第五章感应电机概要
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第五章 感应电机
第1节 感应电机的结构 第2节 感应电机的工作原理和运行状态 第3节 三相感应电动机的磁动势和磁场 第4节 三相感应电动机的基本方程、相量图和等效电路 第5节 三相感应电动机的参数测定 *第6节 鼠笼转子参数的计算 第7节 感应电动机的功率关系、功率方程和转矩方程
第五章：感应电机
第8节 感应电动机的电磁转矩及机械特性 第9节 感应电动机的工作特性及其计算 *第10节 感应电动机的起动及深槽和双笼电机 第11节 感应电动机的调速 *第12节 特殊感应电动机 *第13节 感应发电机 *第14节 感应电动机在不对称电压下的运行分析
位为A或kA； （4）额定频率：指电动机供电电压的频率。我国规定工频为50Hz； （5）额定转速：指电机额定运行时的转速，单位为 r/min。
N
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
除此以外，铭牌上还标出额定运行状态下的功率因数、 效率、相数、接线方式和温升等。对绕线式电机，还应标出 定子外加额定电压时的转子开路电压和转子额定电流等。
根据加工工艺的不同，鼠笼转子分为铸铝式和焊接式两种
(a) 鼠笼式焊接转子
(b) 鼠笼式铸铝转子 鼠笼转子
5-1 感应电机的结构
绕线式转子绕组和定子绕组相似，在转子槽内嵌有三相 绕组，通过滑环、电刷与外部接通 。
绕线式转子
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕Hale Waihona Puke Baidu式电机转子
轴
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
感应电机的三种运行状态
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
三、感应电动机的额定值
感应电动机的额定值及有关技术数据主要有：
（1）额定功率：指额定运行时输出的机械功率，单位为W或kW； （2）额定电压：指额定运行状态下定子绕组应加的线电压，单位为V或
kV； （3）额定电流：指额定电压和额定功率下运行时的定子绕组线电流，单
定、转子铁心及气隙
定子铁心
定子铁心
定子铁心与机座
定子冲片
定、转子冲片
扇形冲片
成型线圈
散嵌线圈
机座
5-1 感应电机的结构
三相定子绕组可接成星形接法或三角形接法
(a) 星形接法
感应电动机接线板
( b)三角形接法
5-1 感应电机的结构
二、转子
转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成，转子绕组 也是电路的一部分，有鼠笼式和绕线式两种形式 。
转子冲片
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
一、感应电动机的工作原理
感应电动机工作原理 是建立在电磁感应定律和 电磁力定律基础上。
三相对称绕组 三相对称电源
三相对称电流
感应电动机工作原理
圆形旋转磁动势 圆形旋转磁场 切割转子导体产生感应电动势
产生转子电流 驱动负载旋转
电流在磁场中受力 电能转换为机械能
F1
1.35
N1k w1 p
I10
在F1作用下产生气隙磁场Bm，Bm沿气隙圆周正弦分布并以同步转速旋转
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
空载运行时定子磁动势F1近似为产生气隙主磁场的激磁 磁动势Fm，空载电流 I10 近似等于激磁电流 Im （空载时转子 电流很小可忽略不计） 。
空载电流包括两部分， 绝大部分是用来产生旋转磁 场，称为磁化电流，为无功 分量；小部分用以供给空载 损耗，为有功分量。
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
本节分析空载和负载时感应电机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场
1、空载磁动势和空载电流
感应电动机空载时，将定子绕组接至对称三相电压，
便有对称三相电流 I10 在定子绕组中流过，该电流称为空载 电流。若不计谐波磁动势，则该定子电流建立一基波旋转
磁动势F1，其幅值为
对于三相感应电动机，额定功率为
PN 3UN I N cosNN
式中 cosN 、 N 分别为额定运行时的功率因数和效率。
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
四、国产电动机简介
1953年参照前苏联的A、AO系列设计了J、JO系列电机。 1961年全国统一设计了J2、JO2系列，采用了E级绝缘，提高 了性能。1971年起，设计了JO3系列电机，与老产品相比， 重量平均减轻25.2%，起动转矩提高34.5%。1979年开始，组 织了Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘。上世纪90年 代，又设计了替代Y系列电动机的Y2系列，与Y系列相比，Y2 系列提高了防护等级和绝缘等级，安装尺寸及功率等级符合 IEC标准。目前已完成了Y3系列的设计，Y3系列电机全部采 用冷轧硅钢片，具有效率高、噪音低、起动性能好等优点。
产生电磁转矩 转子旋转
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
二、感应电机的运行状态
设感应电机的转速为n，旋转磁场的转速为同步速ns， 二者之间的相对速度称为转差速度，定义转差速度与同步 速之比为转差率s 。
s ns n ns
转差率是感应电机的一个重要参数，根据其正负和大小 可以判断电机的运行状态，感应电机的运行状态分为电动机 运行状态、发电机运行状态和电磁制动运行状态三种 。
5-1 感应电机的结构
感应电机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空气隙。
一、定子
定子铁心是主磁路的一部分，铁心由0.5mm厚的硅钢片 叠成，在定子铁心内圆上有均匀分布的槽，用来嵌放定子绕 组。定子铁心采用的槽形主要有：半闭口槽、半开口槽和开 口槽。
(a) 半闭口槽 (b) 半开口槽 (c) 开口槽 感应电动机的定子槽形
空载磁动势和磁场
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
2、主磁通、定子漏磁通和感应电动势 根据磁通通过的路径的不同，将磁通分为两部分：主磁
补充例题
一台三相感应电动机，额定功率100kW，额定电压6000V， 额定频率50Hz,额定转速2910r/min，额定功率因数0.90，额 定效率0.92，定子绕组为三相双层绕组，三角形接法，定子 槽数60，每线圈匝数10，并联支路数1。
试求：（1）电机的额定电流；（2）电机的同步转速和额定 转差率；（3）转子电流的频率，转子基波磁动势相对于转 子的转速、相对于定子的转速；（4）要求有效削弱五次和 七次谐波磁动势时，选取定子绕组的节距；（5）额定运行 时定子绕组产生的基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波合 成磁动势的幅值。
第1节 感应电机的结构 第2节 感应电机的工作原理和运行状态 第3节 三相感应电动机的磁动势和磁场 第4节 三相感应电动机的基本方程、相量图和等效电路 第5节 三相感应电动机的参数测定 *第6节 鼠笼转子参数的计算 第7节 感应电动机的功率关系、功率方程和转矩方程
第五章：感应电机
第8节 感应电动机的电磁转矩及机械特性 第9节 感应电动机的工作特性及其计算 *第10节 感应电动机的起动及深槽和双笼电机 第11节 感应电动机的调速 *第12节 特殊感应电动机 *第13节 感应发电机 *第14节 感应电动机在不对称电压下的运行分析
位为A或kA； （4）额定频率：指电动机供电电压的频率。我国规定工频为50Hz； （5）额定转速：指电机额定运行时的转速，单位为 r/min。
N
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
除此以外，铭牌上还标出额定运行状态下的功率因数、 效率、相数、接线方式和温升等。对绕线式电机，还应标出 定子外加额定电压时的转子开路电压和转子额定电流等。
根据加工工艺的不同，鼠笼转子分为铸铝式和焊接式两种
(a) 鼠笼式焊接转子
(b) 鼠笼式铸铝转子 鼠笼转子
5-1 感应电机的结构
绕线式转子绕组和定子绕组相似，在转子槽内嵌有三相 绕组，通过滑环、电刷与外部接通 。
绕线式转子
鼠笼型转子铁心
铸铝式鼠笼绕组
鼠笼转子
绕线式转子铁心
绕Hale Waihona Puke Baidu式电机转子
轴
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
感应电机的三种运行状态
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
三、感应电动机的额定值
感应电动机的额定值及有关技术数据主要有：
（1）额定功率：指额定运行时输出的机械功率，单位为W或kW； （2）额定电压：指额定运行状态下定子绕组应加的线电压，单位为V或
kV； （3）额定电流：指额定电压和额定功率下运行时的定子绕组线电流，单
定、转子铁心及气隙
定子铁心
定子铁心
定子铁心与机座
定子冲片
定、转子冲片
扇形冲片
成型线圈
散嵌线圈
机座
5-1 感应电机的结构
三相定子绕组可接成星形接法或三角形接法
(a) 星形接法
感应电动机接线板
( b)三角形接法
5-1 感应电机的结构
二、转子
转子由转子铁心、转子绕组和转轴等组成，转子绕组 也是电路的一部分，有鼠笼式和绕线式两种形式 。
转子冲片
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
一、感应电动机的工作原理
感应电动机工作原理 是建立在电磁感应定律和 电磁力定律基础上。
三相对称绕组 三相对称电源
三相对称电流
感应电动机工作原理
圆形旋转磁动势 圆形旋转磁场 切割转子导体产生感应电动势
产生转子电流 驱动负载旋转
电流在磁场中受力 电能转换为机械能
F1
1.35
N1k w1 p
I10
在F1作用下产生气隙磁场Bm，Bm沿气隙圆周正弦分布并以同步转速旋转
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
空载运行时定子磁动势F1近似为产生气隙主磁场的激磁 磁动势Fm，空载电流 I10 近似等于激磁电流 Im （空载时转子 电流很小可忽略不计） 。
空载电流包括两部分， 绝大部分是用来产生旋转磁 场，称为磁化电流，为无功 分量；小部分用以供给空载 损耗，为有功分量。
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
本节分析空载和负载时感应电机的磁动势和磁场
一、空载运行时的磁动势和磁场
1、空载磁动势和空载电流
感应电动机空载时，将定子绕组接至对称三相电压，
便有对称三相电流 I10 在定子绕组中流过，该电流称为空载 电流。若不计谐波磁动势，则该定子电流建立一基波旋转
磁动势F1，其幅值为
对于三相感应电动机，额定功率为
PN 3UN I N cosNN
式中 cosN 、 N 分别为额定运行时的功率因数和效率。
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
四、国产电动机简介
1953年参照前苏联的A、AO系列设计了J、JO系列电机。 1961年全国统一设计了J2、JO2系列，采用了E级绝缘，提高 了性能。1971年起，设计了JO3系列电机，与老产品相比， 重量平均减轻25.2%，起动转矩提高34.5%。1979年开始，组 织了Y系列电动机的统一设计，采用B级别绝缘。上世纪90年 代，又设计了替代Y系列电动机的Y2系列，与Y系列相比，Y2 系列提高了防护等级和绝缘等级，安装尺寸及功率等级符合 IEC标准。目前已完成了Y3系列的设计，Y3系列电机全部采 用冷轧硅钢片，具有效率高、噪音低、起动性能好等优点。
产生电磁转矩 转子旋转
5-2 感应电机的工作原理和运行状态
二、感应电机的运行状态
设感应电机的转速为n，旋转磁场的转速为同步速ns， 二者之间的相对速度称为转差速度，定义转差速度与同步 速之比为转差率s 。
s ns n ns
转差率是感应电机的一个重要参数，根据其正负和大小 可以判断电机的运行状态，感应电机的运行状态分为电动机 运行状态、发电机运行状态和电磁制动运行状态三种 。
5-1 感应电机的结构
感应电机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空气隙。
一、定子
定子铁心是主磁路的一部分，铁心由0.5mm厚的硅钢片 叠成，在定子铁心内圆上有均匀分布的槽，用来嵌放定子绕 组。定子铁心采用的槽形主要有：半闭口槽、半开口槽和开 口槽。
(a) 半闭口槽 (b) 半开口槽 (c) 开口槽 感应电动机的定子槽形
空载磁动势和磁场
5-3 三相感应电动机的磁动势和磁场
2、主磁通、定子漏磁通和感应电动势 根据磁通通过的路径的不同，将磁通分为两部分：主磁
补充例题
一台三相感应电动机，额定功率100kW，额定电压6000V， 额定频率50Hz,额定转速2910r/min，额定功率因数0.90，额 定效率0.92，定子绕组为三相双层绕组，三角形接法，定子 槽数60，每线圈匝数10，并联支路数1。
试求：（1）电机的额定电流；（2）电机的同步转速和额定 转差率；（3）转子电流的频率，转子基波磁动势相对于转 子的转速、相对于定子的转速；（4）要求有效削弱五次和 七次谐波磁动势时，选取定子绕组的节距；（5）额定运行 时定子绕组产生的基波、三次谐波、五次谐波和七次谐波合 成磁动势的幅值。