第4章 异步电机(一)

第四章 异步电机（一）

内 容 提 要

一、 三相异步电动机的工作原理 1. 基本工作原理

① 定子三相对称绕组通入对称三相交流电，在电动机的气隙中产生园形旋转磁场，同步转速

1

60(min)s f n r P

=

② 旋转磁场切割转子绕组产生感应电动势，形成转子感应电流，其方向由右手定则确定。 ③ 转子的载流导体在气隙旋转磁场的作用下产生电磁力（方向由左手定则确定），形成电磁转矩，驱动转子朝着旋转磁场的方向旋转。但二者总是异步的，这也是三相异步电动机工作的必要条件。

2．转差率S

异步电动机的同步转速与转子的转速差()s n n -与同步转速S n 的比值, 即

100%s s

n n

s n -=

⨯ 电动机的转速 ()1s n s n =-

转差率S 是表征异步电动机运行状态的一个基本参量，它可以反映电动机转速快慢或负载的大小。若负载重，差转速n 减小，转速差增大，转差率S 增大，反之亦然。通常异步电动机在额定负载时的转差率小于5% 。

3．异步电动机的运行状态

异步电动机的运行状态可由转差率S 的大小和正负来表示，见表4-1。

二、 三相异步电动机的结构 1． 定子

① 铁心：磁路的一部分，并嵌放定子绕组，由硅钢片迭成。

② 绕组：产生旋转磁场，由线圈按一定规律连接而成，有Y 和Δ两种接法。 ③ 机座：固定和支撑定子铁心，由铸铁或钢板焊接而成，并兼散热作用。

n

S

10

S

-∞

+∞

n

n n >

2． 转子

① 铁心：磁路的一部分，嵌放转子绕组，由硅钢片迭成。 ② 绕组：感应电动势，产生电流，形成电磁转矩。

鼠笼型：由转子铁心槽内的导条和两端的端环构成。特点是结构简单，制造方便，运行可靠。 绕线型：通常为三相绕组，Y 接。三个出线端通过集电环和电刷与外电路相接。特点是可以改变转子电路的参数，从而改善电机的起动、调速等性能。

3． 气隙

气隙的大小对异步电动机的运行性能有很大的影响。 三、 三相异步电动机的铭牌数据

1． 额定功率N p ：指在额定状态下运行时，转轴上输出的机械功率。 2． 额定电压和额定电流：指定子绕组上的线电压和线电流。 3． 对绕线式异步电机，还有转子额定线电动势和电流。

1cos N N N N N N N P P I ηθη= 4． 型号

另外还有额定转速、额定效率等。 四、 三相异步电动机的定子绕组

定子绕组是按一定规律排列和连接线圈的总称。是电机实现机电能量转换的关键部位，也称为电枢。

1．交流电机绕组的基本要求

① 在一定导体数下，力求获得较大的磁动势和电动势。

② 三相绕组对称，以保证三相电动势和磁动势对称，即大小相等，相位互差120︒。 ③ 电动势和磁动势的波形力求接近正弦波。

④ 绕组要有一定的绝缘强度和足够的机械强度，散热性能好。 ⑤ 节省材料，制造工艺简单，安装维修方便。 2．交流绕组的分类 按槽内的层数

单层绕组：每个槽内只有一个线圈边，线圈数为槽数的一半。有叠绕式、同心式、交叉式和链式。

双层绕组：每个槽内有两个线圈边，线圈数等于槽数。有叠绕式和波绕式。 3. 交流绕组的一些基本知识和基本量

① 线圈：由一匝或多匝串联而成，两个引出线一个叫首端、另一个叫末端。 ② 极距τ：相邻两个磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。

1

2Q P

τ=

式中，1Q 为定子槽数；P 为磁极对数。

Y 90 S -- 4

异步中心高

极数

铁心长度号（

S-短，L-长，M-中）

③ 节距Y ：一个线圈两个有效边之间所跨的槽数。

Y τ= 整距；Y τ> 长距；Y τ< 短距。

④ 电角度：一对磁极占有的空间为360︒电角度。

电角度=P ⨯机械角度

⑤ 每极每相槽数：每一个磁极下每相绕组所占的槽数。 1

2Q q pm

=

()m 为相数 ⑥ 槽距角：相邻槽之间的电角度。

1

360P Q α⨯︒

=

⑦ 相带：每个极距内属于同相的槽所占有的区域。常用60︒相带。 4．绕组展开图

绕组展开图是分析电机绕组中各线圈连接规律的有效途径。绕组展开图的绘制步骤： ① 画出槽展开图，并将槽依次进行编号； ② 计算极距τ，并按给定的极数将总槽数分开； ③ 计算每极每相槽数q 和槽距角α；

④ 划分相带，把每对极下的槽分成A 、Z 、B 、X 、C 、Y ；

⑤ 假定各个极相中的电流方向，若N 极下导体电流方向向上，S 极下导体电流方向向下； ⑥ 把每对极下属于同一相的导体根据节距按电流一顺的原则串联起来，构成线圈组。单层绕组每相有P 个线圈组，双层绕组每相有2P 个线圈组

⑦ 将属于同一相的线圈组串联（或并联）构成一相绕组，并标记首尾端； ⑧ 按三相绕组空间差120︒，连接另外两相绕组。 5．绕组的特点 ① 单层绕组

嵌线方便，槽利用率高，最大并联支路数P 。 ② 双层绕组

(a) 可采用有利节距，改善电动势和磁动势的波形； (b) 线圈尺寸相同，端部排列整齐，利于散热，机械强度高； (c) 可组成较多的并联支路，最大并联支路数为2P 。 五、 三相异步电动机的定子磁动 （一）单相绕组的磁动势——脉振磁动势

1．脉振磁动势是指磁动势的空间位置固定，大小随时间在正负最大值之间变化。脉振的频率就是交流电流的频率。即

()13511cos cos3cos5cos 35m W W W f x t F K x K x K x t ϕϕπππωτττ⎛⎫

⋅=-++ ⎪⎝⎭

其中，0.9(m NI F P

ϕ=安匝)；N 为每相绕组串联的总匝数，即一条支路的总匝数；I 为线圈中的

电流；P 为磁极对数。

基波绕组系数 111W q Y K K K =