第4章三相异步电动机基础教案doc.docx
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第4章三相异步电动机基础教案doc
安徽新闻出版职业技术学院教案
科目电机与拖动技术基础
年级
15
包装自动化技术
1班
任课教师
付学敏
第4章三相异步电动机
课
题
1、知识方面：
了解三相异步电动机的基本结构、理解工作原理、电磁转矩和机械特
教
性，理解起动、调速、制动方法。
学
2、德育方面：
科学技术就是生产力。
目
3、技能方面：
识别三相异步电动机的基本结构。
的
重三相异步电动机的感应电动式和磁动势
点三相异步电动机的工作原理
难三相异步电动机的工作特性
点
挂（a）简化的三相绕组分布图
图（b）按星形连接的三相绕组接通三相电源
或（c）三相对称电流波形图
实（d）两极绕组的旋转磁场
验
用
具
作
业
本
课
小
结
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导入：
三相异步电动机结构简单、制造方便、坚固耐用、维护容易、运行效率高、工作特性好；和同容量的直流电动机相比，异步电动机的
重量约为直流电动机的一半，其价格仅为直流电动机的l/3左右；而且异步电动机的交流电源可直接取自电网，用电既方便又经济。
所以大部
分的工业、农业生产机械，家用电器都用异步电动机作原动机，其单机容量从几十瓦到几千千瓦。
我国总用电量的2/3左右是被异步电动机消耗掉的。
教三相异步电动机的基本结构与工作原理
学
过
程
一、基本结构
三相异步电动机主要是由定子部分（静止的）和转子部分（转动的）两大部分组成，定、转之间是空气隙。
另外还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。
（一）异步电动机的定子结构
异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
1.机座
异步电动机的机座主要是固定和支撑定子铁心和绕组。
中小型电机
一般采用铸铁机座、大中型电机采用钢板焊接的机座。
电机损耗变成的
热量主要通过机座散出，为了加强散热面积，机座外部有很多均匀分布
的散热筋。
机座两端面上安装端盖，端盖支撑转子，保持定、转子之间
的气隙值。
2.定子铁心
定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。
为了降低定子铁心
的铁损耗，定子铁心用厚的硅钢冲片叠成，硅钢片两面还应涂上绝缘漆，
用以降低交变磁通在铁心中产生的涡流损耗。
在定子铁心内圆上开有
槽，槽内放置定子绕组（也叫电枢绕组）。
3.定子绕组
异步电机的定子绕组是电动机电路部分。
小型异步电动机定子绕组
通常由高强度漆包圆线绕成线圈嵌入铁心槽内；大、中型电机使用矩形
截面导线预先制成成型线圈，再嵌入槽内。
每相绕组按一定规律连接，
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三相构成对称绕组。
定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌放在定
铁心的槽中。
绕组与槽壁间用绝缘隔开。
三相绕组的6个出线，引到机座上接线盒内的接线板上，可按要求接成Y或接法。
（二）定子与转子间的气隙
异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.2~1.5mm左右。
由于气隙是电动机能量转换的主要场所，所以气隙大小与电动机性能有很大的关系。
异步电动机
教
的励磁电流是由定子电源供给的,气隙大时，磁路磁组增加，要求的励磁电流也增加，从而影响电动机的功率因数。
为了提高功率因数，尽量
让气隙小些，但也不应太小，否则，不但给制造带来困难，也可能使定、转子摩擦或碰撞。
如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势产生的
学磁通来看，气隙大点当然又有好处。
因此对气隙的大小应全面考虑。
（三）异步电动机的转子结构
异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成。
1．转子铁心
转子铁心也是磁略的一部分，与定子铁心一样，也由0.5mm厚的硅钢片
过叠压而成，整个铁心固定在转轴上。
转子铁心外圆上冲有均匀分布的槽，用以安放转子绕组。
由于槽缝很小，整个转子铁心的外表面成圆柱形。
2.转子绕组
三相异步电动机的转子绕组用来感应电动势及产生电流，同时与旋
转磁场作用产生转矩，是电机的重要部件之一。
异步电动机的转子绕组
程
按结构分笼型绕组和绕线型绕组两种。
笼型绕组。
笼型绕组分铜条绕组和铸铝绕组两种。
铜条转子是在转子铁心槽内插入铜条（又称导条），铁心两端槽口外用铜环将全部导条焊接，全部导条自行闭合，其形状为圆柱形“笼子”。
铸铝绕组是将熔化的铝注入转子槽内，同时注上端环和风扇，使导条与端环构成闭合绕组，其形状也是圆柱形“笼子”。
笼型绕组的工艺和结构简单、制造方便、经济耐用。
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绕线型转子绕组。
绕线型转子的铁心槽内嵌放三相对称绕组，与定子绕组相似。
转子绕组采用Y接线，三相绕组的首端接到转轴上的三个集电环，再通过电刷、滑环间的滑动与外电路连接。
绕线型转子回路中串接外接电阻或其他电气设备，以改善电动机的启动性能和调速性能，因此获得广泛应用。
但是结构比笼型电机复杂，而且电刷、滑环还增加了维修工作量。
教二、三相异步电动机的铭牌数据
三相异步电动机的机座上都装有铭牌，铭牌上标明了使用电动机应遵循的技术数据和电机型号。
（一）型号
电机的型号表明了电动机的名称、规格和基本技术条件的产品代
学号。
一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。
其中汉语
拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成，例如Y系列三相异步电动机表示如下：
过
程
Y系列异步电机是普通用途的小型鼠笼全封闭、自冷式三相异步电动机。
用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。
我国生产的异步电动机种类很多，其它类型的异步电动机可参阅产品目录。
（二）额定值
异步电动机按额定值运行称为额定运行状态，异步电动机的额定值
有：
1.定功率PN
定功率指电动机在额定运行状态时轴上输出的机械功率，单位为W
或kW。
2.额定电压UN
额定电压指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V或kV。
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异步电动机为了区分定、转子边的量，在定子边的量加下标
l，如
U1N
。
转子边的量加下标
2表示，如
U
2N
。
3.额定电流
IN
额定电流指电动机在定子绕组加额定电压、输出额定功率时，定子
绕组中的线电流，单位为
A。
也可表示为I1N（转子为I2N）。
教
4.
额定频率fN
额定频率是指电动机所接电源标准频率，单位为
HZ。
我国工业用
电的频率是50HZ。
5.
额定转速
额定转速指电动机定子所加电源为额定频率、额定电压，且轴端输
学
出额定功率时电机的转速，单位为r/min。
6.
额定效率N和额定功率因数cosN
指电动机在额定负载时，电机的效率和定子边的功率因数。
电动机
额定运行时有
过
PN
3UNINNcosN
（4—1）
三、三相异步电动机的工作原理
多媒体直观展示
三相异步电动机的定子铁芯中放置三相结构完全相同的绕组
U、V、
加深认识
W，如图（a）。
各相绕组在空间上互差120°电角度，向这三相绕组通入
对称的三相交流电，如图（b）（c）所示。
下面我们以两极电动机为例
程说明电流在不同时刻时，磁场在空间的位置。
下图（d）所示，假设电流的瞬时值为正时是从各绕组的首端流入，
（用〇中间加个×表示），末端流出（用“⊙”表示），当电流为负值时，
于此相反。
在ωt=0的瞬间，iu=0，iv为负值，iw为正值，如图（c）所示，
则V相电流从V2流进，V1流出，而W相电流从W1流进，W2流出。
利用安培右手定则可以确定ωt=0瞬间由三相电流所产生的合成磁场方向
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如图（d）①所示。
可见这时的合成磁场是一对磁极，磁场方向与纵轴线方向为一致，上方式北极，下方是南极。
应用同样的分析方法可画出
ωt=2/3*π,ωt=4/3*π,ωt=2π时的合成磁场，分别如图（d）②③
④所示，由图中可明显地看出磁场的方向逐步按顺时针方向旋转，共计转过360°，即旋转了一周。
教
学
过
程
（d）①②③④
（a）简化的三相绕组分布图
（b）按星形连接的三相绕组接通三相电源
（c）三相对称电流波形图
（d）两极绕组的旋转磁场
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由此可以得出如下结论：
在三相交流电动机定子上布置有结构完全
相在空间位置各相差120度电角度的三相绕组，分别接入三相对称交流
电，则在定子与转子间所产生的合成磁场是沿定子内圆旋转的，我们称
此为旋转磁场。
旋转磁场的磁感线切割转子绕组，在转子绕组中产生感应电动势和
感应电流，转子绕组在磁场中受到电磁力的作用，电磁力乘以电枢半径
教就形成了电磁转矩。
电磁转矩的方向与旋转磁场方向相同。
转子转动后，其转速为n，则转子导体与定子旋转磁场间的相对切
割速度为nn1n。
当nn1时，n0，相应地有e20，i20，即
转子与旋转磁场间无相对切割运动时，转子绕组中无感应电动势和电
流，也就没有驱动转子转动的电磁转矩，可见nn1是异步电动机维持
学
运行的必要条件，“异步”电机之称也因此而得名。
转子转速与旋转磁场转速间的大小用转差率s来描述，
n1n
s
n1
（4—2）
转差率s又称滑差，它是描述异步电机运行状态的一个基本量。
电
过
机空载时s
0.5%，额定负载时s
5%，所以异步电动机的转子转速
总是接近旋转磁场转速的。
这就是异步电机的基本原理。
1）旋转磁场的方向:
由上图可以看出，三相交流电按U-V-W相序变化，则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。
程若我们任意对调电动机两相绕组的电流相许，如：
U-W-V相序，则由理论分析和实践证明，产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。
由此可知，旋转磁场的旋转方向取决于通入绕组中的三相交流电源的相序，只要任
意对调电动机的相序，则可改变旋转磁场的方向。
2）旋转磁场的转速为：
n1=60f1/P，上述公式中
n1：
表示旋转磁场的转速，单位转/分；f1：
表示三相交流电源的频率，单位赫兹；P：
表示磁极对数；60：
表示一分钟的60秒。
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教
三相异步电动机的绕组和额定值
三相异步电动机绕组绕制原则
1.根据磁极对数要求，三相绕组必须保持在空间上的对称，三相绕组互差120度空间电角度。
排列规律为：
每绕一对磁极则需一组三相对称绕组（A、B、C为三相首端，X、Y、Z为三相尾端），排列顺序为A、Z、B、X、C、Y。
2.根据对称原则，每相绕组应相等均匀，若极数为2P，所以要将总的定子槽分为2P等分，每一等分为一个极距，称为一个极相组（以槽数
表示）。
再将每一极距内的槽数分成三组，以分别安装（m=3）相绕组的
线圈边。
每一相所占槽数以表示称每极每相槽数q。
q
z
2pm
3.槽距角
学槽距角为相邻两槽中心线间的电角度。
公式为
0
p.360
z
4.极距
极距为相邻两磁极中心线间的距离（槽数）
过
z
2p
三相绕组的种类
（1）单层绕组和双层绕组
（2）整距绕组和短距绕组
程
整距绕组y=
短距绕组y<
（3）集中绕组和分布绕组集中绕组q=1
分布绕组q>1
额定值
P
1N
3
N
I
NCOS
N（输入功率）
U
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三相异步电动机
型号
Y132S－6
功
率
3kW
频
率50Hz
电压
380V
电
流
A
联
结Y
铭牌电压为额定电压（线电压），电流为额定电流（线电流，功率指的
教是轴上输出额定机械功率，Y132S－66指的是极数。
三相异步电动机的电磁转矩和机械特性1．三相异步电动机的电磁转矩
三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场的每极磁通与转子电
流I2相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电流的有功分量I2cos2及
学
定子旋转磁场的每极磁通成正比，即：
TKTI2cos2
式中KT是一个与电动机结构有关的常数。
将I2、cos2的表达
式及与U1的关系式代入上式，得三相异步电动机电磁转矩公式的另一过个表示式：
sRU
2
TK
2
1
2
（sX
）2
R
20
2
式中K是一常数。
可见电磁转矩T也与转差率s有关，并且与定子
程每相电压U1的平方成正比，电源电压对转矩影响较大。
同时，电磁转矩
T还受到转子电阻R2的影响
2．三相异步电动机的机械特性
起动转矩：
电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起动转矩。
额定转矩：
电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，
忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。
dT
0
最大转矩：
对应于最大转矩的转差率Sm可由ds求得
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