第5章电动机

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05-交流电动机的机械特性

1、旋转磁场的产生
i A , B ,C N 1
17
C
A
iC
iA
B
iB
简单分析
t0时刻：iB 0, iC 0；i A WA A t1时刻：i A 0, iC 0；iB WB B t2时刻：i A 0, iB 0；iC WC C t3时刻：iB 0, iC 0；i A WA A
5
a）定子机座
b）铁心
c）铁心冲片
5.1 三相异步电动机的基本结构及原理
5.1.1 基本结构
结构组成：由定子和转子两大部分构成。 1．定子部分
组成：由定子铁心和定子绕组、机座与端盖等几部分组成。作用：产生旋转磁场； 2）定子绕组：
6
结构：由若干线圈按一定规
律联结成三相对称绕组。作用：产生旋转磁场。
5.1 三相异步电动机的基本结构及原理
5.1.3 铭牌参数
3．接线接线是指在额定电压下运行时，电动机定子三相绕组采用星形“Y” 联结或三角形“△”联结的接线方式。接线方式：取决于每相绕组能承受的电压设计值和电源的线电压。例如：一台三相异步电动机，相电压为220V，铭牌上额定电压标
26
有220/380V、△/Y联结，其接线方式视电源电压而定。
1200
B C
1200
A
i A iB iC i A 转360
0
旋转磁场的转速
n1
60 f1 p
5.1 三相异步电动机的基本结构及原理
5.1.2 基本原理
1、旋转磁场的产生
i A, B ,C N1 n1
18
60 f1 p
2、感应电势E2的产生 N 2 e2 i2 右手定律 3、电磁力F 的产生 i2 F n2 左手定律

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

第5章感应电机习题与解答

A ；B ；
C ；D 。
答A
6.★三相异步电动机气隙增大，其他条件不变，则空载电流（）。
A 增大； B 减小；
C 不变； D 不能确定。
答A
7.三相感应电动机等效电路中的附加电阻上所消耗的电功率应等于（）：
A输出功率；B输入功率；
C电磁功率；D总机械功率。
答D
8.与普通三相感应电动机相比，深槽、双笼型三相感应电动机正常工作时，性能差一些，主要是（）。
答A
12.★设计在电源上运行的三相感应电动机现改为在电压相同频率为的电网上，其电动机的（）。
A 减小，减小，增大；B 减小，增大，减小；
C 减小，减小，减小；D 增大，增大，增大。
答C
13.一台绕线式感应电动机，在恒定负载下，以转差率运行，当转子边串入电阻 ,测得转差率将为（）（已折算到定子边）。
。
答1，
4.★感应电动机起动时，转差率，此时转子电流的值， ,主磁通比，正常运行时要，因此起动转矩。
答 1，很大，很小，小一些，不大
5.★一台三相八极感应电动机的电网频率，空载运行时转速为735转/分，此时转差率为，转子电势的频率为。当转差率为0.04时，转子的转速为，转子的电势频率为。
答0.02，，，
6.三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括，，，和，电动机空载输入功率与这些损耗相平衡。
答定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗
7.三相感应电机转速为，定子旋转磁场的转速为，当时为运行状态；当时为运行状态；当与反向时为运行状态。
答电动机，发电机，电磁制动
8.增加绕线式异步电动机起动转矩方法有，。
Ａ４极，；Ｂ６极，；

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5章无刷直流电动机控制系统

图5-4 霍尔传感器的三相波形（120度）
三、三相直流无刷电动机的换相原理
图5-4表明，三相永磁无刷直流电动机转子位置传感器输出信号Ha、 Hb、Hc在每360°电角度内给出了6 个代码，按其顺序排列，6个代码是101、100、110、010、011、001。当然，这一顺序与电动机的转动方向有关，如果转向反了，代码出现的顺序也将倒过来。图5-5是三相永磁无刷直流电动机的电子换向器主回路，也就是由6 只功率开关元件组成的三相H转子是由永磁材料制成的，是具有一定磁极对数的永磁体。无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，但是这样定子上的电枢通过直流电后，只能产生恒定的磁场，电动机依然转不起来。为了使电动机转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子永磁磁场始终保持90°左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。
B
Z
2 3 1 A 4 6
X
5
C
Y
图5-6 三相永磁无刷直流电动机绕组结构图
可以通过两种不同的途径来分析无刷电动机的换相过程：
Ø 第一条途径是：利用“定子空间的扇区图” 来分析换相过程（6个扇区对应6个代码）（p148），； Ø 第二条途径是：通过分析电动机的三相反电动势来理解换相过程。
运用“定子空间扇区图”可以分析三相无刷直流电动机在360º 电角度内的换相过程，从分析可以看出，定子的磁场是步进地、跨越地前进的，每步跨越60º 电角度，而转子当然是连续地运行的。从分析三相无刷直流电动机的三相反电势的角度，同样也可以理解其换相过程。基本思路是这样的：为了获得最大的转矩，应当使每相的反电势与该相的电流的相位相同。无论是从“定子空间扇区图”还是从电动机定子绕组的反电势来分析三相无刷电动机的换相过程，所得出的开关管的导通和关断状态与转子位置的关系都是相同的。

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。

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 )

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

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5章电机学

P2 P 1
3U N I N cos
鼠笼电机 =72－93％
P 1
UN和IN为额定线电压和线电流
7. 功率因数(cos1)：额定负载时一般为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。
cos 1
P2
PN
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。此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。
感应电机分类
单相感应电动机
按定子绕组供电电源相数三相感应电动机
异步电机
结构简单，坚固，两相感应电动机成本低，运行性能不如绕线式鼠笼式异步电动机按转子绕组的结构绕线式异步电动机
通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能
感应电机的结构
定子铁心
定子
定子绕组
机座
感应电机
转子铁心
绕线型，结构笼型，结构
•电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。
• 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
转子磁动势转子切割磁场的速度为转子感应电动势和电流的频率f2应为
转子电流产生的旋转磁动势F2相对于转子的转速为
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
5.1 感应电机的结构和运行状态 5.2 三相感应电动机的磁场 5.3 转子静止时的异步电机
5.4 转子旋转时的异步电机及等效电路
第五章感应电机的稳态Байду номын сангаас析
5.5 感应电动机参数的测定
5.7 笼型转子的参数计算
5.8 异步电动机功率、转矩平衡方程式

第五章步进电机

按AB C A ……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。（1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6，即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m；若单双拍运行，则N=2m。（2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩

第五章直流电机

电刷的位置： 1. 实际位置：磁极的正中（说明不了原理等问题）。 2. 示意图位置：直接放在几中线的元件上。展开图上位置
原理图上位置
(a)
(b)
(c)
图 5-4 电刷位置与电枢反应
换向及换向火花
换向定义：从一条支路换到另一条支路，元件内的电流改变方向。元件必须经过电刷短接后才能进入另一条支路，换向元件中若存在电势则短接时会产生火花 —— 电磁原因（还有机械、电化学等原因）。换向火花危害：烧坏换向器、绕组，过热、引爆引燃。换向火花克服： 1. 换向极； 2. 移动电刷（没有换向极的电机。转向有关，发电机和电动机正好相反）。见图5-4 注意：发电机和电动机的电流与转向的关系正好相反。克服火花应移动的方向（助记）：—— “顺发、逆动”。
他励发电机有：
Ia I
并励发电机有： I a I + I f
5.2.3
直流发电机的运行特性
（2）复励直流发电机的外特性
积复励—串励与并励磁场方向一致。根据串励绕组对端电压的补偿程度分：平复励、过复励、欠复励
差复励—串励与并励磁场方向相反。电压平衡方程：自励发电机有：
U Cen - I a Ra
直流电动机的转速特性 n f ( I a ) 表达式：
U - I a Ra n Ce
再由 T CT I a 可得：
n n0 - kT (n0 U Ce ; k Ra Ce CT 2 )
5.2.4
直流电动机的的运行特性
2）改变直流电动机转向的办法
方法：1.改变电枢电流方向，励磁电流方向不变； 2.改变励磁电流方向，电枢电流方向不变。即：单独改变电枢绕组或单独改变励磁绕组的接线（将两个接线端反接）。注意：反转时电枢电流更大，应该采取措施限流。

第5章认识电动机

刷装置和换向器，把外电路与电枢绕组连接起来。电刷装在电刷握内，靠弹簧把它压紧，使电刷同换向器保持良好的接触。刷握通过电刷架固定在端盖上，刷握与电刷架是彼此绝缘的。
2．转子部分
（1）．转子铁心转子铁心是由许多形状相同的硅钢片叠制而成的圆柱体，表面均匀分布着
与轴向平行的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁心是直流电机主磁路的一部分。
§5.1直流电动机
学习目标
❖ 认识直流电机的基本构造及分类。 ❖ 读懂直流电机的额定值和了解目前国产直流电机
的主要系列。
直流电机既可作电动机运行，也可作发电机运行。直流电动机是将直流电能转换成机械能而带动生产机械运转的。由于直流电动机具有优良的启动性能和调速性能，因此直流电动机得到广泛的应用。家用电器诸如录音机、录像机、小型干洗器、电动剃须器等都采用直流电动机作为电动源。
第5章认识电动机
知识目标
❖ 懂得直流电机的结构、额定值、系列及用途。 ❖ 懂得交流三相异步电动机的结构、分类及用途。 ❖ 懂得交流三相异步电动机的旋转原理及铭牌数据
的意义。 ❖ 学会三相异步电动机的使用、维护与故障排除。 ❖ 认识几种特殊的电动机。
第5章认识电动机
技能目标
学会三相异笼型步电动机使用前应测试项目及进一步熟练使用有关仪表测量有关电学量
对于上述各类电机，如果按其功能来分类，可分为：
1．发电机——用于把机械能转换成电能； 2．电动机——用于把电能转换成机械能； 3．变压器、变频器、移相器——分别用于改变电源电压、频率和相位； 4．控制电机——作为控制系统中的控制元件或执行元件。
本章在上章了解电磁感应基本知识的基础上，主要学习各种旋转电机的基本结构、用途、工作原理及使用方法。
励磁式直流电动机的定予磁极由铁心和激磁绕组组成。由于励磁绕组的供电方式不同，励磁式直流电动机又分为下面四种(如图5．4所示)。

电机学第5章同步电机

5、旋转变压器
输出电压随转子转角变化而变化，两者呈成正弦、余弦函数关系称为正余弦旋转变压器；成线性关系称为线性旋转变压器，主要用于坐标变换、三角运算的角度测量等。
转子转速与磁场转速不相等。 n0=60f/p，n不等于n0。
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3、三相同步电动机的运行特性
（1）机械特性
转速与负载转矩之间的关系。
n
n=f（M）
n0
由于同步电动机转速恒定不随转
矩而变，这种特性成为绝对硬特
性，即恒转速特性。是同步电动
M
机的基本特性。
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（2）工作特性
指同步电动机外加电压、励磁电流为常数时电磁转矩、定子电流、功率因数、效率、和输出机械功率P2之间的关系曲线。
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额定容量SN 3U相I相；
输出有功功率 SNcos；
输出无功功率 SNsin；
额定电压：线电压U
；
L
额定电流：线电流I；
当Y形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
当形连接时，额定电流 SN SN 3U相 3UL
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解：(1)转子磁极对数p 3,旋转磁场转速为
n 60f 60 50 1000r/min
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例：一台三相Y形连接的隐极同步发电机，每相电抗为2欧姆，每相电阻为0.1欧姆，当容量为500kvA， cosφ=0.8（滞后）时，端电压为2300v，求气隙磁场在一相绕组中产生的电动势。
解：相电压U UL 2300 1327.9V
3
3
相电流I S 500103 125.（ 5 A） 3UL 3 2300
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3、微型同步电动机
将不变的交流电信号转变为转速恒定的机械运动。在自动控制中作为执行元件。在恒速传动装置中广泛应用。分为永磁式、反应式、磁滞式等类型。

电机学第5章感应电机

I2s
E2s
R22
X
2 2s
sE 2 R22 (sX 2 )2
E2
( R2 s
)2
X
2 2
I2
归算前后，转子电流的大小和相位均未改变，磁动势不变。
cos2s
R2
R22
X
2 2s
R2
s
( R2 s
)2
X
2 2
cos2
3.等效电路—频率归算
归算后转子电阻R2变为：R2
s
R2
1 s
s
R2
X m 激磁电抗，表征铁芯线圈磁化性能的一个等效电抗 Z m Rm jX m 异步电机的激磁阻抗
2.空载运行电压方程和等效电路
U1 E1 Im (R1 jX 1 )
E1 Im Z m Im (R m jX m )
I0 Im
r1 jx1
I0 U1
rm E1
jxm
感应电机电磁关系与变压器电磁关系
PN 3U1N I1N cosNN
例5-1
3.额定值
转差率计算
求四极电机转速分别等于0, 1452,1500,1548r/min时的转差率.
同步转速ns=1500r/min
ns
1500 0
0
1
课堂思考
1 笼型和绕线型异步电机结构区别 2 异步电机工作原理 3 异步电机额定值
5.2 三相感应电动机的磁动势和磁场
气隙中合成磁动势为： F1 F2 Fm
3.负载运行时转子和定子的磁动势及磁场
F1 F2 Fm 改写
F1 Fm (F2 )
➢ 负载时转子磁动势的基波对气隙主磁场的影响，称为转子反应。为了使得气隙主磁场保持不变：

05第五章感应电机

n = n1 + n2 = 60( f1 + f 2 ) p = 常数。可见绕线式感应电动机定、转子同时供电时转速与负载无关。
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电机学学习指导
第五章感应电机
5-5 为什么三相感应电机的空载电流比相同容量三相变压器的大得多？答：变压器的主磁路全部由铁磁材料构成，而感应电机的主磁路除了铁磁材料外，还有空气隙。气隙虽然长度很小，但其磁阻很大，使感应电机主磁路的磁阻比容量相同的变压器大得多，因此感应电机的空载电流大得多。感应电机的空载电流标幺值约为 0.2~0.5，而变压器的约为 0.02~0.05。 5-6 感应电动机在轻负载下运行时，为什么效率和功率因数都较低？若定子绕组为 D 联接的感应电动机改为 Y 联接运行，在轻负载下其效率和功率因数与改接前相比有何变化？答：感应电动机轻载时，定子负载电流分量小，定子电流主要取决于无功的激磁电流，而感应电机的激磁电流较大（由于主磁路中存在空气隙），所以功率因数低。轻载时输出的功率小，而不变损耗几乎和满载时一样，因此效率低。若将 D 接的感应电动机改为 Y 接轻载运行，由于相电压变小，因此激磁电流及铁耗都大为减小，所以效率和功率因数都比改接前提高。 5-7 感应电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会有什么严重后果？若电源电压下降 20%，对最大转矩、起动转矩、转子电流、气隙磁通、转差率有什么影响？答：U 1 ≈ E1 = 4.44 f1 Nk w1φ m ，即磁通基本上与电压成正比；在负载转矩不变时，Tem = CT φ m I 2 cosψ 2 不变。若电源电压下降过多，则磁通下降很多，使转子电流增大很多，相应地定子电流也大大增加，因此容易过热甚至烧毁绕组。另外，最大电磁转矩和起动转矩都与电压的平方成正比（不考虑参数变化），电压下降引起二者减小。如果起动转矩降到小于负载转矩时则不能起动；如果最大转矩降到小于负载转矩时，则使原来运行中的电机停转，这就相当于堵转，定、转子电流都急剧上升。电源电压下降 20%时，若不考虑参数的变化，则最大转矩下降到原来的 64%，起动转矩也下降到原来的 64%；磁通下降到原来的 80%，不考虑饱和影响时，空载电流也下降到原来的 80%；在负载转矩不变的情况下，转子电流有功分量上升 25%，定子电流也相应上升，定子功率因数也上升；电动机转速有所降低，转差率 s 增大，sm 不变。 5-8 两台完全的笼型感应电动机同轴相联，拖动同一个负载。如果起动时将它们的定子绕组串联后接到电网，起动完毕后再改为并联，试问这样的起动方法对起动电流和起动转矩有什么影响？答：设并联接到电网起动时，每台电动机的起动电流为 Ist1，每台电动机的起动转矩为 Tst1，则总的起动电流为 2Ist1，总的起动转矩为 2Tst1。定子绕组串联起动时，每台电动机的端电压为并联起动时的 1/2。由于起动电流与电压成正比，所以每台电机的起动电流变为 0.5Ist1，而两电机的定子绕组串联，因此总起动电流也为 0.5Ist1，即为原来总起动电流的 1/4。起动转矩与电压的平方成正比，串联起动时每台电动机的起动转矩为 0.25Tst1，总起动转矩为 0.5Tst1，是原来总起动转矩的 1/4。 5-9 一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后来改为铸铝的。若输出同样的转矩，则电动机的运行性能有何变化？答：转子绕组由铜条改为铝条后，转子回路的电阻增大了，使得电动机的起动电流减小、起动转矩增大、sm 增大、最大转矩不变。在负载转矩不变的情况下，s 增大，转速下降，效率降低。 5-10 一台 50Hz、380V 的感应电动机，若运行于 60Hz、380V 的电源上，当输出转矩不变时，下列各量是增大还是减小？（1）激磁电抗、激磁电流、定子功率因数；（2）转速、同步转速；（3）sm 和最大转矩；（4）起动电流和起动转矩；（5）效率和温升。

第5章电动机

05-交流电动机的机械特性

第五章异步电机

第5章感应电机习题与解答

chap5 第5章 三相异步电动机原理2-1

第5章无刷直流电动机控制系统

第五章 三相异步电动机

第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)

第5章异步电动机二

第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机

第5章：三相异步电动机 拖动与控制

第5章 电机学

第五章 步进电机