电机第4章 三相异步电动机的特性与应用
三相异步电动机的工作原理及特性
2.转子 转子由铁心与绕组构成。
转子铁心也是电动机磁 路旳一部分，由硅钢片叠压 而成。转子铁心装在转轴上。 硅钢片冲片如图所示。
线绕式和鼠笼式两种电动机旳转子构造虽然不同，但工作原理 是一致旳。转子旳作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。
鼠笼式异步电动机转子绕 组是在转子铁心槽里插入铜条， 再将全部铜条两端焊在两个铜 端环上而构成，如图所示。
即1/4转，电流变化一种周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。
由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度
仅为一对磁极时旳二分之一。依次类推，当有p对磁极时，其转速
为：
n0
60 f p
所以，旋转磁场旳旋转速度与电流旳频率成正比而与磁级对数
成反比。
4．工作原理 三相异步电动机旳工作原
理是基于定子旋转磁场和转子 电流旳相互作用。
iC=0 此时旳合成磁场如图（b） 所示，合成磁场已从t=0 瞬间
所在位置顺时针方向旋转了
/3。
3t T 3时
iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。
iB=0 iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；
此时旳合成磁场如图 （c）所示，合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方
第一章 机电传动断续控制
学习任务
1.1 三相异步电机
• 了解三相异步电动机旳基本构造及工作原理；
• 掌握三相异步电动机旳转矩特征和机械特征；
• 掌握三相异步电动机旳连接措施和额定参数；
• 掌握三相异步电动机开启、调速和制动等多种特征；
• 掌握实现三相异步电动机开启、调速和制动旳多种措施及
它们旳使用场合。
向旋转了2 /3。
电机与电气控制技术三相异步电动机的空载负载运行及工作特性
5）由损耗分析法求额定负载时的效率
任务小结
1.总结本次课程的重难点和学生实际掌握的情况
2.鼓励学生自主解决问题的意识，养成主动思考独立思考，培养理论联系实际的学习方法。学会电动机的拆装下线。
考核评价
考核方法与工具
采用过程考核和绩效考核两种方法。
教法学法设计
课程的学习方法，理论联系实际，在实训中加深对理论的理解，提升学生课堂参与度，在实践中促进学生主动思考。因此，本课程教学本着以学生为中心，少讲多练多问的原则，以问题为导向，以促使学生自主学习为目的，布置任务。包括学习引入、指导看书、回答问题、分析问题、动手实操5个部分。
学习引入：三相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。
能力目标：
1.三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验的方法
素质目标：促使学生养成自主的学习习惯；学会电动机实验方法和数据分析的方法
主要教学内容
1.三相异步电动机的空载运行
2.三相异步电动机的负载运行及等效电路
3.三相异步电动机的功率、转矩平衡方程式及工作特性
4.实训：三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验
讲解并指导学生看书：三相异步电动机的空载、负载运行的磁通分布及等效电路，总结笔记；教师指导学习方法和答疑；
实操：三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验，参数分析
教学实施
1.提出问题，相异步电动机的定子和转子之间只有磁的耦合，没有电的直接联系，它是靠电磁感应作用，将能量从定子传递到转子。磁场是怎么分布的？
重点与难点
重点：
1.三相异步电动负载运行及等效电路
三相异步电动机课件讲解资料
4.1.2 三相异步电动机的基本工作原理
一、转动原理
1、电生磁：三相对称绕组通
往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。
2、磁生电：旋转磁场切割
转子导体感应电动势和电流。
3、电磁力：转子载流（有功
分量电流）体在磁场作用下受 电磁力作用，形成电磁转矩， 驱动电动机旋转，将电能转化 为机械能。
• V2
W1
•
n1 •
Eq1( q1 ) 4.44 fqNck y1kq1 1 4.44 fqNckw1 1
kq1
=
Eq1(q>1) Eq1(q=1)
=
sin qa 2
qsin a
2
称为基波分布系数:
线圈组电动势等于集 中线圈组电动势打的 一个折扣.
kw1 = k y1kq1
称为基波绕组 系数。
第4章 三相异步电动机
二、转子部分
1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 2、转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一 根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转 子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。
三、气隙
异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到 的最小值。
第4章 三相异步电动机
状态
实现
转速 转差率 电磁转矩 能量关系
电动机
定子绕组接对 称电源
0 < n < n1
0 s 1
驱动 电能转变为机
械能
电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
n<0
s 1
制动 电能和机械能变
成内能
发电机
外力使电机快速 旋转
n > n1
s0
第4章 三相异步电动机的基本原理
A B C
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32
三、三相单层绕组
单层绕组的每一个槽内只有一个线圈边，整个绕组 的线圈数等于总槽数的一半。用定子槽数为24，两 极电机的定子绕组为例，说明单层绕组构成。
Q1 24 12 1、计算极距 2 p 2 1 Q1 24 4 2、计算每极每相槽数 q 2m p 2 3 1
29
二、交流绕组的排列和联接 假设给定电机极数2p=4，槽数Q1=24（三相单层叠绕组）
1、极距的计算， 若2p=4，Q1=24，则 τ=6
Q1 24 6 2 p 2 2 2、节距， 单层绕组采用整矩
y 6
3、相带—— 每个极距内属于同相的槽所占有的区域称为 度。 p 360 ４、槽距角， 30 “相带”，q=Q1/(2mp)；每个相带为60°电角
C
Y
10,11,12 13,14,15 16,17,18
19,20,21 22,23,24 25,26,27 28,29,30 31,32,33 34,35,36
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38
组成线圈组
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第四节
三相异步电动机的定子磁动势及磁场
一、单相绕组的磁动势——脉振磁动势 （一）、整距线圈的磁动势
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16
定子冲片和定子线圈
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17
机座
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18
2、转子 异步动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
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笼型转子
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202）绕线型绕组山东工商学院信电学院21
3、气隙
定子与转子之间的间隙；0.2-2.5mm气隙越大，功率因数 越低。气隙过小，装配困难
第4章 三相异步电动机及控制讲解
（1）直接起动
直接起动是利用刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上 的起动方式，又叫全压起动。 优点：起动简单。 缺点：起动电流较大，而起动转矩不大，还会引起网压波动。 适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于供电变压器 容量的20％；还可以用下面的经验公式来判断，若电动机的 起动电流倍数 ( Ist I N ) 满足 I st 电网容量（kV A） 3＋ I N 电动机容量（kW） 则电动机便可直接起动，否则应采用降压起动
Ist 7.0I N 7.0 30.7A 214.9A
Tst 2.0TN 2.0 147.68N m 295.36N m
Tmax 2.1TN 2.1147.68N m 310.03N m
15
第4章 汽车中的电机 2. 人为机械特性
(1)降低定子电压时的人为机械特性
图4-2 定子铁心
转子铁心是也是由 0.5mm厚的硅钢片叠 压制成，在其外圆冲 有分布的槽。 转子铁心可嵌放转子 绕组，构成电机磁路 的另一部分。
定子绕组是由铜导线绕制而成。构成 电动机电路的一部分。 机座是电动机的支架，一般用铸铁 或铸钢制成。
转子铁心冲片
铸铝笼形转子 铜条笼形转子
转子绕组大部分由浇铸铝构成，大功率 也有由由铜条制成的笼型转子导体，构 成电机电路的一部分。由转轴输出机械 能。
4.2 三相异步电动机的工作原理
4.2.1 三相异步电动机的转动原理
(1)旋转磁场的产生
i
i1
i2
i3
i1 ωt
电流流入 S N
合成磁场的轴线与U相 绕组的轴线重合 0
最新低压电工作业课件第4章中矿版(异步电动机)
4 .1 异步电动机构造与工作原理
异步电动机构造
工作原理
运行状态
A
2
i
N
3
1
定子和转子铁芯由0.5mm
厚硅钢片叠压制成。
硅钢片具有良好的导磁性，铁芯构成磁路。
10
4 .1 异步电动机构造与工作原理
异步电动机构造
工作原理
2.转子
鼠笼式 绕线式
铁芯槽内放铜条，端部用 短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。
工作原理
运行状态
A Y
CS
n1
NZ
B X
三相定子绕组中通过三相交流电时：
电流入 电流出
i I sint
A
m
i I sint 120
B
m
i I sint 120
C
m
16
4 .1 异步电动机构造与工作原理
异步电动机构造
旋转磁场
S
工作原理
S N
U1
V2
W2
W1
V1
U2
N
17
运行状态
N S
4 .1 异步电动机构造与工作原理
工作原理
旋转磁场转速 （同步转 速）计算公式为：
n1
60f p
(转 /分 )
23
运行状态
4 .1 异步电动机构造与工作原理
异步电动机构造
工作原理
n n1
转子与旋转磁场间没有相对运动 转子不切割磁场不能生成感应电流 转子不是载流导体则不能受力转动
n≠n1 异步！
24
运行状态
4 .1 异步电动机构造与工作原理
负载阻转矩
异步电动机构造
工作原理
运行状态
三相异步电动机械特性及各种运行状态
n
n0
a1
O
T
－n0
机械功率Pm
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(2) 转子反向的反接制动 ——下放重物
① 制动原理
n
定子相序不变，转子 电路串联对称电阻 Rb。 低速提 a 点 惯性 b 点(Tb＜TL)，升重物
n↓ c 点 ( n = 0，Tc＜TL )
n0
a
b
e TL
Oc
1 T
在TL 作用下 M 反向起动
由参数表达式可知，改变定子电压U1、 定子频率f1、极对数p、定子回路电阻 r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗 x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。
（1）降低定子电压的人为机械特性
在参数表达式中，保持其它参数不变， 只改变定子电压U1的大小，可得改变 定子电压的人为机械特性。
讨论电压在额定值以下范围调节的人 为特性（为什么？）
Pe = m1—I2'—2 R定2'子＋s 发Rb出'＜电0功率，向电源回馈电能。
Pm=
(1－s ) ——
轴Pe上＜输0入机械功率(位能负载的位能)。
PCu2 = Pe－Pm
|Pe | = |Pm|－PCu2
—— 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
制动效果 Rb →下放速度 。
第 十 章 异步电动机的电力拖动
(3) 能耗制动过程 —— 迅速停车 2
① 制动原理
b
n
a1
制动前：特性 1。
制动时：特性 2。
a 点 惯性 b 点 (T＜0，制动开始)
O TL
T
n↓ 原点 O (n = 0，T = 0)，制动过程结束。
三相异步电动机的工作特性
三相异步电动机的工作特性三相异步电动机是一种常见的电机类型，广泛应用于工业、农业、交通运输等领域。
其工作特性主要包括以下几个方面：1.转速特性三相异步电动机的转速与电源频率、电机极数、转差率等因素有关。
在额定负载范围内，电机转速与电源频率成正比，极数越多转速越低。
此外，转差率的变化也会影响电机的转速。
一般来说，电机的转差率在0.01-0.05之间。
2.转矩特性三相异步电动机的转矩与电源电压、电流、磁通量等因素有关。
在额定电压和电流下，电机的转矩与磁通量成正比。
随着负载的增加，电流也会增加，进而导致转矩增大。
但是，当负载超过额定负载时，电机会过载，电流和转矩会超出额定范围，导致电机受损。
3.功率因数特性三相异步电动机的功率因数与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的功率因数较低；随着负载的增加，功率因数也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的功率因数达到最大值；当负载继续增加时，功率因数会逐渐降低。
4.效率特性三相异步电动机的效率与负载性质、电源电压、电流等因素有关。
在空载时，电机的效率较低；随着负载的增加，效率也会逐渐提高。
当负载达到某一值时，电机的效率达到最大值；当负载继续增加时，效率会逐渐降低。
5.温升特性三相异步电动机的温升与负载性质、环境温度、散热条件等因素有关。
在额定负载范围内，电机的温升与工作时间成正比；超过额定负载时，电机的温升会急剧上升，导致电机受损。
因此，使用时要注意控制负载和工作时间，保证电机在安全范围内运行。
6.启动特性三相异步电动机的启动方式有多种，如直接启动、降压启动等。
直接启动时，启动电流较大，会对电网造成一定冲击；降压启动时，启动电流较小，可以减少对电网的冲击。
但是，降压启动时需要使用启动设备或其他辅助设备，增加了使用成本和维护工作量。
7.调速特性三相异步电动机的调速可以通过改变电源频率、电压等方法来实现。
但是，这些方法都存在一定的局限性，如变频调速虽然可以方便地实现调速，但成本较高且对电网有一定的影响。
4.8 三相异步电动机的应用案例
7.1
4.8 三相异步电动机的应用案例
4.8.1 三相异步电动机在火力发电厂中的应用案例
在火力发电厂中，发电机、锅炉和汽轮机的各种辅机大多 都采用三相异步电动机来驱动。
例如：发电机氢冷泵、锅炉电动给水泵、磨煤机、循环水 泵、送风机、引风机、汽轮机射水泵、凝结水泵等。
第4章 三相异步电动机
引风机及驱动电机 锅炉电动给水泵及驱动电机
第4章 三相异步电动机
4.8.2 三相异步电动机在油田中的应用案例 一、油田中使用三相异步电动机的情况
在油田中使用三相异步电动机来驱动抽油机、输油泵和注 水泵等。
抽油机及驱动电机
输油泵及驱动电机
第4章 三相异步电动机
离心式注水泵及电机 往复式注水泵及电机
第4章 三相异步电动机
二、油田中所用电动机的选择 三相异步电动机的容量根据泵的额定排量、额定压力来确 定。
三、电动机的控制方式 在设备选型时，会提升一个能力等级进行选择。
第4章 三相异步电动机
ห้องสมุดไป่ตู้
电机与拖动技术 项目2 异步电机4
U1 W2
V1 U2
W1 V2
U1 W2
V1 U2
W1 V2
Y联结
D联结
工作制
是对电机各种负载，包括空载、停机和断电及其持续时间和先后次序 情况的说明。
分类：
连续工作制（S1）
额定条件下，能长时间连续运行。适用于风机、水泵、纺织机等。
短时工作制（S2）
额定条件下，在限定时间内短时运行，如15min、30min、60min、 90min。适用于水闸闸门启闭机等。
定子绕组
机
座
二、转子部分
1、转子铁心
转子铁心也是电机磁路的组成部分，并用来固定转子绕组。铁 心材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅钢片冲制叠压而成，故通常用冲 制定子铁芯冲片剩余下来的内圆部分制作。转子铁芯固定在转轴上， 其外圆上开有槽，用来嵌放转子绕组。
2、转子绕组——根据转子绕组的结构型式可分为
若要改变电机定子旋转磁动势的转向，只要改 变三相交流电流的相序，即把三相电源接到电机三 相绕组的任意两根导线对调，三相绕组中的电流相 序就将改变为U-W-V，旋转磁动势随之变为反方向 旋转。
（5）三相合成磁通势F 单相交流电通入单相绕组时即产生磁通势，其 大小与电流成正比，磁通势的方向由右手定则来判 断。磁通势的计算公式为：
2、极距
电角度 p 机械角度
两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的 槽数为Z，磁极对数为p，则极距： 注：一个极距τ占有180° Z = 空间电角度。 2p 3、线圈节距 y 一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。 y 的绕组为整距绕组 . y 的绕组为短距绕组 .
由上可知：磁通势的大小和方向取决于线圈中 电流的大小和方向。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。
三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：5.1.1机械特性的物理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时 ()，如，减少近一半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。
由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。
电工电子技术第4章三相异步电动机
T
临界转差率sm
讨论
Tmax
（1）Tmax与电源电压U1的平方成正比，但sm（临界转 速nm ）与U1无关 n a 过载系数
U K 2 X 20
Tmax
2 1
R2 sm X 20
TN
nm
0.8U1
U1
b
过载系数是表示电动机稳定运 行的重要数据,同时也表示了 电动机容许的短时过载运行能 0 力
U U1 U
iU
U1
V W
W1
iV iW
V1
V W
iV W1
iW
V1
相序U-V-W
相序U-W-V
改变电动机的旋转方向
12
（三）旋转磁场的转速 同步转速n1---r／min（每分钟的转数）
以上分析的是二极旋转磁场（磁极对数 p=1），交流电 变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一周
交流电频率f1=50Hz，则 同步转速 n1 =50×60=3000r／min。
36
3.最大电磁转矩Tmax 最大电磁转矩Tmax 机械特性临界点所对应的电磁转矩, 又称临界转矩，所对应的转差率称为临界转差率sm Tmax是在一定的电源电压U1 下电动机能够提供的最大电 磁转矩 最大电磁转矩Tmax
n a
nm
b
Tmax
U K 2 X 20ห้องสมุดไป่ตู้
R2 sm X 20
2 1
0
c
Tm
n=n1 Sm
0
S
理想空载 ①以最大电磁转矩Tm对应的转差率Sm为界,分为具有不 同特性的两段 稳定运行区 0b段 非稳定运行区 ba段
（ 0＜S＜Sm ） （ S＞Sm ） 特性 T ∝S 特性 S↑→T↓
三相异步电动机教案(精)
三相异步电动机教案(精)教案：三相异步电动机教学内容：本节课的教学内容主要包括教材中的第四章第二节，即三相异步电动机的基本原理、结构、特性及应用。
具体内容包括：1. 三相异步电动机的原理：电磁感应原理、旋转磁场原理。
2. 三相异步电动机的结构：定子、转子、端盖、轴承等。
3. 三相异步电动机的特性：启动特性、运行特性、调速特性等。
4. 三相异步电动机的应用：工业生产、日常生活等。
教学目标：1. 使学生了解和掌握三相异步电动机的基本原理、结构、特性及应用。
2. 培养学生分析和解决实际问题的能力，提高学生的实践操作技能。
3. 培养学生团队合作精神，提高学生的沟通与协作能力。
教学难点与重点：难点：三相异步电动机的启动原理和调速方法。
重点：三相异步电动机的结构、特性和应用。
教具与学具准备：1. 教具：三相异步电动机实物、电路图、多媒体教学设备等。
2. 学具：笔记本、课本、练习题等。
教学过程：1. 实践情景引入：观察和分析周围环境中三相异步电动机的应用实例，引导学生对三相异步电动机产生兴趣和好奇心。
2. 基础知识讲解：介绍三相异步电动机的原理、结构、特性及应用，通过示例和图示使学生理解和掌握。
3. 例题讲解：分析三相异步电动机的启动原理和调速方法，通过实际案例使学生深入理解和掌握。
4. 随堂练习：布置一些相关的练习题，让学生运用所学知识进行解答，巩固所学内容。
5. 小组讨论：让学生分组讨论三相异步电动机的应用场景和实际问题，培养学生的团队合作和沟通能力。
板书设计：板书设计要清晰、简洁，主要包括三相异步电动机的原理、结构、特性及应用等内容，以便学生随时查阅和复习。
作业设计：1. 请简述三相异步电动机的原理。
2. 请描述三相异步电动机的结构。
3. 请说明三相异步电动机的特性。
4. 请举例说明三相异步电动机的应用场景。
课后反思及拓展延伸：本节课通过讲解和练习，使学生了解了三相异步电动机的基本原理、结构、特性及应用。
三相异步电动机的机械特性及各种运转状态要点
1、异步电动机机械特性的三种表达式
1)当电动机各参数及电源频率不变时，Tm与U x成正比，sm保持不变。
成正比 2）当电源频率及电压不变时，sm与Tm近似地与X 1 X 2
之值无关，sm与R2 成正比。 3）Tm与R2
若负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机停机或无法起动， 为保证电机不会因短暂过载而停机，电动机必须具有一定的过载能 力，用过载倍数KT表示：
定义: 将最大电磁转矩 Te max 与额定转矩 （或过载能力），用 K T 表示，即：
KT Tm TN
的比值定义为最大转矩倍数
KT: 一般电动机为1.8~3.0,冶金起重等电动机可达3.5
1、异步电动机机械特性的三种表达式
此外，由图6.50还可以看出：三相异步电动机的机械特性曲线 可分为两个区域：（1）稳定运行区域；（2）不稳定运行区域。 稳定运行区域： 在此区域内， 0 s sm ， n1 (1 sm ) n n 。此时，机械特性向下 1 倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电力拖动 系统可以稳定运行； 不稳定运行区域： 0 n n1 (1 sm ) 。此时，对于恒转矩负载， 在此区域内，sm s 1 ， 系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定 运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电 动机将无法长期运行。
1、异步电动机机械特性的三种表达式
• （1）物理表达式 • 电磁转矩为：
cos 2 I2 cos 2 m1 (4.44f1 N1k w1 m ) I 2 Pem m1 E2 T 2n1 2f1 1 60 p pm1 N1k w1 cos 2 CT mI2 cos 2 mI2 2
三相异步电动机课件ppt课件 共63页
转速 转差率 电磁转矩 能量关系
电动机
定子绕组接对 称电源
0 < n < n1
0s1
驱动 电能转变为机
械能
电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
n<0
s 1
制动 电能和机械能变
成内能
发电机
外力使电机快速 旋转
n > n1
s 0
制动 机械能转变为电
能
第4章 三相异步电动机
4.1.3 型号和额定值
负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。
转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转
速为：
n=(1- s)n1
额定运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接
近同步速。
第4章 三相异步电动机
三、异步电机的三种运行状态 根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态
状态
3、电角度
电 角 度 p 机 械 角 度
第4章 三相异步电动机
4、槽距角 a
相邻两个槽之间的电角度：
= p 3600
Z
5、每极每相槽数 q
每一个极面下每相所占的槽数为
6、相带
q= Z 2 pm
每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极 面下所占的范围，用电角度表示称为相带。
第4章 三相异步电动机
广泛应用于10kW以下 的异步电动机定子绕组
电动势和磁动 势波形较差
缺点
铁损和噪 声较大
起动性 能较差
不适宜于大 中型电机
第4章 三相异步电动机
4.2.3 三相双层绕组
双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每 一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为 y 的另一槽的下层。
三相异步电动机
1.1 三相异步电动机的构造 第1章三相异步电动机异步电机是交流电机的一种。
异步电动机是工业、农业、国防，乃至日常生活和医疗器械中应用最广泛的一种电动机，它的主要作用是驱动生产机械和生活用具。
其单机容量可从几十瓦到几千千瓦。
随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机将占有越来越重要的地位。
据统计，在供电系统的动力负载中，约有70％是异步电动机，可见它在工农业生产乃至我们日常生活中的重要性。
异步电机是一种交流电机，其电机的转子转速总落后于电机的同步转速，故称异步电动机。
异步电动机有许多突出的优点，和其它各种电动机相比，它的结构简单，制造、使用和维护方便，效率较高，价格低廉。
因此，从应用的角度来讲，了解异步电机的工作原理，掌握它的运行性能，是十分必要的。
本章将着重讨论三相异步电动机，并对单相异步电动机的工作原理作简要的介绍。
1.1 三相异步电动机的基本构造一个三相异步电动机主要由两部分组成，固定不动的部分称为电动机定子；旋转并拖动机械负载的部分称为电动机转子。
转子和定子之间有一个非常小的空气气隙将转子和定子隔离开来，根据电动机的容量的大小不同，气隙一般在0.4mm～4mm的范围内。
电动机转子和定子之间没有任何电气上的联系，能量的传递全靠电磁感应作用，所以这样的电动机也称感应式电动机。
一个三相异步电动机的基本构造如图1—1所示。
电动机定子由支撑空心定子铁心的钢制机座、定子铁心和定子绕组线圈组成。
定子铁心由0.5mm厚的硅钢片叠至而成。
定子铁心上的插槽是用来嵌放对称三相定子绕组线圈的。
一个三相异步电动机的定子构造见图1—2。
电动机转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
转子铁心由表面冲槽的硅钢片叠至成一圆柱形。
转子铁心装在转轴上，转轴拖动机械负载。
转子、气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。
异步电动机的转子有两种形式：鼠笼式转子和绕线式转子。
第１章 三相异步电动机图1—1 三相异步电动机的基本构造定子铁心图1—2 三相异步电动机的定子构造鼠笼式转子是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上，以构成闭合回路。
三相异步电动机的机械特性
三相异步电动机的运行特性摘要：本章介绍了三相异步电动机的机械特性的三个表达式。
固有机械特性和人为机械特性，阐述了三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用5.1三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机的运行工作时的机械特性。
和直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩与转子转速之间的关系。
由于转子转速与同步转速、转差率存在下列关系，即（5.1）则三相异步电动机的机械特性用曲线表示时，习惯上纵坐标同时表示转速和转差率，横坐标表示电磁转矩。
三相异步电动机的机械特性有三种表达式，现介绍如下：5.1.1机械特性的物理表达式由上一章三相异步电动机的转矩关系知，三相异步电动机转矩的一般表达式为（5.2）式中为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；为三相异步电动机的气隙每极磁通量；为转子电流的折算值；为转子电路的功率因数；式（5.2）表明了电磁转矩与磁通量和转子电流的有功分量的乘积成正比，它是电磁力定律在三相异步电动机的应用，它从物理特性上描述了三相异步电动机的运行特性，因此这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。
仅从式（5.2）不能明显地看出电磁转矩与转差率之间的变化规律。
要从分析气隙每极磁通量，转子相电流，以及为转子功率因数与转差率之间的关系，间接地找出其变化规律。
现分析如表5.1所示。
根据表5.1中的分析，可作出曲线、和分别如图5.2、5.3、5.4所示，据此可得出图5.1所示的机械特性曲线。
曲线分为两段：当较小时(),变化不大，，电磁转矩与转子相电流成正比关系，表现为AB段近似为直线，称为直线部分；当较大时()，如，减少近一半，很小，尽管转子相电流增大，有功电流不大，使电磁转矩反而减小了，此时表现为段，段为曲线段，称为曲线部分。
由此分析知，三相异步电动机的机械特性在某转差率下，产生最大转矩，即点称为最大转矩点，相应的转矩为称为最大转矩，对应的转差率称为临界转差率。
第4章 异步电机(一)
二、交流绕组的基本知识和基本量
1、线圈 2、极距 是组成交流绕组的单元，由一匝 或多匝串联而成。
有 效 边
端接
相邻两个磁极轴线之间的距离， 一般用槽数表示。 Q1 首 末 若定子的总槽数用 Q1 表示 2P 3、节距 y 线圈的两个有效边之间的距离。 一般用槽数表示。为了使线圈感应电动势或磁动 势最大，节距 y 应等于或接近极距 。
【例】 Q1 24 2 P 4 m 3
1、叠绕组（A-X 绕组） 24 Q1 24 q 2 6 43 2P 4 N 特点 端线长，消 耗材料，分布不 均，散热差，适 用于小容量电机。 2、同心式 （A-X 绕组）
1 3 5 7 9
2 360 30 24
C B
结
iA 0 iB 23 I m iC 23 I m
FA 0
A
3 2
X
FB Fm FC 23 Fm
Z
F
B
A
S ○ A
F
Y ⊕
C
⊕ X ○N A⊕
Y
C
N
⊕
○
Y ⊕
F
N
C
Y
⊙ ⊙
⊙
F
F
A
⊙X A ⊕
A ⊙ X N○
C
C ○ S X
Q1 p 360 q 60 2Pm Q1
m3
三、三相单层绕组
每槽只有一个线圈边，线圈数等于槽数的一半。
步骤 ① 画出槽展开图，并按顺序编号；
② 计算极距 ，按极数将磁极对称画在槽展开图上； ③ 计算每极每相槽数 q ，槽距角 ； ④ 划分相带，三相绕组在空间上互差120°电角度， 把每对极下的槽分成 A、Z、B、X、C、Y 相带； ⑤ 确定各个极相组中的电流方向，若N极下导体电 流方向向上，S极下电流方向向下； ⑥ 把属于同一相的元件按电流一顺的原则串（并） 联，构成一相绕组。 ⑦ 画出另两相绕组，构成一个完整的三相对称绕组。
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第4章 三相异步电动机的特性与应用
3.转子回路中总电阻R2对电动机机械特性的影响 改变转子回路中 总电阻R2的值，不会改变最大转矩和同步转速，但改变了临界转差 率的值。
图4-3 电源电压对机械特性的影响
图4-4 定子回路串入电阻或电抗 时的人为机械特性
第4章 三相异步电动机的特性与应用
4.1.3 三相异步电动机的工作特性
图4-15 转子串电阻有级起动接线原理图
图4-14 转子串电阻起动接线原理图 1—电刷 2—集电环 3—起动电阻
第4章 三相异步电动机的特性与应用
图4-16 转子串电阻的起动特性曲线
第4章 三相异步电动机的特性与应用
2.转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器外形结构如图4-17a所示，它 是一种有独特结构的无触点元件，其结构与三相电抗器相似，即由 三个铁心和三个绕组组成，三个绕组接成星形联结，并通过滑环和 电刷与绕线异步电动机的三相转子绕组相连，如图4-17b所示。
图4-1 三相异步电动机的 固有机械特性曲线
图4-2 三相异步电动机起动特性曲线
第4章 三相异步电动机的特性与应用
(2)最大转矩Tm和过载能力λm。 λm=(4⁃5) (3)额定状态和同步运行。 (4)电动机的稳定运行区。
第4章 三相异步电动机的特性与应用
4.1.2 人为机械特性 电动机的机械特性与电动机参数、外加电源电压、频率有关，
第4章 三相异步电动机的特性与应用
(2)自耦变压器减压起动。
图4-7 -△减压起动的 接线原理图
图4-8 -△联结电路图 a)联结 b)△联结
第4章 三相异步电动机的特性与应用
图4-9 自耦变压器减压起动接线原理图
图4-10 自耦变压器减压起动时 一相等效电路图
第4章 三相异步电动机的特性与应用
第4章 三相异步电动机的特性与应用
4.2 三相异步电动机的起动 4.2.1 三相笼型异步电动机的起动 1.全压起动 在三相笼型异步电动机起动时，加在电动机定子绕组 上的电压为电动机的额定电压的起动方式，称为全压起动，也称直 接起动，这是最简单的起动方法。 (1)电源容量小，频繁起动。 (2)负载的惯性较大时，急速发热可造成损伤。 (3)过高的起动转矩可能对负载造成冲击。
第4章 三相异步电动机的特性与应用
(2)三相双笼型异步电动机。 起动时，转子电流频率较高，两笼的漏电抗都较大，转子电
流主要决定于漏电抗的大小。由于下笼电抗大，上笼电抗小，转 子电流大部分流过上笼，使上笼起主要作用。同时上笼电阻大， 在增大起动转矩同时，可以减小起动电流。
图4-12 深槽式笼型转子导条的集肤效应 a)槽漏磁 b)电流密度分布 c)导条的有效截面
图4-5 转子回路串入电阻时的人为机械特性 图4-6 三相异步电动机的工作特性曲线 a)接线图 b)特性曲线
第4章 三相异步电动机的特性与应用
(1)三相异步电动机的转速n在电动机正常运行范围内随负载P2的变化 不大。 (2)随着负载的增加，转速下降，转子电流增大，定子电流也随着增 大，定子电流几乎随着P2按比例增加。 (3)三相异步电动机在空载时功率因数很低，随着负载P2增加，cosφ1 增加较快，通常在额定负载PN时达到最大值。 (4)电动机在正常运行范围内，转速变化不大，近似为直线，故T=f(P 2)也近似为一条直线。 (5)电动机的效率η随着负载P2的增加而增加，开始时增加较快，通常 也在额定负载时达到最大值，此后随P2的增加效率反而略有下降。
一般规定，三相异步电动机的额定功率小于7．5kW时允许直接 起动；如果电动机功率大于7．5kW，而电源总容量也较大，且符合 式(4⁃6)，电动机也允许全压起动。
第4章 三相异步电动机的特性与应用
2.减压起动 凡不满足直接起动条件的，均采用减压起动。 (1)-△减压起动。
由图4⁃8所示的电路图可知，三相绕组作联结时，加在每相绕组 上的电压为三相绕组作△联结时的1/倍。由于转矩与电压平方成正比， 故联结时的转矩为△联结时的1/3，而相电流也降低到△联结时的1/， 故联结时绕组的线电流是△联结时的1/3。即⁃△减压起动时的起动电 流Ist、起动转矩Tst分别为直接起动时的1/3。
图4-13 双笼型 转子的槽形
第4章 三相异步电动机的特性与应用
4.2.2 三相绕线转子异步电动机的起动 1.转子串电阻起动 起动时，在转子电路串联起动电阻器，借以提 高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流。
如图4⁃14所示，在三相绕线转子异步电动机的转子电路中串入 一组可以均匀调节的变阻器，即起动变阻器。
(3)串电阻(电抗)减压起动。 若此时电压降为k倍，则起动电流为直
接起动时的k倍，起动转矩为直接起动时的 k2倍。也就是说，这种起动方法与⁃△减压 起动、自耦变压器减压起动相比，起动转 矩减少较大，而起动电流的减少较小，因 此只适用于空载或轻载起动的场合。
图4-11 串电阻减压起动 接线原理图
第4章 三相异步电动机的特性与应用
第4章 三相异步电动机的
特性ห้องสมุดไป่ตู้应用
第4章 三相异步电动机的特性与应用
4.1 三相异步电动机的机械特性和工作特性 4.1.1 固有机械特性 1.电磁转矩T T=CTΦmI2cosφ2(4⁃1) 2.固有机械特性曲线 三相异步电动机 的固有机械特性曲线如图4-1所示。 (1)起动转矩Tst和起动转矩倍数λst。 λst=(4⁃4)
3.选择特殊三相笼型异步电动机 (1)深槽式三相笼型异步电动机。
随着转速升高至起动结束，转子频率逐渐降低，集肤效应对电 流的影响逐渐降低，各并联小导条的漏电抗也逐渐降低至小于其电 阻值，这时电流分配主要取决于各并联小导条电阻的大小，转子电 流逐渐均匀地分布在转子导条的整个截面上，转子电阻恢复到正常 值。