
0.4Ua 0.6Ua 0.8Ua
Ua
If
＋ Uf － O
工作时，励磁绕 组和电枢绕组分 别由两个独立电 源供电。
改变电枢上的控 制电压 Ua来改 变电动机的转速 和转动方向。
5.5.4交流接触器
交流接触器常用来接通和断开电动机或其 他设备的主电路。具有欠压保护作用。接触器 控制容量大，适用于频繁操作和远距离控制， 是自动控制系统中的重要元件之一。 在选用接触器时，应注意它的额定电流、 线圈电压及触点数量等。
KM 辅助触点 线圈
主触点
绝缘连杆
KM
反力弹簧
铁心 线圈
主触点
1.热继电器
与接触器配合，使电动机免受长期过载的危害。
FR
FR
发热元件
动断触点
L1 L2 L3 QS FU KM FR 复位按钮 推杆 发热 元件 双金 属片 导板 M 3～ 动触 点
第 5章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7
继电器—接触器控制
三相异步电动机 三相异步电动机的运行 单相异步电动机 常用控制电动机 低压电器 基本控制电路 行程、时间控制电路
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【知识要求】
了解电动机的结构、工作原理、机械特性、
调速方法；了解铭牌和技术数据的意义；掌握 三相异步电动机起动和反转的方法；
Tm 过载能力= =1.6～2.5 TN
定子绕组加不同工作电压的机械特性曲线