第7章感应电动机
机器人学基础第7章
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
PWM 技术是利用一种数字信号来对模拟电路进行控制 的一种非常有效的技术, 广泛应用在功率控制与变换、 测量和通信等领域中。在采样控制理论中有一个重要结 论: 冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性环节的 被控系统时, 其效果基本相同。PWM 技术基于对开关器 件的导通和关断进行控制, 使输出端得到一系列幅值相 等而宽度不相等的脉冲, 按一定的规则对各脉冲的宽度 进行调制, 既可改变电路输出电压的大小, 也可改变输出 频率。
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
如图所示, 在一个PWM 周期内, 在ton时间内, 电流沿Loop1 流 通, 电枢电压UM = Us; 在死区时间内, 左右桥臂开关器件实现 电流转换, 电流沿Loop2 流通; 在toff时间内, 电流沿Loop3 流通 , 电枢电压UM = - Us; 在死区时间内, 左右桥臂开关器件实现 电流转换, 电流沿Loop4 流通。因此, UM 在一个周期内具有 正负相间的脉冲波形,这就是双极式名称的由来。
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
7. 2 伺服电动机驱动控制原理
2. 直流伺服电动机调速原理 直流伺服电动机转速和状态量之间的关系满足如下关系
式:
式中n 表示转速(r/ min), U 表示转子绕组两端施加的电 压即电枢电压(V), I 表示转子绕组内通过的电流即电枢 电流(A), R 表示转子绕组内阻即电枢回路总电阻(Ω), Φ 表示励磁磁通(Wb), Ke 表示电动机结构决定的电动势常 数。
第7章 电机的统一理论
第七章电机的统一理论
7-1电机的统一理论
概述各种类型的旋转电机，在结构上有其统一性：都可分为定子和转子两大部件，它两又都由铁心和绕组构成。但在电机发展史上，本世纪初以前，电机理论的研究是按电机类型分别进行的。到三十年代初期，匈牙利人克朗(见绪论，1901-1908年)首先提出分析旋转电机的统一理论。他阐明了主要类型的交直流电机都可从一般化电机模型出发，用统一的方法求解。这是电机理论发展的一个里程碑。
统一理论的提出有一定渊源，如上世纪末的同步机双反应理论，本世纪二十年代派克提出的dqo坐标变换，相当于把同步电机变换成换向器电机，上章阐明的派克方程的简洁表达式(6-15)、(6-16)就是有力的证据。dqo变换推广应用到异步机更表明三相交流电机都可变换成换向器电机，而直流电机就是换向器电机，无需变换。因此，从直流电机抽象得出的一种普遍的换向器电机就自然地成为一般化电机的模型。
本章在上几章基础上适当地扩大视野。首先阐明一般化电机的运动方程，然后应用一般化电机于主要类型电机，对交流电机只简单论证与上两章殊途同归。最后是直流电机的暂态分析，举六个实例阐明。
电机统一理论曾经是很吸引人的，并受到很大重视；但必须指出这种方法由于强调共性采用简化假定，在个性应用上存在有局限性和片面性。
7-2有关一般化电机的基本知识
一、一般化电机模型的具体结构
上节已述，一般化电机模型是一种普遍的换向器电机。它的定子具有凸极或隐极，转子装带换向器的绕组。由于大多数多极电机在每对极下的磁路和电路的分布完全重复，可用等效的两极机)隆代表。因此我们假设模型机都是两极的，
电机课件第七章
习题讲解（习题册P30 计算题）
解:
z 6 2p
1 q1 q 2 3 2
绘制展开图如下
N LZ1 LF1 LZ2
S
LF2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
LZ1
LF1
LZ2
LF2
四、电阻启动异步电动机
结构特点：工作绕组LZ匝数多、导线较粗， 可近似看成纯电感负载；启动绕组LF导线 较细，又串有启动电阻R，可近似看成纯 电阻负载，通过电阻来分开两个支路电流 的相位。 启动特点：节约了启动电容，启动时工作 ~220V 绕组和启动绕组同时工作，当转速达到额 定值的80%左右时，启动开关断开，启动 绕组从电源上切断。它具有中等启动转 （一般为额定转矩的1.2~2.2倍），但启 动电流较大，实际上许多电动机的启动绕 组滑串联电阻，而是设法增加导线电阻， 从而使启动绕组本身就有较大的电阻。 运行特点：工作绕组工作，它在电冰箱压 缩机中得到广泛的应用。
多个线圈按一定规则连接成一组就称为线圈 组（一般一个相带为一组）。
线圈组按一定规律连接在一起组成某相绕组。 （三相异步电动机有三相绕组）
2、极距 极距是指每一磁极所占圆周距离，一般多用定子上 的槽数来表示。
z1 2p
第07章-步进电动机
A
Z
Y
B
C
X
图7-6 步进电动机的多齿结构
-10-
第七章 步进电动机
齿距角
t
360o 50
7.2o
三相单三拍和 三相双三拍时
b
1 3
t
2.4o
三相六拍时
b
1 6
t
1.2o
C
B
A
2
3t
1
3t
0
(a)
C
B
A
1
3t
0
1
3t
(b)
C
B
A
0
1
3t
2
3t
(c)
图7-7 步进电动机定、转子齿的相对位置
-4-
第七章 步进电动机
定子齿极的极对数就等于定子绕组的相数
A
A
Z
Y
1
N
4
2
B
3
S
B
C
X
X
(a)
(b)
图7-1 步进电动机的基本结构
(a) 反应式 (b) 永磁式
Y
-5-
第七章 步进电动机
步进电动机不同于普通的交、直流电动机，它必须 与驱动控制器、直流电源组成系统方能正常运行，如图 7-2所示。在实际系统中，步进电动机和驱动控制器是 两个不可分割的组成部分，这是因为给步进电动机定子 控制绕组所加的电源既不是正弦交流，也不是恒定直流， 而是脉冲电压。
李发海电机与拖动基础第四版第七章
与 的关系为
得折合前后漏阻抗关系为：
阻抗角为 可见折合前后楼阻抗角不变。 从下式可知折合前后的铜秏不变 折合前后的无功功率可写成
即折合后的无功功率不变。
7.3.4 基本方程式、等效电路和向量图
右边列出转子绕组短路 且堵转时的五个方程式
图7.18 和图 7.19 分别是转子绕组 短路且堵转时的等值电路和向量图。
将熔化的铝液直接浇铸在转子槽里，连同端环、风扇一次铸成。
如图 7.7（c）
图 7.7 鼠笼转子
7.1.3 异步电动机的结构形式 根据冷却、保护方式的不同，异步电动机有开启式、防护式 和防爆式几种。
防护式结构能在一定范围内防止水滴和铁削掉入电机，冷空
气从轴向进入，冷却后从机座两旁排出。
封闭式异步电动机内部空气和机壳外部空气是隔开的，靠风
7.2.1 规定正方向
图 7.9 为一台线绕式三相异步电动机，定、转子绕组都是Y 连接。图（a）是定、转子等效绕组在铁芯中的布置方式。图 （b）为定、转子绕组的连接方式。
,E , U 图中， 1 1
I1
分别为定子绕组的相电压、相电势和相电
，E ， I2 分别是转子绕组的相电压、相电势和相电流。 流 ；U 2 2
部漏磁通，见图 7.11 。气隙是均匀的，
应的气隙磁密 7.10（b）和（c）。
所产生主磁通
电机与拖动基础习题解答第七章
武汉纺织大学
第七章
7 . 1 为什么小容量的直流电动机不允许直接起动,而小容量的三相异步电动机却可以直接
起动?
答: 直流电动机电压方程是a a a I R E U +=,感应电动势a E 与转速成正比, 起动瞬间电动机
转速为零, 感应电动势亦为零,外加电压等于电枢电阻压降,而直流电动机的电枢电阻很小,使
得起动电流很大,所以直流电动机不允许直接起动。对三相异步电动机而言, 起动电流
st I =
2212211)()(X X R R U '++'+,起动时的阻抗中除了电阻(2
1R R '+)外,还有电抗 (2
1X X '+),小容量的三相异步电动机起动时阻抗比较大,所以可以直接起动。
7 . 2 三相异步电动机起动时,为什么起动电流很大,而起动转矩却不大?
答: 三相异步电动机起动瞬间转速为零,定子旋转磁场相对于转子的切割速度最大,在转子绕
组中产生的感应电动势最大,使得转子电流很大,从而使得定子电流即起动电流很大。
定子电压方程式是1U = -1E +1Z 1I ,起动电流很大,使得定子绕组的漏阻抗压降1Z 1
I 增大,
感应电动势1E 减小, 1E 与气隙磁通1Φ成正比,从而导致1Φ减小到额定值的一半;
起动时n=0 ,s=1 ,转子电流频率112f sf f ==为最高, 转子电抗2X 为最大,使得转子功率因
数cos 2ϕ比较小; 由电磁转矩表达式T=T C 1Φ2
I ' cos 2ϕ可知,T 与1Φ、2I '和cos 2ϕ分别成
正比关系,尽管起动时2
I '很大,但是1Φ的减小和cos 2ϕ的减小,使得起动转矩却不够大。
第7章感应电动机汇总
1
第7章 感应电动机
7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构
7.1.1 三相异步电动机的原理
三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们联接成一个整体。当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速n 0旋转的旋转磁场。由于转子上的导条被这种旋转磁场的磁力线切割，根据电磁感应定律，转子导条内会感应产生感应电动势，若旋转磁场按逆时针方向旋转，如图7-1-1所示，根据右手定则，可以判明图中转子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半
部导体中的电动势都从纸面出来的。因为转子上导条已
构成闭合回路，转子导条中就有电流通过。如不考虑导
条中电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是
电流的瞬时方向。根据电磁力定律，导条在旋转磁场中，
并载有由感应作用所产生的电流，这样导条必然会受到
电磁力。电磁力的方向用左手定则决定。从图7-1-1可看
出，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋
转，其转速为n 。如转子与生产机械联接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而作
功，从而实现能量的转
换，这就是三相异步电动
机的工作原理。
7.1.2 三相异步电机的
结构
和直流电机一样，三
相异步电动机主要也由
静止的定子和转动的转
子组成。定子与转子之间
有一个较小的气隙。图
7-1-2表示绕线转子三相
异步电动机的结构。
1．定子 异步电动机的定子由定子
铁心、定子绕组和机座三部分组成。
图7-1-1 三相异步电动机的工作原理 图7-1-2 绕线转子异步电动机剖面图
第7章 电动机
2．三相异步电动机的转动原理
• 三相对称交流电通入定子 绕组后，便形成了一个旋转 磁场，把旋转磁场假设为一 对N极在上、S极在下的磁极， 按顺时针方向旋转。这时转 子绕组与旋转磁场之间存在 相对运动，切割磁感应线， 如图7-7所示。
图7-7 异步电动机的转动原理
思考与练习
• 7-1-1 三相异步电动机的定子绕组和转子绕组在电动机的转 动过程中各起什么作用？
7.1.1 三相异步电动机的结构
• 三相异步电动机由定子和转子两个基本部分构成， 它们之间由气隙分开。 • 1．定子 • 三相异步电动机的定子包括机座、定子铁心和定子 绕组等固定部分。 • 机座是电动机的外壳，由铸铁或铸钢制成； • 定子铁心是用内圆表面冲有槽口的硅钢片叠成的圆 筒，压装在机座内；定子绕组按照一定规律嵌放在 定子铁心的槽内，根据电源电压和绕组电压的额定 值，三相定子绕组可接成星形或三角形。
• (2)Y／∆起动 • 如果电动机正常工作时其定子绕组是三角形联结的， 那么起动时为了减小起动电流，可将其接成星形联结， 等电动机转速上升后，再恢复三角形联结。
L1 L2 L3
QS
FU
U2
运行
V1 U1 W1 W2 Y- 换接起动 V2 Q Y起动
图7-10
• (3)自耦变压器降压起动 • 自耦变压器降压起动的电路如图7-11所示。三相自耦变 压器接成星形，用一个六刀双掷转换开关Q来控制变 压器接入或脱离电路。起动时把Q扳在起动位臵，使 三相交流电源接入自耦变压器的一次侧，而电动机的 定子绕组则接到自耦变压器的二次侧，这时电动机得 到的电压低于电源电压，因而减小了起动电流，待电 动机转速升高后．把Q从起动位臵迅速扳到运行位臵， 让定子绕组直接与电源相接，而自耦变压器则与电路 脱开。
第7章部分作业答案
第七章 部分作业答案
7.4.8 已知Y100L1-4型异步电动机的某些额定技术数据如下：
2.2 kW 380V Y 接法 1420r/min 82.0cos =φ %81=η 试计算:
（1）相电流和线电流的额定值及额定负载时的转矩;
（2）额定转差率及额定负载时的转子电流频率。设电源频率为50Hz 。 解：（1）A U P I I l N l P 5%
8182.038032200cos 3=⨯⨯⨯=
=
=φη
m N n P T N N N •=⨯=⨯
=8.141420
2
.295509550 （2）%33.5%1001500
14201500%100=⨯-=⨯-=
O N O N n n n S Hz f S f N 67.250%33.512=⨯==
7.4.9 有台三相异步电动机，其额定转速为1470r/min ，电源频率为50Hz 。在（a ）起动瞬间（b ）转子转速为同步转速
3
2
时（c ）转差率为0.02时三种情况下，试求：（1）定子旋转磁场对定子的转速；（2）定子旋转磁场对转子的转速；（3）转子旋转磁场对转子的转速；（4）转子旋转磁场对定子的转速；（5）转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。 解：（1）定子旋转磁场对定子的转速：在（a ）（b ）（c ）三种情况下均为1500 r/min 。 （2）定子旋转磁场对转子的转速：
（a ）起动瞬间：1500 r/min ；
（b ）转子转速为同步转速
3
2
时：500 r/min ； （c ）转差率为0.02时：30 r/min 。 （3）转子旋转磁场对转子的转速：
第7章电机的统一理论
交流电机统一理论
第6章电机的统一理论
电机的统一理论
第7章电机的统理论电机的统理论概述
7-1 电机的统一理论概述
7-2 有关一般化电机的基本知识
7-3 一般化电机的电压方程
7-4 一般化电机的功率和转矩方程
7-5 正弦分布气隙磁通的运动电动势表达式7-6 从一般化电机推导交流电机运动方程
7-1概述
71 概述
•电机的统一性
电机的统性
–各类旋转电机
•转子和定子，铁心和绕组
–上世纪初之前
•按电机的类型分别研究
–上世纪30年代
•匈牙利的克朗提出旋转电机的统一理论
匈牙利的克朗提出旋转电机的统论
电机的统一理论
电机的统理论
•统一理论
统理论
–主要类型的交直流电机都可以用一般化电机模主要类型的交直流电机都可以用般化电机模型描述
–一些相关理论
•双反应理论
•dq0变换
•派克方程
电机的统理论
电机的统一理论
•一般化电机模型
般化电机模型
–换向器电机
•交流电机通过dq0变换，可变换成换向器电
机
•直流电机本身就是换向器电机
电机的统一理论
电机的统理论
•电机统一理论
电机统理论
–强调电机的共性
–探询各种电机普遍性特征
–在个性的应用上有局限性和片面性
•能够解释现代新型电机的基本工作原理
•但难以方便地研究新型电机的工作特性
7-2一般化电机
72 般化电机•具体结构
–普遍的换向器电机
–定子隐极或凸极，转子带换向器
p
–p=1
–Ω=ω
一般化电机
般化电机
•转子绕组中的电势
–转子旋转时，d和q绕组的元件不断轮换
转子旋转时
–不仅有变压器电势，还有切割产生的运动电势–空间静止，又有运动电势
•伪静止绕组
基本假设
•简化分析
–磁路线性，不考虑剩磁、饱和、磁滞、涡流，磁路线性不考虑剩磁饱和磁滞涡流
电工电子技术第7章 电动机
I2 cosφ2
S n1 n n1
1
I2
起动时，S =1，n =0
起动时，I2 很大,
cosφ2 cosφ2 很低
O
S 1
n ↓ →S↑→I2↑
返回
3. 转矩公式
T = KT Φ I2cosφ2
KTΦ
SE20
R22 ( SX 20 )2
R2 R22 ( SX 20 )2
KTΦ
TN nN 9550
1450 65.9 kW 10kW 9550
例2、一台异步电动机，额定转矩TN=65.9N·m， 额定转速nN=1450r/min，起动能力为1.4，过载 系数为2.0，求Tmax、Tst 、 PN 。
Baidu Nhomakorabea
解：
Tmax mTN 2 65.9 131.8N m
λS =
Tst TN
Tst＝1.4×65.9＝92.9N·m
PN
1SSTmm将 转=axR=T差2Km/率XaTxU2对.012/应2X的20Sm 称为临界
返回
0 < S < Sm电动机运行稳定， Sm < S < 1电动
机运行不稳定。
异步电动机的电磁转矩与定子相电压U12成正 比。当电源电压有所变动时，对电磁转矩影
传感器第7章
7.1.2 测量电路
微分电路 磁电式 传感器
量程选择
前置放大
积分电路
主放大器
显示或 记录
量程转换开关
7.1.3 磁电感应式传感器的应用
磁电感应式振动速度传感器
磁电感应式扭矩传感器
e %
电磁流量计
E = BDv
qV =
π D2
4
v=
π DE
4B
= K ⋅E
磁场的激励
7.2 霍尔式传感器
KH0IH0 = KH IH
RP 0 =
(α − β − γ ) R I 0
γ
7.2.2 测量电路
I
+ uH −
RL
RP
E
7.2.3 霍尔式传感器的应用
微位移的测量
UH
∆Z
转速的测量
霍尔元件
永磁体
被测物体
被测物体
霍尔元件 永磁体
（a）
（b）
1kΩ
100kΩ
4.7kΩ
Rf
µ A741
Eb 12V
此外， 此外，为减小外界磁场对传感器空气隙磁通密度的影 除在传感器结构上对永磁系统进行屏蔽外， 响，除在传感器结构上对永磁系统进行屏蔽外，还需对永 久磁铁进行稳磁处理 方法是将永久磁铁置于螺线管中， 稳磁处理。 久磁铁进行稳磁处理。方法是将永久磁铁置于螺线管中， 通以适当的交流电流1分钟，然后使交流电流渐减至零。 通以适当的交流电流 分钟，然后使交流电流渐减至零。使 分钟 永久磁铁经受一定幅度的交变磁场作用，使其工作点稳定。 永久磁铁经受一定幅度的交变磁场作用，使其工作点稳定。
第7章 异步电动机原理
2020/4/2
25
§7.3.3 转子绕组的折合（折算）
—电机与拖动基础—
要求：保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发 生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的 铜耗和漏磁场储能均保持不变。
简单的说就是转子侧的磁通势没有改变，不影响定子边。
笼型转子。
如果是铜，其工艺是焊接。就需要把事先做好的裸铜条插
入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜条上，最
后焊在一起。适合于大型电机的笼型转子。
绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求启动
电流小，启动转距大，或需平滑调速的场合使用。
2020/4/2
10
—电机与拖动基础—
三相异步电动机的转子铁芯 a）铜条转子 b）铸铝转子
0 E2 I2 (r2 jx2 ) E2 I2 z2
z2 r2 jx2 是转子绕组的漏阻抗。
转子相电流为:
2020/4/2
I2
r2
E2 jx 2
E2
e j2
r22
x
2 2
24
2
arctg
x2 r2
—电机与拖动基础—
是转子绕组回路的功率因数角.
根据定、转子磁动势合成关系，有
F1 F2 F0
对有些高压电动机，往往定子绕组有三根引出线，只在电源 电压符合电动机铭牌电压值，便可使用。
87. 第四章第七节：感应电动机(一)
4.7感应电动机
考试大纲
7.1了解感应电动机的种类及主要结构
7.2掌握感应电机转矩、额定功率、转差率的概念及其等效电路 7.3了解感应电动机三种运行状态的判断方法 7.4掌握感应电动机的工作特性 7.5掌握感应电动机的启动特性 7.6了解感应电动机常用的启动方法 7.7了解感应电动机常用的调速方法
7.8了解转子电阻对感应电动机转动性能的影响
7.9了解电机的发热过程、绝缘系统、允许温升及其冷却方式 7.10了解感应电动机拖动的形式及各自特点 7.11了解感应电动机运行及维护工作要点
发输配和供配电历年考题统计
4.7.1三相绕组的电动势
线匝是由不同槽内的两根导体联结而成的匝数为1的线圈。线圈节距y1小于极距τ为短距线圈；线圈节y1等于极距τ为整距线圈；线圈节距y1大于极距τ为长距线圈。
(1) 整距线圈的感应电动势。
1)N k 线圈基波电动势的有效值为：1114.44k k E f N =Φ
2)N k 匝线圈v 次谐波电动势的有效值为：1
114.44k k E vf N =Φ
(2) 整距分布线圈组的电动势。
1) q 个相同的线圈串联成的线圈组的总基波电动势有效值为：1114.44k dl E f qN k Φ=Φ
式中
dl k ——基波分布因数，小于1，sin 2sin
2
dl q
k q αα=
α——槽距角360
p Z
α⨯=
，p 为极对数，Z 为定子数。 2) q 个相同的线圈串联成的线圈组的总谐波电动势有效值为：114.44v k dv E f qN k Φ=Φ
式中dl k ——v 次谐波分布因数，sin 2sin
电机的种类及工作原理
第7章 驱动和控制微电机
“自转”现象及避免“自转”现象方法： 自转”现象及避免“自转”现象方法： 自转 “自转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时，伺 自转”现象：当励磁电压不为零，控制电压为零时， 自转 服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小， 服电动机相当于一台单相异步电动机，若转子电阻较小， 则电机仍然旋转。 则电机仍然旋转。 避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。 避免“自转”现象方法：增大转子电阻值。
U TD = kT Ra
第7章 驱动和控制微电机
直流伺服电动机的机械特性如下： 直流伺服电动机的机械特性如下：
2、调节特性 、
定义：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。 定义：指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的关系。
直流伺服电动机的调节特性如上图所示。 直流伺服电动机的调节特性如上图所示。
第7章 驱动和控制微电机
7.4.2
交流伺服电动机
一、交流伺服电机的工作原理
交流伺服电动机一般为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。 交流伺服电动机一般为两相交流电机，由定子和转子两部分组成。 转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差 电角度， 转子有笼形和杯形两种。定子为两相绕组，并在空间相差90°电角度，一个
电机学第7章
2、工作原理
◆ 感应电势 有效值：由第11章可知，每相感 应电势的有效值为 ◆ 感应电势 频率： 感 应电势的频率决定于同步电机的转速n 和极 对数p ，即 f=np/60 ◆ 交变性与对称性：由于旋转磁场极性相 间，使得感应电势的极性交变；由于电枢 绕组的对称性，保证了感应电势的三相对 称性。
iA
图7.18 主极磁密的空间分布曲线
基波的 速n。即
,转速与基波相同，均为转子转 。因此，v次谐
波磁场在定子绕组中感应电动势的频率为
(7-13)
• 根据与式(7 12)相同的推导，可得v次谐波 电动势的有效值为
(7-14)
• 式中Φv——v次谐波的每极磁通量
(7-14)
• kNv、kyv、kqv分别为v次谐波的绕组系数、短 距系数和分布系数。对v次谐波而言，由于 极对数增加v倍，故相应的电角度增加v倍
2、线圈节距及有效边
线圈放于槽内的直线部分称为有效边，
两端起连接作用的部分称为端接。
绕组节距
线圈两个有效边之间的距离称为绕组 节距。节距一般用铁心上的槽数表示，例 如线圈的一个有效边在第1号槽中，另一边 在第9号槽中，两有效边所跨槽数为8，则 y=8。
有效边
3、极距、整距线圈及短距线圈
交流电机的磁场有一定的极对数，每一 磁极所占定子内圆周的距离称为极距。极距 一般也用槽数表示，例如定子槽数Q=36，极 对数p=2，则极距t=Q/2p=9。线圈节距y=t， 称为整距线圈。 为了缩短端接部分以节省有色金属，并
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第7章 感应电动机
7.1 感应电动机的原理、种类及主要结构
7.1.1 三相异步电动机的原理
三相异步电动机的定子铁心上嵌有对称三相绕组，在圆柱体的转子铁心上嵌有均匀分布的导条，导条两端分别用铜环把它们联接成一个整体。当对称三相绕组接到对称三相电源以后，即在定子、转子之间的气隙内建立了以同步转速n 0旋转的旋转磁场。由于转子上的导条被这种旋转磁场的磁力线切割，根据电磁感应定律，转子导条内会感应产生感应电动势，若旋转磁场按逆时针方向旋转，如图7-1-1所示，根据右手定则，可以判明图中转子上半部导体中的电动势方向，都是进入纸面的，下半
部导体中的电动势都从纸面出来的。因为转子上导条已
构成闭合回路，转子导条中就有电流通过。如不考虑导
条中电流与电动势的相位差，则电动势的瞬时方向就是
电流的瞬时方向。根据电磁力定律，导条在旋转磁场中，
并载有由感应作用所产生的电流，这样导条必然会受到
电磁力。电磁力的方向用左手定则决定。从图7-1-1可看
出，转子上所有导条受到的电磁力形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向旋
转，其转速为n 。如转子与生产机械联接，则转子上受到的电磁转矩将克服负载转矩而作
功，从而实现能量的转
换，这就是三相异步电动
机的工作原理。
7.1.2 三相异步电机的
结构
和直流电机一样，三
相异步电动机主要也由
静止的定子和转动的转
子组成。定子与转子之间
有一个较小的气隙。图
7-1-2表示绕线转子三相
异步电动机的结构。
1．定子 异步电动机的定子由定子
铁心、定子绕组和机座三部分组成。
图7-1-1 三相异步电动机的工作原理 图7-1-2 绕线转子异步电动机剖面图
1-转子绕组 2-端盖 3-轴承 4-定子绕组 5-转子
6-定子 7-集电环 8-出线盒
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（1）定子铁心 定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了使异步电动机能产生较大的电磁转矩，希望有一个较强的旋转磁场，同时由于旋转磁场对定子铁心以同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小与方向都是变化的，必须设法减少由旋转磁场在定子铁心中所引起的涡流损耗和磁滞损耗，因此，定子铁心由导磁性能较好的0.5mm 厚且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。对于容量较大（10kW 以上）的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘之用。
定子铁心上的槽形通常有三种：半闭口
槽、半开口槽及开口槽。从提高电动机的效
率和功率因数来看，半闭口槽最好，如图
7-1-3 c)所示。但绕组的绝缘和嵌线工艺比较
复杂，所以这种槽形适用于小容量的及中型
的低压异步电动机。半开口槽的槽口等于或略大于槽宽的一半，如图7-1-3 b)所示半开口槽可以嵌放成型线圈，这种槽形用于大型低压异步电动机。开口槽如图7-1-3 a)所示，用于高压异步电动机，以保证绝缘的可靠和下线方便。
（2）定子绕组 定子绕组是异步电机定子部分的电路，它也是由许多线圈按一定规律联接而成。能分散嵌入半闭口槽的线圈，由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成；放入半开口槽的成型线圈用高强度漆包扁铝线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。开口槽也放入成型线圈，其绝缘通常采用云母带，线圈放入槽内必须与槽壁之间隔有“槽绝缘”，以免电机在运行时绕组对铁心出现击穿或短路故障。
一般根据定子绕组在槽内布置的情况，有单层绕组及双层绕组两种基本型式。容量较大的异步电动机都采用双层绕组。双层绕组在每槽内的导线分上下两层放置，上下层线圈边之间需要用层间绝缘隔开。小容量异步电动机常采用单层绕组。槽内定子绕组的导线用槽楔紧固。槽楔常用的材料是竹、胶布板或环氧玻璃布板等非磁性材料。
（3）机座 机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。中小型异步电动机一般都采用铸铁机座，并根据不同的冷却方式而采用不同的机座型式。例如小型封闭式电动机、电机中损耗变成的热量全都要通过机座散出。为了加强散热能力，在机座的外表面有很多均匀分布的散热筋，以增大散热面积。对于大中型异步电动机，一般采用钢板焊接的机座。
2．转子
异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
（1）转子铁心 转子铁心也是电动机主磁通路的一部分，一般也由0.5毫米厚冲槽的硅钢片叠成，铁心固定在转轴或转子支架上。整个转子铁心的外表面成圆柱形。
（2）转子绕组 转子绕组分为笼型和绕线型两种结构，下面分别说明这两种绕组结构型式的特点。
图7-1-3 定子铁心槽形 a)开口槽 b)半开口槽 c)半闭口槽
3 1） 笼型绕组 由于异步电动机转子导体内的电流是由电磁感应作用而产生的，不需要由外电源对转子绕组供电，因此绕组可自行闭合，绕组的相数亦不必限定为三相。因此笼型绕组的各相均由单根导条组成。笼型绕组由插入转子的导条和两端的环形端环组成。如果去掉铁心，整个绕组的外形就象一个关松鼠的笼子，如图7-1-4。具有这种笼型绕组的转子，习惯上称为笼型转子。为了节约用铜和提高生产率，小容量笼型异步电动机一般都采用铸铝转子如图7-1-5。这种转子的导条和端环一次铸出。对容量大于100W 的电机，由于铸铝质量不易保证，常用铜条插入转子内，在两端焊上端环，构成笼型绕组。笼型转子上既无集电环，又无绝缘，所以结构简单、制造方便、运行可靠。
2）绕线型绕组 它与定子绕组一样也是一个对称三相绕组，这个对称三相绕组接成星形，并接到转轴上三个集电环，再通过电刷使转子绕组与外电路接通如图7-1-6。这种转子的特点是，通过集电环和电刷可在转子回路中接入附加电阻或其它控制装置，以便改善电动机的起动性能或调速特性。
3．气隙
异步电动机定、转子之间的气隙是很小的，
中小型电机一般为0.2~2mm 。气隙的大小与异步
电动机的性能关系极大。气隙愈大，磁阻也愈大。
磁阻大时，产生同样大小的旋转磁场就需要较大
的励磁电流。励磁电流是无功电流（与变压器中
的情况一样），该电流增大会使电机的功率因数
变坏。然而，磁阻大可以减少气隙磁场中的谐波
含量，从而可减少附加损耗，且改善起动性能。
气隙过小，会使装配困难和运转不安全。如何决定气隙大小，应权衡利弊，全面考虑。一
般异步电动机的气隙以较小为宜。
7.2 感应电动机转矩、额定功率、转差率的概念及其等值电路
7.2.1 转差率的概念
图7-1-4 铜条笼型转子 图7-1-5 铸铝笼型转子
图7-1-6 绕线转子异步电动机示意图