第4章：三相异步电动机教材
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电机拖动与控制
第4章 三相异步电动机
4.1三相异步电动机的原理与结构
4.1.1旋转磁场的产生
定子铁芯里有六个线槽，槽内嵌放着三个结构完全相同的绕组，其首 端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它们在空间上彼此 互差120°。将三个末端连在一起，三个首端接到三相对称电源上， 则绕组内便流过三相对称电流。
图4-4 异步电动机 工作原理图
因转子电流是感应产生的，所以又称感应电动机。
转子的方向与旋转磁场方向一致，因此欲改变转 子的转动方向，需改变三相电流的相序。即将三 相电源线的任意两根对调。
由于转子电流是通过切割磁场感应产生的，因此， 转子转速不可能达到同步转速，否则，转子与旋 转磁场之间便无相对运动，就不会产生感应电流， 也就无法产生电磁转矩。故这两种转速的差异是 电动机能够工作的必要条件，这也就是异步电动 机“异步”名称的由来。
例4-1 一台三相异步电动机，额定功率55Kw， 频率为50Hz，额定电压380V，额定效率0.79，额 定功率因数0.89，额定转速570r/min，试求:
（1）同步转速:因电动机额定运行时转速接近同 步转速，所以同步转速为600r/min。
（2）极对数:为10极电动机
p5
（3）额定电流
IN
PN
根据转差率的大小和符号判断 异步电动机的三种运行状态
4.1.3三相异步电动机的基本结构
1.定子：三相异步 电动机的定子部分 由机座、定子铁芯 和定子绕组三部分 组成。
定子绕组
三相异步电动机的定子 绕组由结构完全相同、 在空间互差120°电角度 的三个绕组组成，每相 绕组由许多线圈按一定 规律嵌放在定子槽内， 有单、双层之分。为接 线方便，将三相绕组的 六个出线端引到接线盒 上，根据需要接成星形 或三角形 。
转差率 s
把同步转速与转子转速之差称为转差或转差 s n1 n
速度，转差与同步转速的之比称为转差率
n1
电动机转子转速可表示为
n
(1
s)n1
60 f1 p
(1
s)
转差率反映转子与旋转磁场之间相对运动的快慢，对运行 性能有极大的影响。当起动瞬间，转差率为1；当空载运行 时，因无负载转矩，转子转速接近同步转速，转差率接近 0 。所以异步电动机正常运行时，转差率的变化范围为0～ 1。对普通的三相异步电动机，其额定转速略低于同步转速， 额定转差率一般为（0.02～0.06）。
旋转磁场的转速与方向
1.三相对称绕组通以三相对称电流，可产生旋转磁场。
2.当电流变化一周期时，一对极磁场在空间旋转一周，二对
极磁场在空间旋转半周。由此可推断：当有p对极时，电流
变化一周，磁场在空间旋转1/p周。因此可得出旋转磁场的
转速与电流频率及磁极对数的关系为
n1
60 f1 p
3.磁场的旋转方向取决于三相交流电的相序。当交流电的相 序为U→V→W时，合成磁场就按U→V→W的顺序旋转；如果相 序变为U→W→V，则磁场的旋转方向也将随之改变为U→W→V。 因此，若要改变旋转磁场的转向，只需将三相异步电动机的 三根电源线中任意两根对调即可。
4．三相异步电动机的铭牌
(1)型号
(2)额定功率 PN (3)额定电压 U N (4)额定电流 I N (5)额定转速 nN
(6)绝缘等级 (7)工作制
（8）额定效率
N =
PN
100%
3U N I N COS
5．三相异步电动的主要系列
Y系列：一般用途的小型笼型全封闭自冷式三相 异步电动机。 YR系列：三相绕线转子异步电动机，用在起动静 止负载或惯性负载较大的机械上。 YZ和YZR系列：起重和冶金用三相异步电动机 YB系列：防爆式笼型异步电动机。 YCT系列：电磁调速异步电动机 .
结构与定子绕组相同，由对称的三相绕组组成。三 相绕组连成星形，三个首端分别接到安装在转轴上 的三个铜滑环（与转轴绝缘）上，通过固定在定子 上的电刷装置与外电路相联，可以串电阻或频敏变 阻器等，用以改善起动和调速性能 。
3.气隙
气隙大小对异步电动机性能影响极大。 气隙大，磁阻大，励磁电流也就大， 异步电动机功率因数就会降低。但气 隙过小，会造成装配困难，且定、转 子易发生机械摩擦，出现“扫膛”现 象。实际电机应兼顾上述两方面因素。
t =0
t=120°
t=240°
在上图a中，U相绕组电流为正最大；V、W相的电流均为负。 根据右手螺旋定则，三相电流产生两极合成磁场，位于U 相绕组的轴线上。
在上图b中，V相绕组电流为正最大；U、W相绕组中的电 流均为负；根据右手螺旋定则，合成磁场位于V相绕组的 轴线上，并在空间沿逆时针方向转过了120°。同理可得c、 d图绕组中电流及其产生合成磁场的方向。
55103
A 119A
3UN cos N N 3 380 0.89 0.79
（4）额定负载时的转差率
sN
百度文库
n1 nN nN
600 570 0.05 600
2.转子：转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等。
（1）转子铁芯：电动机磁路的一部分并要嵌放转 子绕组，所用材料和定子一样，由0.5mm厚的冲有 转子槽形的硅钢片叠压而成。 （2）笼型转子绕组：由槽内的导条和短接这些导 条的导电端环组成。除掉铁心，整个转子绕组的 形状像个笼子，叫笼型转子。
（3）绕线型转子绕组
在两极电机中，当电流在时间上变化一个周期，磁场在空间 正好旋转一周，当某相电流最大，合成磁场就位于该相绕组 的轴线上。由于三相定子电流最大值是按照顺序U、V、W的时 间顺序依次交替变化的，相应的合成磁场也是按照U→V→W的 顺序逆时针方向旋转。
如果将定子绕组安排成四极，如图4-3所示，观察电流变化 时磁场的变化，可以看出：当电流变化120°时，磁场在空 间沿逆时针方向转过了60°，电流变化一个周期，磁场只 在空间旋转了半周。
4.1.2三相异步电动机的工作原理
设该旋转磁场以同步转速沿逆时 针方向旋转，如图4-4。由于转子 绕组自成闭合回路，则在转子绕 组中产生感应电流。
转子绕组的载流导体在旋转磁场 中将受到电磁力的作用，其方向 由左手定则来判定。电磁力作用 于转子从而形成电磁转矩，在电 磁转矩的作用下转子逆时针方向 旋转，如图4-4。
第4章 三相异步电动机
4.1三相异步电动机的原理与结构
4.1.1旋转磁场的产生
定子铁芯里有六个线槽，槽内嵌放着三个结构完全相同的绕组，其首 端和末端分别用U1、V1、W1和U2、V2、W2表示，它们在空间上彼此 互差120°。将三个末端连在一起，三个首端接到三相对称电源上， 则绕组内便流过三相对称电流。
图4-4 异步电动机 工作原理图
因转子电流是感应产生的，所以又称感应电动机。
转子的方向与旋转磁场方向一致，因此欲改变转 子的转动方向，需改变三相电流的相序。即将三 相电源线的任意两根对调。
由于转子电流是通过切割磁场感应产生的，因此， 转子转速不可能达到同步转速，否则，转子与旋 转磁场之间便无相对运动，就不会产生感应电流， 也就无法产生电磁转矩。故这两种转速的差异是 电动机能够工作的必要条件，这也就是异步电动 机“异步”名称的由来。
例4-1 一台三相异步电动机，额定功率55Kw， 频率为50Hz，额定电压380V，额定效率0.79，额 定功率因数0.89，额定转速570r/min，试求:
（1）同步转速:因电动机额定运行时转速接近同 步转速，所以同步转速为600r/min。
（2）极对数:为10极电动机
p5
（3）额定电流
IN
PN
根据转差率的大小和符号判断 异步电动机的三种运行状态
4.1.3三相异步电动机的基本结构
1.定子：三相异步 电动机的定子部分 由机座、定子铁芯 和定子绕组三部分 组成。
定子绕组
三相异步电动机的定子 绕组由结构完全相同、 在空间互差120°电角度 的三个绕组组成，每相 绕组由许多线圈按一定 规律嵌放在定子槽内， 有单、双层之分。为接 线方便，将三相绕组的 六个出线端引到接线盒 上，根据需要接成星形 或三角形 。
转差率 s
把同步转速与转子转速之差称为转差或转差 s n1 n
速度，转差与同步转速的之比称为转差率
n1
电动机转子转速可表示为
n
(1
s)n1
60 f1 p
(1
s)
转差率反映转子与旋转磁场之间相对运动的快慢，对运行 性能有极大的影响。当起动瞬间，转差率为1；当空载运行 时，因无负载转矩，转子转速接近同步转速，转差率接近 0 。所以异步电动机正常运行时，转差率的变化范围为0～ 1。对普通的三相异步电动机，其额定转速略低于同步转速， 额定转差率一般为（0.02～0.06）。
旋转磁场的转速与方向
1.三相对称绕组通以三相对称电流，可产生旋转磁场。
2.当电流变化一周期时，一对极磁场在空间旋转一周，二对
极磁场在空间旋转半周。由此可推断：当有p对极时，电流
变化一周，磁场在空间旋转1/p周。因此可得出旋转磁场的
转速与电流频率及磁极对数的关系为
n1
60 f1 p
3.磁场的旋转方向取决于三相交流电的相序。当交流电的相 序为U→V→W时，合成磁场就按U→V→W的顺序旋转；如果相 序变为U→W→V，则磁场的旋转方向也将随之改变为U→W→V。 因此，若要改变旋转磁场的转向，只需将三相异步电动机的 三根电源线中任意两根对调即可。
4．三相异步电动机的铭牌
(1)型号
(2)额定功率 PN (3)额定电压 U N (4)额定电流 I N (5)额定转速 nN
(6)绝缘等级 (7)工作制
（8）额定效率
N =
PN
100%
3U N I N COS
5．三相异步电动的主要系列
Y系列：一般用途的小型笼型全封闭自冷式三相 异步电动机。 YR系列：三相绕线转子异步电动机，用在起动静 止负载或惯性负载较大的机械上。 YZ和YZR系列：起重和冶金用三相异步电动机 YB系列：防爆式笼型异步电动机。 YCT系列：电磁调速异步电动机 .
结构与定子绕组相同，由对称的三相绕组组成。三 相绕组连成星形，三个首端分别接到安装在转轴上 的三个铜滑环（与转轴绝缘）上，通过固定在定子 上的电刷装置与外电路相联，可以串电阻或频敏变 阻器等，用以改善起动和调速性能 。
3.气隙
气隙大小对异步电动机性能影响极大。 气隙大，磁阻大，励磁电流也就大， 异步电动机功率因数就会降低。但气 隙过小，会造成装配困难，且定、转 子易发生机械摩擦，出现“扫膛”现 象。实际电机应兼顾上述两方面因素。
t =0
t=120°
t=240°
在上图a中，U相绕组电流为正最大；V、W相的电流均为负。 根据右手螺旋定则，三相电流产生两极合成磁场，位于U 相绕组的轴线上。
在上图b中，V相绕组电流为正最大；U、W相绕组中的电 流均为负；根据右手螺旋定则，合成磁场位于V相绕组的 轴线上，并在空间沿逆时针方向转过了120°。同理可得c、 d图绕组中电流及其产生合成磁场的方向。
55103
A 119A
3UN cos N N 3 380 0.89 0.79
（4）额定负载时的转差率
sN
百度文库
n1 nN nN
600 570 0.05 600
2.转子：转轴、转子铁芯、转子绕组、风扇等。
（1）转子铁芯：电动机磁路的一部分并要嵌放转 子绕组，所用材料和定子一样，由0.5mm厚的冲有 转子槽形的硅钢片叠压而成。 （2）笼型转子绕组：由槽内的导条和短接这些导 条的导电端环组成。除掉铁心，整个转子绕组的 形状像个笼子，叫笼型转子。
（3）绕线型转子绕组
在两极电机中，当电流在时间上变化一个周期，磁场在空间 正好旋转一周，当某相电流最大，合成磁场就位于该相绕组 的轴线上。由于三相定子电流最大值是按照顺序U、V、W的时 间顺序依次交替变化的，相应的合成磁场也是按照U→V→W的 顺序逆时针方向旋转。
如果将定子绕组安排成四极，如图4-3所示，观察电流变化 时磁场的变化，可以看出：当电流变化120°时，磁场在空 间沿逆时针方向转过了60°，电流变化一个周期，磁场只 在空间旋转了半周。
4.1.2三相异步电动机的工作原理
设该旋转磁场以同步转速沿逆时 针方向旋转，如图4-4。由于转子 绕组自成闭合回路，则在转子绕 组中产生感应电流。
转子绕组的载流导体在旋转磁场 中将受到电磁力的作用，其方向 由左手定则来判定。电磁力作用 于转子从而形成电磁转矩，在电 磁转矩的作用下转子逆时针方向 旋转，如图4-4。