第3章 异步电动机

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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （2）定子绕组 定子绕组是异步电动机定子部分的电路，它是由若干线圈按一定规律连接而 成的。三相异步电动机的定子绕组是由3个完全相同的绕组构成的三相对称绕组，
每个绕组为一相，三相绕组在空间上互差120°电角度。三相绕组的两端分别用A
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
2.异步电动机的工作原理
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.3异步电动机的运行状态
转差率是异步电动机的一个基本参数，根据转差率的正负和大小，异步电动 机可分为电动机、发电机和电磁制动3种状态，如图3-9所示。
到电磁力，上面线圈电流受到向左的电磁力，下面线圈受到向右的电磁力，即整 个转子受到逆时针方向的转矩，转子便在电磁转矩的作用下开始逆时针方向随着 定子旋转磁场以速度n旋转，这就是异步电动机的基本工作原理。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
2.异步电动机的工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
2.转子部分 （1）转子铁芯 转子铁芯也是电动机主磁路的一部分，一般由厚度为0.5mm厚的硅钢片冲片叠 压而成。转子铁芯固定在转轴上，或固定在转子支架上，转子支架再套在转轴上。
转子铁芯外表面有若干均匀分布的槽，槽内嵌放转子绕组。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （1）定子铁芯 在定子铁芯内圆，均匀地冲有许多形状相同的槽，用以嵌放定子绕组。定子 绕组是定子的电路部分，用以从电源输入电能并产生气隙内的旋转磁场。小型异
步电机通常采用半闭口槽和由高强度漆包线绕成的单层绕组，线圈外包有槽绝缘；
单相异步电动机
3.8
3.1
三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，定子和转子之间有很小的 气隙，三相笼型异步电动机如图3-1所示，三相绕线型异步电动机如图3-2所示。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
－X（或U1－U2）、B－Y（或V1－V2）和C－Z（或W1－W2）表示，通常将三相绕组 的6个出线头都引到接线盒，可按需要接成星形（用Y表示）或三角形（用△表 示）。如图3-4所示。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （2）定子绕组
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
电机与拖动
第 3章 异步电动机
电子科技大学出版社
名狮文化
CONTENTS
3.1 3.2
三相异步电动机的基本结构与工作原理 三相交流异步电动机的绕组
目录
3.3
3.4 3.5 3.6 3.7
三相交流绕组的磁动势
三相交流绕组的感应电动势 三相异步电动机的等效电路 三相异步电动机的功率和转矩
异步电动机的工作特性和参数测定
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
2.转子部分 （2）转子绕组 笼型绕组与定子绕组不相同，它是自行短路的绕组。如图3-6所示，在转子铁 芯的每一个槽中插入一根导体（或称导条），每根导条都比铁芯长，在铁芯两端
各用一个环形导体（或称端环）把所有导条都短接起来，形成一个自己短路的绕
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.4三相异步电动机的额定值和主要系列
2.异步电动机的主要系列
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3.2
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.3异步电动机的运行状态
当异步电动机运行于电动机状态时，如图3-9（b）所示，转子转速与同步转 速同方向，且其数值小于同步转速。如果将同步转速的方向作为正方向，则 0<n<ns，因此，转差率的范围为0<s<1。此时，电磁转矩与旋转磁场的方向相同， 为驱动性质。对于普通的异步电动机，其额定转速总是略小于同步转速，其额定
中型低压异步电机通常采用半开口槽；中、大型高压异步电机采用开口槽，且采 用双层短距绕组。定子绕组的联结方式，中、小型异步电机大都采用三角形联结， 高压大型异步电机采用星形联结。半闭口槽、半开口槽和开口槽如图3-3所示。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （1）定子铁芯
3.1.2异步电动机的基本工作原理
2.异步电动机的工作原理 如图3-8所示，它取至于图3-7（c），磁极由定子电流形成，上面为N极，下 面为S极，磁力线由下至上而行，该磁极以同步转速ns逆时针方向旋转，图中的线 圈为转子线圈。当磁极逆时针方向旋转时，转子线圈切割磁力线产生感应电动势，
进而在转子线圈回路里产生电枢电流，如图中所示。该电枢电流在旋转磁场中受
逆时针旋转，但线圈位置没有移动。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
Байду номын сангаас
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生 同理，当电动机有2p个磁极时，旋转磁场的转速为
式中
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
1.额定值 异步电动机的铭牌上标注的额定值主要有： （7）绝缘等级与温升绝缘等级决定了电动机的允许温升。 （8）接法指电动机额定运行时，定子绕组的联结方式，用Y或△表示。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.4三相异步电动机的额定值和主要系列
2.异步电动机的主要系列 除了额定数据外，电动机铭牌还标有型号，即电动机产品的名称代号。目前， 我国生产的异步电动机有一百多个系列，五百多个品种，可以适应各种机械设备 的配套要求。表3-2列出了三相异步电动机系列产品及用途。
1.旋转磁场的产生
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生 根据表3-1的值分别可以得到几个时刻的磁场方向如图3-7所示，图3-7中电流 指的是定子中的电流，该电流流过线圈后，把它们看作螺旋管线圈，根据右手定 则便得到图中的磁场，从图看出，电流的初相位取四个时刻后，它们形成的磁场
动势，转子绕组中电流和作用于转子的电磁转矩都等于零。由此可见，异步电动
机转子的转速n不可能达到旋转磁极的同步转速ns，它总是略小于同步转速，“异 步电动机”的名称由此而来。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
2.异步电动机的工作原理 通常把异步电动机旋转磁极的同步转速ns和电动机转子的转速n之间的差与同 步转速ns的比值，称为转差率，用s，即
组，他的形状像一个笼子，因此称为笼形绕组。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
2.转子部分 （2）转子绕组
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子绕组是一个对称的三相绕组，如果将定子绕组接到三 相交流电源上，那么在定子绕组中就流过三相交流电流，该电流在定子绕组中产 生的磁场是一种旋转的磁场，下面就来分析旋转磁场是如何产生的。
（3）额定电流IN指电动机在额定运行时，定子绕组输入的线电流。
（4）额定频率fN指电动机所接电源的频率，我国规定电网频率为50Hz。 （5）额定转速nN指电动机额定运行时的转速。 （6）额定功率因数cosφN 指电动机在额定运行时，定子边的功率因数。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.4三相异步电动机的额定值和主要系列
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生
⊙表示电流流出。 选择A相初相角分别为0°、90°、180°和270°几个特定的时刻进行分析，B
和C的初相位相应就确定下来了，如表3-1所示。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
电动机的电磁制动状态，电动机除了吸收拖动机械的机械功率外，还从电网吸收
电功率，这两部分功率都变成了电动机内部的损耗。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.4三相异步电动机的额定值和主要系列
1.额定值 异步电动机的铭牌上标注的额定值主要有： （1）额定功率PN指电动机在额定运行时，转轴上输出的机械功率。 （2）额定电压UN指额定运行状态下，加在定子绕组上的线电压。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.1三相异步电动机的基本结构
2.转子部分 （2）转子绕组 绕线转子绕组一般接成星形，3根引 出线分别接到转轴上的3个集电环上，集
电环与轴绝缘，集电环通过电刷装置与
外电路相连，使转子电路中可串接电阻 以改善电动机的运行特性，绕线转子与 外接电阻的连接关系如图3-5所示。
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （3）机座和端盖 机座主要用于固定和支撑定子铁芯，中小型异步电动机一般采用铸铁机座， 大中型异步电动机常采用钢板焊接的机座。端盖是用铁铸成的盘状盖子，用螺栓
固定在机座两端，对电动机起防护作用，端盖的中央安装轴承以支撑转子的转轴。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
转差率的变化范围在0.02～0.05。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.3异步电动机的运行状态
如果用另外一台原动机拖动异步电动机，使它的转速高于同步转速ns，即 ns<n，或s<0，如图3-9（a）所示。由于ns<n，转子导体切割气隙磁场的方向与电 动机状态时相反，因此，导体中的感应电动势和电流的方向以及产生的电磁转矩 方向也与电动机状态时相反。此时，电磁转矩对原动机来说，是一个制动转矩。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
2.异步电动机的工作原理 异步电动机从定子部分输入电功率，从转子输出机械功率以带动负载工作， 从而实现电能与机械能之间的能量转换。如果转子的转速n能加速到同步转速ns， 转子绕组和气隙旋转磁场之间就没有相对运动，那么转子绕组中就不会有感应电
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.2异步电动机的基本工作原理
1.旋转磁场的产生 以两极三相异步电动机为例，三相对称绕组的轴线在空间互差120°，为了简 化分析，用互隔120°的3个线圈来代表，如图3-7所示。3个线圈的首端分别为 A,B,C，末端分别为X,Y,Z。三相绕组的电流在相位上互差120°，其向量表达式为
要保持电动机转子继续转动，必须由原动机向电动机输入机械功率。于是，异步
电动机定子侧由从电网吸收电功率，改变为向电网发出电功率，即处于发电机状 态。
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3.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理
3.1.3异步电动机的运行状态
如果用其他机械拖动电动机转子逆着气隙旋转磁场方向转动，即n<0或1<s， 如图3-9（c）所示。这时转子中电动势和电流的方向仍然与电动机状态时一样， 作用在转子上的电磁转矩方向仍然与气隙旋转磁场的旋转方向一致，但与转子的 实际转向相反。可见，在这种情况下，电磁转矩为制动性转矩。把这种情况称为
3.1.1三相异步电动机的基本结构
1.定子 （1）定子铁芯 定子铁芯压装在机座中，是电动机主磁路的一部分。为了减少旋转磁场在铁 芯中所产生的涡流和磁滞损耗，铁芯由厚为0.5mm的硅钢片叠成，硅钢片两面涂以
绝缘漆作为片间的绝缘。定子铁芯有外压装和内压装两种方式，前者用硅钢片叠
装且压紧成为一个整体后，固定在机座内；后者每层由扇形冲片在机座内拼成整 圆，然后按层依次错位叠装在机座内。
3.1.1三相异步电动机的基本结构
2.转子部分 （2）转子绕组 异步电动机的转子绕组有绕线转子和笼型两种。根据转子结构的不同，可将 异步电动机分为绕线转子异步电动机和笼型异步电动机两类。绕线转子造价较高，
一般只用于有较高起动性能要求和调速要求的电动机，笼型转子结构简单，制造
方便、运行可靠，因而应用更为广泛。