2第二章

O
t L2 L3
U1 V2 W2
i3 i2
W1
V1
W1 U2
V1
Im
i1
i2 i3
t
O
L1
i1
U1
U1
L2 L3
i2 i3
W2 U2 V2 W1 V1
V2
W2
W1
V1
U2
任意对调两根电源进线，磁场反转。
旋转方向：取决于三相电流的相序
iU
iV
iW
t
iU
iW
iV
t
Im
Im
n0
n0
改变电机的旋转方向：换接其中两相
( r / min）
f = 50 Hz 时，不同极对数时的同步转速如下: 同步转速
p 1 2 1500 3 1000 4 750 5 600 6 500 n0/(r/min) 3000
（3）旋转磁场的转向
旋转方向：取决于三相电流的相序。 L1 i 1 i2 i 3 i I
m
U1 W2 U2 V2
1
i1
U1 W2 U 2 V2 W1 V1
旋转磁场转速 n0 — 同步转速 如何改变旋转磁场的转速？
▲ 极对数（p）的概念：
i3
i2 以 Y 型接法为例，当每相 绕组只有一个线圈时，按右图 放入定子槽内，合成的旋转磁 场只有一对磁极，则极对数为 1。 即 p=1
U1 V2 W2
W1 U2
V1
以 Y 型接法为例，将 每相绕组都改用两个线圈 串联组成。 i1
2.1.1
2、转子
基本结构
转子是异步电动机的旋转部分 由转轴、转子铁心和转子绕组组成
作用是输出机械转矩
转子绕组分为绕线式和笼型两种
绕线型异步电动机
鼠笼型异步电动机
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能 人为改变电动机的机械特性。 绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量；转 子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。
电动机由定子和转子两个基本部分组成
定子
转子
2.1.1
1、定子
基本结构
定子由机座、铁心和定子绕组 组成。 定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组 成，产生旋转磁场；有六个出线端U1-U2、V1-V2、W1W2，定子绕组按要求接成星形或三角形
定子绕组接线方法
指在额定 电压下定 子三相绕 组的连接 方式。 分为三角 形和星型。
导入：电动机的分类
同步电动机
电 动 机
交流电动机 异步电动机 直流电动机
三相电动机
单相电动机
第二章 三相异步电动机
三相异步电机的结构及基本原理 三相异步电机的数学描述 三相异步电机的外部特性 三相异步电机的使用 单相异步电动机
2.1 三相异步电动机的结构和工作原理 2.1.1 基本结构
n > n1
s0
制动 机械能转变为电 能

2、感应电机的磁动势和磁场
负载运行时磁势和磁场
空载运行时磁势和磁场
1、空载运行时的磁动势和磁场 1）磁动势 u1→i10→F1→Fm→Φm→E1
Φ1σ→E1σ
当定子接入对称三相电压u1后，定子中便流过对称三相电流 I10(空载电流)产生一基波合成旋转磁场F1。

三相异步电动机的铭牌数据
三相异步电动机 功 率 3 kW 电 流 7.2 A 功率因数 0.76
我国规定标准工 业用电频率为
型 号 电 压 转 速
Y132S－6 380 V 960r/min
频 率 50Hz 联 结 Y 绝缘等级 B
பைடு நூலகம்
1.型号
Y132S－6
2p = 6 →n0 = 1 000 r/min
气隙中的主磁场以同步转速旋转时， 主磁通 将在定子每相绕组中感 生电动势
若主磁路的磁化曲线用一条线性化 的磁化曲线来代替，则主磁通将与 激磁电流成正比；于是可认为 与 之间具有下列关系：
激磁阻抗 激磁电阻 激磁电抗
3）、定子漏磁通和漏抗 定子漏磁通是仅与定子 绕组交链而不进入转子 的磁通。
根据路径不同，定子漏 磁通又可分为槽漏磁、 端部漏磁和谐波漏磁等 三部分。
定子漏磁通
将在定子绕组中感应漏磁电动势
。把
作为负漏抗压降来处理，可得
■ 气隙越小，激磁电抗越大。表明在产生同样大小的磁通
所需要的激磁电流就越小。
■ 定子的槽形越深越窄，漏磁导越大，漏抗就越大。
2、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
转子磁动势：
当负载运行时n≤ns， E2 →I2→F2 , F2也为旋转磁势
U3
U4 W2 W4 W3 U
1
按下图放入定子 槽内。 形成的磁场则是 两对磁极。 即 p=2
V4 W3 U4 U1 W4 V1 U2 W1 W2 U3 V2
U2 V4 V3 V2 V1
i3 i2
W1
V3
三相绕组
四极旋转磁场
p=
1
时：
电流变化一周期（次） 电流每秒钟变化 50 次
→
旋转磁场转一圈
。若定子旋转磁场顺时针旋转，则转子感应电流的相序也
为顺时针，产生的磁动势F2即为顺时针旋转， 即F2与F1 转向相同。如定子旋转磁场的转速为ns，转子转速为n， 此时定子旋转磁场以Δ n=ns-n=sns的速度切割转子，所 以在转子中感应电动势的频率：
pn pns ns n sf1 f2 60 60 ns
因空载运行时，n≈ns，所以E2=0，I2=0，所以空载运行时定子 磁动势F1基本上为产生气隙主磁场的激磁磁动势Fm，空载时电流就
近似等于激磁电流Im，考虑铁心损耗时，Bm滞后Fm铁心损耗角αFe。
2）、主磁通和激磁阻抗 主磁通是通过气隙并同时与定、转子 绕组相交链的磁通，它经过的磁路( 称为主磁路)包括气隙、定子齿、定 子轭、转子齿、转子轭等五部分．
旋转磁场 (磁场能量)
转子绕组在磁场中 受到电磁力的作用
转子绕组中 产生 e 和 i
旋转磁场切 割转子绕组
转子旋转起来
输出机械能量
机械负载旋转起来
2.2 三相异步电动机的数学描述
2.2.1 基本方程式及等值电路

1、感应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。
感应电机的三种运行状态:
频 率 50Hz 联 结 Y 绝缘等级 B
7. 额定功率因数cosN
指电动机在额定负载时，定子侧的功率因数。额定负载时一般为 0.7-0.9，空载时功率因数很低约为0.2-0.3。额定负载时，功率因 数最大。 实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。
8. 绝缘等级
指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105º C)，H级最高(180º C)。
频 率 50Hz 联 结 Y 绝缘等级 B
4. 额定电流 IN IN = 7.2A→定子三相绕组的额定线电流 5. 联结方式 通常三相异步电动机3kW以下者，联结成星形， 4kW以上者，联结成三角形。
6. 额定转速nN
电机在额定电压、额定负载下运行时的转子转速。
型 号 电 压 转 速
三相异步电动机 Y132S－6 功 率 3 kW 380 V 电 流 7.2 A 960r/min 功率因数 0.76
(•)电流出
U1 V2
n0
W2 V1
iU1 I m sin t iV1 I m sin t 120 iW1 I m sin t 240
W1
iU
Im
iV
iW
U2
t
()电流入
三相对称绕组通入三相对称电流就形成旋转磁场
iU
iV
iW
Im
n0
U1 V2 W2
t
n0
A V2 W1 W2
60
N
V1
U2
n0
V2 W1
U1 W2 V1 U2
W1
S
V1 U2
t 60
t 120
t 180
结论：
当空间彼此相差1200的三个相同的线圈通入对称三相 交流电时，就能够产生与电流有相同角速度的旋转磁 场
二极旋转磁场
（2）旋转磁场的转速

异步电机正常运行时，转差率s很小。 通常s＝0.01～0.05
感应电机的三种运行状态
状态
电动机
定子绕组接对 称电源
电磁制动
外力使电机沿磁 场反方向旋转
发电机
外力使电机快速 旋转
实现 转速
转差率 电磁转矩 能量关系
0 < n < n1
0 s 1
驱动 电能转变为机 械能
n<0 s 1
制动 电能和机械能变 成内能
2.1.2 三相异步电动机的基本工作原理
1、转动原理：
（1）电磁转矩的产生
▲ 用右手定则判断转 子绕组中感应电流的 方向 ▲ 用左手定则判断转 子绕组受到的电磁力 的方向
电磁力→电磁转矩 T
N
S
工作原理示意图
T 与 n0 同方向。
（2）电动机转速n和旋转磁场同步转速n0的关系
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但
通过接线盒接 入三相交流电
电动机转动输出 机械转矩
三相鼠笼型异步电动机的外形 图
主要部件的拆分图。
异步电动机的外部接线
三相笼式异步电动机的部件图
额定值
额定值指铭牌上标注的一些数据，是电机 制造厂对电机正常运行时的有关电量或机 械量所规定的数据。 电机的额定运行状态：按照铭牌上所规定 的条件运行时，可以保证电机工作可靠， 性能优良。
→
旋转磁场转 50 圈
旋转磁场转 3000
电流每分钟变化 (50×60) → 周 圈 p = 2 时： 电流变化一周期
→
旋转磁场转半圈
电流每秒钟变化 50 周
→
旋转磁场转 25 圈
旋转磁场转 1500
电流每分钟变化 (25×60) → 周 圈
p 为任意值时： 三相异步电动机的同步转速
n0 p
60 f
星形连接
三角形连接
定子绕组接线方法
例子：已知一Y180M-2型三相异步电动机铭牌数据：
PN 22kW,U N 380V, I N 42.2A, cos N 0.89, f N 50Hz, nN 2940r / min, 三角形联结。
求额定状态下运行时： （1）定子绕组的相电流； （2）输入有功功率； （3）效率；
f 2 sf1
转子磁动势相对转子的转速：
转子磁动势相对定子的转速： △n +n=sns+(1-s)ns=ns 转子磁动势相对定子磁动势的转速：0
三相电流
设电流为正值时，电流从线圈的 首端流向末端，用 表示流入，
(•)电流出
U1
n0
W2
用 ⊙ 表示流出。反之电流由末
端流向首端。 取 t = 0、T/3、2T/3和Ｔ四个瞬 间，标出电流的方向，由右手螺
V2
W1
V1
旋法则确定磁场的方向。
U2
()电流入
异步电动机中，旋转磁场代替了旋转磁极
异步电动机运行中:
电动机起动瞬间:
s 1 ~ 9%
n 0, s 1 （转差率最大
） 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：
[例] 有一台50Hz的感应电动机，四对极，其额定转速 nN ＝ 730 r／min， 试求该机的额定转差率。 解：
方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转
电源
电源
A B C
A
B
C
正转
反转
M 3~
M 3~
总结：三相异步电动机工作原理
当三相异步电动机接通电源时，定子绕组就会 产生旋转磁场，转子相当于磁场中的闭合线圈， 随着磁场的旋转，转子就会旋转起来。
三相感应电动机的工作原理
对称三相绕组 通入对称三相电流 三相交流电能
n n0
异步电动机工作的必要条件
提示：如果
n n0
转子与旋转磁场间没有相对运动 无转子电动势（转子导体不切割磁力线）
无转子电流
无转距
（3）转差（率）S 的概念：
转 差：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。 转差率：转差与n0的比值。 即：
n0 n s n0
或
n0 n s 100 % n 0
2. 额定功率 PN PN = 3
Y系列异步机 机座长度代号 机座中心高度 磁极数
→转子轴上输出的机械功率 kW
3. 额定电压 UN UN = 380 V →定子三相绕组应施加的线电压
型 号 电 压 转 速
三相异步电动机 Y132S－6 功 率 3 kW 380 V 电 流 7.2 A 960r/min 功率因数 0.76
( ns - nN ) s ns 750 - 730 750 0.02667
2、旋转磁场的产生
将对称三相电流i1、 i2
、i3通入在空间彼此相差120的
作星形连接的三个相同线圈U1U2、V1V2、W1W2。
iU1 I m sin t iV1 I m sin t 120 iW1 I m sin t 240
（a） 槽漏磁 （b）端部漏磁 图5-8 定子漏磁通
谐波磁通主要是由定子磁势的高次谐波分量产生。由于它 的极对数和转速都与基波磁通不同，因此虽然通过转子与 转子绕组交链，但对转子不产生有用的转矩。
而且此磁通在定子绕组中的感应电势与基波频率一样。因 n 此把它作为定子漏磁通处理。 vp 1 pv nv pn1 v fv f1 60 60 60