华中科技大学_电机学_第五章_异步电机(完美解析)解剖
三相异步电动机结构详细图解
三相异步电动机结构详细图解图1封闭式三相异步电动机的结构1—端盖2-轴承3—机座4-定子绕组5-转子6—轴承7-端盖8—风扇9—风罩10—接线盒异步电动机的结构也可分为定子。
转子两大部分.定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分.由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场,同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同，交流电机定子是电枢。
另外，定。
转子之间还必须有一定间隙（称为空气隙），以保证转子的自由转动。
异步电动机的空气隙较其他类型的电动机气隙要小，一般为0。
2mm~2mm。
三相异步电动机外形有开启式。
防护式.封闭式等多种形式，以适应不同的工作需要。
在某些特殊场合,还有特殊的外形防护型式，如防爆式。
潜水泵式等。
不管外形如何电动机结构基本上是相同的。
现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。
如图1所示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。
1.定子部分定子部分由机座。
定子铁心。
定子绕组及端盖。
轴承等部件组成。
(1）机座。
机座用来支承定子铁心和固定端盖。
中.小型电动机机座一般用铸铁浇成,大型电动机多采用钢板焊接而成。
（2）定子铁心。
定子铁心是电动机磁路的一部分。
为了减小涡流和磁滞损耗，通常用0.5mm厚的硅钢片叠压成圆筒，硅钢片表面的氧化层(大型电动机要求涂绝缘漆)作为片间绝缘，在铁心的内圆上均匀分布有与轴平行的槽,用以嵌放定子绕组.(a）直条形式（b）斜条形式图2 笼型异步电动机的转子绕组形式（3)定子绕组。
定子绕组是电动机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而成。
它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。
通常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽内。
槽口用槽楔(一般为竹制)塞紧。
槽内绕组匝间.绕组与铁心之间都要有良好的绝缘.如果是双层绕组(就是一个槽内分上下两层嵌放两条绕组边），还要加放层间绝缘。
华中科技大学电机学异步电机完美解析
定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气 隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速
为同步转速，记为n1。
n1
60 f1 p
同步转速大小取决于电流频率f1和绕组极对数p， 转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。
转子转速n
转子的机械转速为转子转速，记为n 。 转差率s：同步转速n1与转子转速n之差对 同步转速n1之比值，记为s。
➢定子绕组中流过三相对称电流，在 气隙中产生基波旋转磁场。
➢气隙旋转磁场在短路的转子绕组中 感应电动势并产生电流。
➢该感应电流与气隙中的旋转磁场相 互作用产生电磁转矩，驱动转子旋 转，实现异步电机的运行。
N
n<n1
n1
S
两极异步电动机示意图
17
三、异步电机的三种运行状态
1、异步电机的转差率
同步转速n1
个形状相同的槽。
7
②定子槽形： ➢ 半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。 ➢ 半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。 ➢ 开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并
浸漆处理过的成型线圈。
8
③ 定子绕组：构成电路部分，用来感应电动势、流过电流、实 现机电能量转换。
在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一 般由单相异步电动机来拖动。
3
➢ 异步电机优缺点
优点： 结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐
用、运行效率较高并具有适用的工作特性。
缺点： 功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性
无功功率，因此它的功率因数总小于1；目前尚不能经济地 在较大范围内平滑调速。
➢ 右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 ➢ 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n同转向，Tem为
06电机拖动第五章异步电机二2 共26页
pCu1
m1
I
2 1
R1
sPe——转差功率
动
pFe
m1
I
2 m
R
m
基 础
Pe
m1E2 I 2
cos 2
m1I 22
R2 s
转速n越低，转差 率s越大，即转差 功率越大，则转
pCu 2
m1I 22 R2
sPe
子铜耗就越大
Pmech
Pe
拖 动
• 负载增大时：P2增加、I2增大以产生更大的电磁功率，故 s也增大、n稍有下降
基
础 • 一般转子铜耗很小，额定负载时：s≈1.5%～5%，则
n≈(0.985～0.95)ns
——异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。
11
2、定子电流特性 I1f(P2)
I1 Im(I2)
电 机 • 空载时：定子电流几乎全部为励磁电流Im 学 • 负载增大时：P2增加、n下降、I2′增大，故I1随之增大 及 ——异步电动机的定子电流几乎随P2按正比例增加。 拖
空载特性曲线
16
2、励磁参数、铁耗及机械损耗的确定
（1）机械损耗和铁耗的分离 电
机 学
• 空载时，s≈0、I2≈0
及
p 10m 1I1 2R 1pF epm ech
拖
动
p 10m 1I1 2R 1pF epm ech
基
础 • 铁耗与磁密平方、即与端电压平方成正比
• 机械损耗仅与电动机转速有关，空载时可认为是恒值
17
（2）励磁参数的确定
• 空载时，s≈0
华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案解析
当串入 R ad 1 R ad 1 Ra Rad 1 Ra Rad 1 3时， n1 TN n＝ 1＋ n 2 Ra Ra Ke Kt
3 n1 1＋ 59 790(r / min) 0.242
⑶
UN n0 1559 U 当U U N / 2时，n01 ＝779.5(r / min) Ke 2K e 2 2
n1 n01 n 779.5 59 720.5(r / min)
⑷
当 0.8 N 时，n01 UN n U 1559 0 1949 (r / min) Ke 0.8K e N 0.8 0.8
UN U N nN n0 Ke N U N I N Ra
n0
220 1500 1559 (r / min) 220 34.4 0.242
PN 6.5 TN 9550 9550 40.5( N m) nN 1500
⑵
在（ 1 ）中，n n0 nN 1559 1500 59(r / min)
jL=ωM/ωL= nM/nL=900/60=15
JZ JM
J1 J L 2 16 2 2 2.5 2 2 2.8(kg m) j1 jL 3 15
2.8 如图所示，电动机转速nM＝950r/mim，齿轮减速箱的传动比 J1＝ J2 ＝4，卷筒直径D＝0.24m，滑轮的减速比J3 ＝2，起重负 荷力F＝100N，电动机的飞轮转矩GDM2＝1.05N.m，齿轮、滑轮 和卷筒总的传动效率为0.83。试求提升速度v和折算到电动机轴 上的静态转矩TL以及折算到电动机轴上整个拖动系统的飞轮惯量 GDZ2。
华中科技大学版【电机学】(第三版)电子讲稿【第五章】
第五章：感应电机的稳态分析主要内容：三相感应电机的结构原理，及磁势，磁场。
感应电机的基本方程式，等效电路。
工作特性，及启动调速问题，最后介绍单相感应电机。
5-1 感应电动机的结构，原理和运行状态为了更好的理解感应电动机的工作原理，首先介绍结构。
一、感应电动机的结构主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成，定、转子之间有一很小的气隙。
1、定子：由定子铁心，定子绕组和机座三部分组成定子铁心：是主磁路的一部分，为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁芯由0.5mm的硅钢片叠成。
在定子铁心内圆上均匀的冲有一定槽形的槽，用来嵌放定子绕组槽形分：半闭口，半开口，开口从提高效率和功率因数来看，半闭口槽最好，因为它可以减少气隙磁阻，使产生一定数量的旋转磁场所需的励磁电流最少。
但绕组的绝缘和嵌线工艺比较复杂，因此只用于低压中小型异步电动机中。
对于中型异步电动机通常采用半开口槽。
（500伏以下）对于高压中型和大型异步机，一般采用开口槽，以便于嵌线。
定子绕组：定子铁心槽内对称的放置三相绕组，当三相绕组中通入对称三相交流电流时产生旋转磁场。
机座：用来支撑整个电机。
2、转子：由转子铁心，转子绕组，和转轴组成。
转子铁心：也是主磁路的一部分，由厚0.5mm的硅钢片叠成，在铁心外缘冲有一圈开口槽，外表面成圆柱形。
转子绕组：分笼型：一般采用铸铝，结构简单，制造方便。
应用广泛。
绕线形：转子槽内嵌有三相绕组，通过集电环和电刷与外电路接通。
这样可以在转子绕组中接入外加电阻，改善启动和调速性能。
此种结构较笼型复杂，只用于启动性能要求较高和需调速的场合。
3、气隙：在定、转子之间有一气隙，气隙大小对异步机的性能有很大的影响。
气隙大磁阻大，要产生同样大小的旋转磁场就需较大的励磁电流，由于激磁电流基本上是无功电流，所以为了降低电机的空载电流，提高功率因数，气隙应尽量减少。
一般气隙长度应为机械条件所容许达到的最小值。
中小型电机气隙一般为0.2-0.7二、异步电动机的工作原理。
电机学异步电机.ppt
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二 短路试验及短路参数之确定
（1） 短路试验:
短路指T形电路中的附加电阻 (1 s)r2 / s 0的状态.
n=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验. 试验方法
一般从I1=1.2IN （或：U1=0.4UN）开始, 逐步降低电压.到I1=0.3IN 测量5~7点, 每次记录端电压,定子短路电流和短路功率, 测量定子绕组的电阻. 根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1),p1s=f(U1)
（1）型号 （2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下
运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和 kW。 （3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下 运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和 kV 。
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第一节 异步电机的基本结构
（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率 状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。
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二 短路试验及短路参数之确定
（2）短路参数的确定 (与变压器相同)
由于 Zm Z2 励磁支路开路: Im 0 pFe 0 且：P2 0; pmec 0
全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗.
p1s m1I12r1 m1I2r2； Im 0, I2 I1 I1s
电磁理论。
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第三节 三相异步电机的等效电路
x1
r1
I1
U1
f1
n0
E1
E2
r2
f2 f1
x2
I2
m1, N1, K N1
三相异步电动机结构图解
三相异步电动机结构图解图1封闭式三相异步电动机的结构1—端盖2—轴承3—机座4—定子绕组5—转子6—轴承7—端盖8—风扇9—风罩10—接线盒异步电动机的结构也可分为定子.转子两大部分。
定子就是电机中固定不动的部分，转子是电机的旋转部分。
由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场，同时从电源吸收电能，并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能，所以与直流电机不同，交流电机定子是电枢。
另外，定.转子之间还必须有一定间隙(称为空气隙)，以保证转子的自由转动。
异步电动机的空气隙较其他类型的电动机气隙要小，一般为0.2mm～2mm。
三相异步电动机外形有开启式.防护式.封闭式等多种形式，以适应不同的工作需要。
在某些特殊场合，还有特殊的外形防护型式，如防爆式.潜水泵式等。
不管外形如何电动机结构基本上是相同的。
现以封闭式电动机为例介绍三相异步电动机的结构。
如图1所示是一台封闭式三相异步电动机解体后的零部件图。
1.定子部分定子部分由机座.定子铁心.定子绕组及端盖.轴承等部件组成。
(1)机座。
机座用来支承定子铁心和固定端盖。
中.小型电动机机座一般用铸铁浇成，大型电动机多采用钢板焊接而成。
(2)定子铁心。
定子铁心是电动机磁路的一部分。
为了减小涡流和磁滞损耗，通常用0.5mm厚的硅钢片叠压成圆筒，硅钢片表面的氧化层(大型电动机要求涂绝缘漆)作为片间绝缘，在铁心的圆上均匀分布有与轴平行的槽，用以嵌放定子绕组。
(a)直条形式(b)斜条形式图2 笼型异步电动机的转子绕组形式(3)定子绕组。
定子绕组是电动机的电路部分，也是最重要的部分，一般是由绝缘铜(或铝)导线绕制的绕组联接而成。
它的作用就是利用通入的三相交流电产生旋转磁场。
通常，绕组是用高强度绝缘漆包线绕制成各种型式的绕组，按一定的排列方式嵌入定子槽。
槽口用槽楔(一般为竹制)塞紧。
槽绕组匝间.绕组与铁心之间都要有良好的绝缘。
如果是双层绕组(就是一个槽分上下两层嵌放两条绕组边)，还要加放层间绝缘。
《电机学》教案 第五章
第五章异步电机感应电动机优点：结构简单、运行可靠、效率高、制造容易、成本低。
感应电动机缺点：不能平滑调速、调速范围窄、降低电网功率因数（对电网来讲是感性负载）。
5．1异步电机的基本类型和基本结构基本类型：单相鼠笼式异步电机；三相鼠笼式异步电机；三相绕线式异步电机异步电机主要结构包括：静止的定子，旋转的转子，气隙。
基本类型中就是指转子的结构形式。
1．定子------定子铁心、定子三相或单相绕组、机座2．转子-----转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴3．气隙---0.2mm~1.5mm因为磁势大部分都消耗在气隙上，气隙小则电机的空载磁化电流就小，功率因数高。
考虑到机械的原因，气隙又不能太小。
5．2异步电机的基本工作原理1．电动机状态（0< n < n1, 0< s <1 ）p214图(1)定子三相对称绕组通入三相对称电流，产生同步转速旋转的气隙磁场。
(2)转子导体运动（相对磁场，磁场转速快）切割磁力线，产生感应电动势，进而产生电流。
电流与气隙磁场的相互作用产生与转子转向相同的拖动转矩。
(3) 电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。
2．发电机状态 （ n > n 1 , s<0 ） （1） 原动机拖动转子以n(>n 1)转速旋转。
(2) 转子导体运动（相对磁场，磁场转速慢）切割磁力线，产生感应电动势，进而产生电流。
电流与气隙磁场的相互作用产生与转子转向相反的制动转矩。
(3) 电机从轴上吸收机械功率，经过气隙耦合再向电网输出电功率。
3．电磁制动状态 ( n<0 , s>1)转子逆着磁场方向旋转，此时电机既从电网吸收电功率又从轴上吸收机械功率，它们都消耗在电机内部变成损耗。
5．3异步电动机的额定值额定功率：电机轴上输出的机械功率W , kW 额定电压：定子绕组线电压V 额定电流：定子绕组线电流A 额定频率：电网频率即工频50H Z额定转速：额定工况下的转子转速r/min另外有：额定运行时的效率N η 和额定运行时的功率因数N ϕcos 关系式：N N N N N I U P ϕηcos 3=定子三相绕组Y接时 N N N N U U I I φφ3== ；定子绕组Δ接时N N NN U U I I φφ==35．4转子静止时的异步电机 5.4.1 转子绕组开路定子三相绕组中依次通入三相电流C B A I I I 0.0.0.,,（对称，互差1200, p216 Fig.5.9）。
异步电机结构及工作原理
异步电机结构及工作原理朋友们！今天咱们来唠唠异步电机这个在工业和日常生活中都超级常见的东西。
先说说异步电机的结构吧。
异步电机主要有两个大的部分，一个是定子，另一个是转子。
这就像是一个电机的身体和心脏一样，各有各的重要性。
定子呢，就像是电机的外壳部分的重要组成。
它主要由定子铁芯、定子绕组和机座组成。
定子铁芯是由一片片很薄的硅钢片叠压而成的，你可别小瞧这些硅钢片，它们的作用可大了。
硅钢片有很好的导磁性能，可以让磁场在里面顺利地通过。
定子绕组就缠绕在这个定子铁芯上，就像给铁芯穿上了一件有特殊功能的衣服。
定子绕组是用绝缘导线绕制而成的，这些绕组按照一定的规律排列，一般是三相绕组，它们是产生旋转磁场的关键所在。
机座呢，就是用来固定定子铁芯和定子绕组的，它就像一个坚实的框架，让整个定子部分稳稳当当的。
再看看转子。
转子有两种常见的类型，一种是鼠笼式转子，另一种是绕线式转子。
鼠笼式转子看起来就像是一个小笼子一样。
它是由转子铁芯和嵌在铁芯槽里的导条组成的，这些导条的两端用端环连接起来，整体看起来就特别像一个小老鼠笼子，所以才叫鼠笼式转子呢。
绕线式转子呢，它的结构稍微复杂一点。
它也是有转子铁芯，但是上面绕着三相绕组，而且这些绕组的三个端点是通过滑环和电刷连接到外部电路的。
那异步电机是怎么工作的呢？这就很有趣了。
当异步电机接通电源后，定子绕组中就会通入三相交流电。
这三相交流电会在定子铁芯内部产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场就像一个无形的大手，以一定的速度在旋转。
这个速度被称为同步转速，它和电源的频率以及电机的磁极对数有关。
对于转子来说，当这个旋转磁场开始旋转的时候，转子绕组或者导条就会切割这个旋转磁场的磁感线。
根据电磁感应定律，只要导体切割磁感线就会产生感应电动势。
由于转子绕组或者导条是闭合的电路，所以就会产生感应电流。
这个感应电流又会在转子上产生一个磁场。
这个转子的磁场和定子产生的旋转磁场就会相互作用。
就好像是两个磁铁之间的相互吸引和排斥一样。
电工学 第五章第二节 三相异步电动机
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异步电动机产品名称代号
产品名称 异步电动机 绕线型异步电动机 防爆型异步电动机 高起动转矩异步电动机 新代号 Y YR YB YQ 汉字意义 异 异绕 异爆 异起
老代号
J、JO JR、JRO JB、JBO JQ、JQO
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Im
1
U1 W2 U2 V2
O
t
L2 L3 W1
i2 i3
V2
W1
U1 W2
V1
旋转磁场是沿着：
U1 V1
◆ 与三相绕组中的三相电流 的相序：L1 → L2 → L三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数
对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120°的 空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示， 则p=1。
若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组 始端之间相差60°空间角，因而旋转磁场具有两对磁极， A p=2 A Y´ A Z´
Y´ C´ B
X´
B´ Z A´ Y
X
C C
A ´ X Y ´Z ´ ´
X
C´ X´ B´
Z´
转子 P=2 A´ Y
B X
B
Z
C
磁场位置(t=0)
§5-2 三相异步电动 机
概述
异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与 转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实 现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。 异 步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、 绕线式异步电动机。 作电动机运行的异步电机。 因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。 异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大 的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷 的60％多。
第五章-异步电机..-电机及拖动基础第5版-张晓江、顾蝇谷主编-教辅PPT课件
N2kW 2 p
I2
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
I1 I2 Im
负载电 流
I1 Im I2
励磁电
.
流
14
• （二）电动势平衡方程式
• 根据基尔霍夫定律，可得出
U1 E1 E1 I1R1
E2s E2s I2 R2 R
EE21s
jjII12XX12s
• （三）电磁关系
异步电 动机的 负载运 行时的 电磁关 系
.
12
• Fm建立气隙主磁场Bm→ m → Ė1和Ė2s
• 有效值 E14.4f4 1N 1kw 1 m • 相量表达E 式2s E 14 .4jf4 4 2N .42kf4 w 12 N 1k m w 1m
E 2 s j 4 . 4 f 2 N 4 2 k w 2 m j 4 . 4 f 1 N 4 2 k w 2 m s
最大值 • ③当Bx为正弦空间函数时，m 与 m 必然是正弦时
间函数
• ④前者矢量表示，后者用相量表示 • ⑤ Bm空间位移与m 和 m 时间相位是一致的，故
可画在一起
.
11
• ⑥由电磁感应定律知感应电动势滞后于磁链90° 电角度，当Bm在A相绕组轴线位置时， Ė1在水平 位置。
• ⑦在相矢图中， Ė2s滞后Bm90º， İ2与F2相位相同， 在空间上滞后于Bm的电角度为90º+φ2
第五章 异步电机（二） ——三相异步电动机运行原理及
单相异步电动机 第一节 三相异步电动机运行时
的电磁过程
• 一、异步电动机负载时的物理情况
• 1、电磁变化过程
.
1
对称 三相 电源
三相 绕组
华中科技大学电机学课件
目录华中科技大学电机学目录下页第一篇12第二篇3第三篇4第四篇5第五篇目录 1 绪论下页�电机在国民经济中的作用�电机的分类�电机学课程性质和学习方法�电机学中常用的电工定律目录电机在国民经济中的作用下页�电能是现代社会最主要的能源，并对人类文明的发展起到了重要的推动作用。
�电机是和电能的生产、输送与利用密切相关的能量转换机械 。
�电机不仅是国民经济各行业中的重要或关键设备，而且在人们日常生活中的应用也越来越广泛。
目录电机的用途下页发电机电机的主要类型变压器电动机下页目录发电机的用途火电厂：将燃料燃烧的热能转换为电能。
水电厂：将水流的势能转换为电能。
核电厂：将原子核裂变的原子能转换为电能。
风电场：将风能转换为电能。
�用于发电厂�用于独立系统中的用于独立系统中的发电机发电机发电机。
目录火力发电厂原理图下页火力发电厂原理图火力发电厂原理图目录变压器的用途下页�主要用于各级变电站中。
�改变交流电能的电压，实现交流电能的经济输送和合理分配。
下页目录电力系统示意图水力发电厂110kV220kV110kV调相机220kV6kV35kV380/220V220k V 220k V110kV水力发电厂220k V110kV10.5kV火力发电厂火力发电厂110kV照明电动机图例发电机双绕组变压器三绕组变压器自耦变压器=GSGSGS GS GSM 3~M 3~GS GSGSGSGS目录电动机的用途下页�作为原动机，拖动各种机械设备。
�据统计，我国电动机的耗电量约占发电量的60% 。
�工业�农业�交通运输业�航天、航空、航海行业�国防、文化教育、医疗卫生、IT等行业�日常生活目录电动机的用途下页�工业机床、机器人、轧钢机、纺织机、造纸机、风机、水泵、压缩机、吊车、卷扬机、传送带等。
�农业电力排灌设备、脱粒机、碾米机、榨油机、粉碎机等。
�交通运输业电气机车、磁悬浮列车、城市轨道列车、无轨电车、电动汽车等。
目录电动机的用途下页�航空和航海业有特殊要求的航空电机、船用电机和推进电机等。
配华中科大机电传动控制(第五版)课后习题答案全解
拖动转矩：电动机产生的转矩Tm或负载转矩TL与转速n相同时，就是拖动转矩。
静态转矩：电动机轴上的负载转矩TL，它不随系统加速或减速而变化。
动态转矩：系统加速或减速时，存在一个动态转矩Td，它使系统的运动状态发生变化。
2.4 多轴拖动系统为什么要折算成单轴拖动系统？转矩折算为什么依据折算前后功率不变的原则？转动惯量折算为什么依据折算前后动能不变的原则？答：在多轴拖动系统情况下，为了列出这个系统运动方程，必须先把各传动部分的转矩和转动惯量或直线运动部分的质量都折算到电动机轴上。
由于负载转矩是静态转矩，所以可根据静态时功率守恒原则进行折算。
由于转动惯量和飞轮转矩与运动系统动能有关，所以可根据动能守恒原则进行折算。
2.5 为什么低速轴转矩大？调速轴转矩小？答：忽略磨擦损失的情况下，传动系统的低速轴和调速轴传递的功率是一样的，即P1＝P2 而P1＝T1ω1，P2＝T2ω2所以T1ω1＝T2ω2，当ω1＞ω2时，T1＜T22.6 为什么机电传动系统中低速轴的GD2比高速轴的GD2大得多？答：因为低速轴的转矩大，所设计的低速轴的直径及轴上的齿轮等零件尺寸大，质量也大，所以GD2大，而高速轴正好相反。
2.10 反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么特点？答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。
位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向无关。
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：转子在主磁通中旋转，要产生涡流和磁滞损耗，采用硅钢软磁材料，可减少磁滞损耗，而采用“片”叠压成，可减少涡流损耗。
3.11为什么直流电动机直接启动时启动电流很大？答：因为Tst=UN/Ra，Ra很小，所以Tst很大，会产生控制火花，电动应力，机械动态转矩冲击，使电网保护装置动作，切断电源造成事故，或电网电压下降等。
故不能直接启动。
3.12 他励直流电动机启动过程中有哪些要求？如何实现？答：要求电流Ist≤（1.5~2）IN，可采用降压启动、电枢回路串电阻进行启动。
《电机学》(华中科技大学出版社)课后答案
解：关键求磁通 BA
(1)∵
b
aa
cvt vt
Bxdx
∴ ev bB(a c vt) B(a vt)v
B(a
c
vt)
0H (a
c
vt)
0
2
(a
I c
vt)
∵ I Hl H(acvt) 2 (a c vt)
= 2990.4 7.08599105 0.5103
=473.9(A)
∵F=NI ∴I=F／N=473.9／600=0.79(A)
1．12 设 1．11 题的励磁绕组的电阻为120 ，接于 110V 的直流电源上，问铁心磁通是多
少？
先求出磁势： ∵是直流电源
∴
不变， e
d dt
N1
d dt
(4) i1 增加，如右图。i1 减小
1.8 在图 1.30 中，如果电流 i1 在铁心中建立的磁通是 m sint ，二次绕组的匝数是 N 2 ，试求二次绕组内感应电动势有效值的计算公式，并写出感应电动势与磁通量关系
的复数表示式。
解：(1) E2
2 fN2m
2
10.9 104Wb 时所需的励磁磁动势和励磁电流。
磁密 B
A
10.9104 12.2510 4
0.89(T)
查磁化曲线 HFe 299( A m)
气隙： H 0.89 4 107 7.08599105 ( A m)
磁动势: F HFel H
383 0.4
1 4 107
0.5103
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
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n1
S
两极异步电动机示意图
17
三、异步电机的三种运行状态
1、异步电机的转差率
同步转速n1
定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气 隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速 为同步转速，记为n1。 同步转速大小取决于电流频率f1和绕组极对数p， 转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。 转子转速n 转子的机械转速为转子转速，记为n 。
14
④ 转轴 支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。
15
3、气隙
定义：定、转子之间的间隙，也
是电机主磁路的组成部分。
气隙大小对异步电机的性能影响 很大。
为了减小电机主磁路的磁阻，降 低电机的励磁电流，提高电机的 功率因数，气隙应尽可能小。
气隙大：磁阻大，励磁电流 异步电机气隙长度应为定、转子 （空载电流）大，功率因数低 在运行中不发生机械摩擦所允许 ；气隙磁场谐波含量（漏磁引 起附加损耗）减少，改善起动 的最小值。 性能。 中、小型异步电机中，气隙长度 气隙小：受加工可能及机械 安全所限制。 一般为0.2～1.5mm。
4
异步电机分类 定子相数 单相异步电动机 两相异步电动机 三相异步电动机
转子结构
鼠笼型异步电动机
绕线型异步电动机
5
一、异步电机的基本结构
异步电机外形图
异步电机结构图
6
1. 定子
①定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。
由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。 为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干 个形状相同的槽。
电机学 Electric Machinery
（第5章 异步电机）
5.1 概述
异步电机的基本结构 异步电动机的额定值
异步电机的基本工作原理
异步电机的三种运行状态
三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械，例 如：风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产 中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。
电磁阻力矩
电能+机械能→内部损耗 （短路）
异步电机只有在定子侧外加电源的情况下，转子侧电动势和 电流由气隙旋转磁场感应产生，因此也称为“感应电机”；而此 感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步”（s 不等于0），才可以产生，因此“感应电机”又称“异步电机” 。
在民用生活中，电扇、洗衣机、电冰箱和空调器等一 般由单相异步电动机来拖动。
3
异步电机优缺点
优点：
结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐 用、运行效率较高并具有适用的工作特性。
缺点： 功率因数较差，电机在运行过程中必须从电网吸收感性
无功功率，因此它的功率因数总小于1；目前尚不能经济地 在较大范围内平滑调速。
斜槽形式
鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图
13
绕线型绕组：与定子绕组具有相同相数、极数的三相对称绕 组，一般采用双层波绕组或叠绕组。
一般接成星形，将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三
个滑环上，再通过电刷与外电路接通。
绕线型转子特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加 电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。
16
二、异步电机的基本工作原理
异步电机定子三相对称绕组接在三 相对称交流电网上，转子绕组对称 短路。 定子绕组中流过三相对称电流，在 气隙中产生基波旋转磁场。
气隙旋转磁场在短路的转子绕组中
N
n< n1
感应电动势并产生电流。
该感应电流与气隙中的旋转磁场相 互作用产生电磁转矩，驱动转子旋 转，实现异步电机的运行。
60 f1 n1 p
转差率s：同步转速n1与转子转速n之差对 同步转速n1之比值，记为s。
n1 n s n1
18
2、异步电机的三种运行状态 异步电机的转子可以是带负载机，也可以是由原动机驱 动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转 速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正 负、大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动 等三种不同运行状态。 ① 0<n<n1 1>s>0：电动机状态 右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n同转向，Tem为
对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个 出线头都引出，可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 W2
V1 U2
W1 V2
Y联结
D联结
9
④ 机座：固定和支撑定子铁心。
要求有足够的机械强度。
10
2. 转子 ① 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置上冲制均匀分布的形状相同的槽。
7
②定子槽形：
半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成。 半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是成型线圈。 开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并 浸漆处理过的成型线圈。
8
③ 定子绕组：构成电路部分，用来感应电动势、流过电流、实 现机电能量转换。
通常采用双层短距绕组，小型电机可采用单层绕组；
左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n反转向，Tem为 制动转矩 旋转磁场阻碍转子运动：电磁制动状态
20
总结
状态 n与s关系 Tem的性质 能量转换 电动机 发电机 电磁制动
n<n1 0<s<1
电磁驱动力矩 电能→机械能
n>n1 s<0
电磁阻力矩 机械能→电能
n<0，n与n1反向 s>1
11
②
转子槽形
槽形的选择主要决定于对运行性能和起动性能的要求。
常见转子槽型
12
③ 转子绕组：构成电路部分，有笼型和绕线型两种绕组型式。 笼型绕组：在转子铁心每个槽内各放置一根导体，在铁心两 端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联 接起来。 笼型绕组一般为铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高 效率，往往采用铜条焊接而成。
驱动转矩
旋转磁场拖动转子：电动机
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② n>n1
s<0：发电机状态
右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n反转向，Tem 为制动转矩 转子拖动旋转磁场：发电机 ③ n<0 s>1：电磁制动状态
右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向