三相交流异步电动机讲义

第六章三相交流异步电动机

三相的意思是有三相绕组，通入三相对称电流，每个绕组是一相。

三相异步电动机结构简单，运行可靠，制造方便，有较高的运行效率和较好的工作特性，所以非常通用，这里就以三相异步电动机为例介绍交流电机。

6.1结构

三相异步电动机种类很多，但基本结构相同，都是由定子和转子这两大基本部分组成的，在定子和转子之间具有一定气隙。此外，还有一些附件。

6.1.1定子部分

定子是用来产生旋转磁场的，三相异步电动机的定子一般由外壳、定子铁心和定子绕组组成。

（１）定子铁心

异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由薄硅钢片叠压而成的。每片之间绝缘，减少了由于交变磁通通过引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子线圈。

（２）定子绕组

定子绕组是三相电动机的电路部分，给三相钉子绕组通入对称三相电流时就会产生旋转磁场。

三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，每个绕组又由若干线圈连接而成。线圈由绝缘铜/铝导线绕制而成。每个绕组即为一相，各绕组在空间相差120°电角度。

１

２

定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端是123,,d d d ，末端是456,,d d d ，这六个出线端在接线盒里的排列方式如图，可以接成星形或三角形。

6.1.2 转子部分

（１）转子铁心

是由硅钢片叠压而成的，套在转轴上，作为电动机磁路的一部分，同时用来安放转子绕组。 （２）转子绕组

分为绕线型和鼠笼型两种，异步电动机由此分为绕组转子异步电动机与鼠笼异步电动机两种。 ① 绕线型绕组

与定子绕组一样也是个三相绕组，一般接成星形。三相引出线分别接到转轴上的三个集电环（滑环）上，集电环与转轴是绝缘的。通过电刷与外电路相连，这就有可能在转子电路中串接电阻或电动势以改善电动机的运行性能。

② 鼠笼型绕组

在转子铁心每个槽中插入一根铜条，铜条两端的铜环（端环）把导条连接起来，称为铜排转子。

或者是把转子导条和端环、风扇叶片等用铝液一次浇铸成型，称为铸铝转子。 笼形绕组因结构简单、制造方便、运行可靠，所以得到广泛应用。

３

6.1.3 其它部分

外壳：一般由铸铁或铸钢浇铸成型，保护和固定定子绕组和转子，包括机座、轴承盖、端盖、接线盒、吊环等部件；机座：保护和固定定子绕组；轴承：支撑转子轴；轴承盖：固定转子，使转子不能轴向移动，存放润滑油，保护轴承；端盖：防护作用，支撑转子，把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀旋转；接线盒：保护和固定绕组的引出线端子；吊环：起吊、搬抬电动机；风扇：通风冷却电动机。

三相异步电动机的定子与转子之间的空气隙，一般仅为1mm 左右，气隙太大时，电动机运行的功率因数降低；气隙太小，装配困难，高次谐波磁场增强，附加损耗增大，启动性能差。

6.1.4 铭牌数据

● 额定功率N P ：满负载运行时三相电动机轴上输出的机械功率，单位W 或者kW 。 ● 额定电压N U ：接到电动机绕组上的线电压。

三相电动机要求所接的电源电压值的变动一般不应超过额定电压的5%。电压过高，电动机容易烧毁；电压过低，电动机难以启动，即使启动后电动机也可能带不动负载，容易烧坏。

● 额定电流N I ：三相电动机在额定电源电压下输出额定功率时，流入定子绕组的线电

流，单位A 。

如果超过额定电流过载运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。

三相异步电动机额定功率和其它额定数据之间有如下关系式：3cos N N N N N P U I ϕη=

cos N ϕ为额定功率因数；N η为额定效率

● 额定频率N f ：电动机所接交流电源每秒钟内周期变化的次数，我国规定标准电源频

率为50Hz

４

● 额定转速N n ：三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，一般略小于对应

的同步转速。

● 绝缘等级：三相电动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相电动机允许的最高

工作温度。

● 定额：三相电动机的运转状态，即允许连续使用的时间，分为连续、短时、周期断续

三种。

● 接法：星形还是三角形。三相电动机定子绕组的连接只能按规定方法连接，不能任意

改变接法，否则会损坏电动机。

● 防护等级：三相电动机外壳的防护等级，IP 是防护等级标志符号，其后面的两位数

字分别表示电动机防固体和防水的能力。数字越大，防护能力越强。

6.2 工作原理和转动原理

6.2.1 工作原理

三相异步电动机转子之所以会旋转，实现电能向机械能转换，是因为转子气隙内有一个旋转磁场。

AX 、BY 、CZ 是三相定子绕组，在空间彼此相隔120°，接成星形。

为了保证绕组通电以后，形成对称的磁势和电势，它们在空间的分布必须对称。所以顺时针方向的排列顺序是AZBXCY 。

三相绕组的首端A 、B 、C 接在三相对称电源上，有三相对称电流通过三相绕组，设电源的相序为A 、B 、C ，并将A i 的初始相位角设在90°。则有

()()()000sin 90,sin 30,sin 210A B C i t i t i t ωωω=+=-=+

５

为了分析方便，假设电流在绕组中从首端流向末端时，电流为正；从末端流向首端时为负。

当0t ω=o 时，A i 为正，,B C i i 为负，根据“右手螺旋定则”，三

相电流产生的磁场叠加的结果便形成一个合成磁场，如图（ａ）所示。此时的合成磁场是一对磁极，上边是Ｓ极下边是Ｎ极。

当120t ω=o 时，B i 为正，,A C

i i 为负，合成磁场如图（ｂ）所示，它的方位与0t ω=o 时相比，顺时针转过了120°。当240t ω=o 时，

C i 为正，,A B i i 为负，合成磁场转

过240°。当360t ω=o 时，合成磁场转过一圈。

由此可见，对称三相电流

,,A B C i i i 分别通入对称三相绕组

AX 、BY 、CZ 中所形成的合成磁场，是一个随时间变化的旋转磁场（方向由电流初相角决定）。

如何改变旋转磁场的方向呢？最简单的方法：使其中某两相电源对调即可。 这是电动机产生一对磁极时的情况。当定子绕组连接形成两对磁极时，同样分析可知，电流变化一个周期，磁场只转动半圈，即旋转磁场的转速减慢了一半。由此类推，当旋转磁场有ｐ对磁极时，交流电每变化一个周期，旋转磁场就在空间转动1p 转。

因此，三相电动机定子旋转磁场每分钟的转速0n 、定子电流频率ｆ以及磁极对数ｐ之间的关系是600f p n =，0n 又称为同步转速。