第七章.三相交流电动机
三相交流电机和三相无刷电机
三相交流电机和三相无刷电机三相交流电机和三相无刷电机是现代工业中常见的电动机类型，它们在不同的应用场合中发挥着重要作用。
本文将从工作原理、优点和应用等方面对这两种电机进行介绍，希望读者能够对它们有更深入的了解。
三相交流电机是一种利用三相交流电源驱动的电动机。
它由定子和转子两部分组成。
定子上绕有三组互相位移120度的线圈，称为A、B、C相。
当交流电源通电时，由于相位差的存在，线圈中会产生旋转磁场。
而转子上的永磁体受到磁场的作用，会跟随磁场的旋转而旋转，从而驱动电机运行。
三相交流电机具有结构简单、可靠性高、效率高等优点，广泛应用于工业生产中。
而三相无刷电机是一种采用电子换向技术驱动的电机。
它与传统的有刷直流电机相比，无刷电机没有刷子与换向器，换向通过电子元件来实现。
无刷电机的转子上通常装有永磁体，定子则绕有三组线圈，同样称为A、B、C相。
通过适时地改变线圈的通电顺序，可以实现电机的正常运转。
三相无刷电机具有体积小、重量轻、寿命长、响应快等优点，在电动车、无人机等领域有着广泛的应用。
三相交流电机和三相无刷电机在工业生产中发挥着不同的作用。
三相交流电机通常用于大功率的工业设备，如电动机、风机、泵等。
它们能够提供稳定可靠的动力输出，适用于长时间、高负荷的运行环境。
而三相无刷电机则更适用于一些对体积和重量有较高要求的场合，如电动工具、家用电器等。
无刷电机的高效率和快速响应能力使其成为许多高性能设备的理想选择。
三相交流电机和三相无刷电机是现代工业中常见的电动机类型。
它们在工作原理、优点和应用等方面存在一定的差异，但都在各自的领域中发挥着重要作用。
通过深入了解它们的特点和应用，我们可以更好地选择和应用电机，提高生产效率，推动工业的发展。
希望本文对读者有所帮助，增加对这两种电机的认识。
三相交流电动机结构
三相交流电动机结构
三相交流电动机是一种常见的电动机类型，其结构主要由转子、定子
和端盖组成。
下面将详细介绍三相交流电动机的结构。
一、转子
转子是三相交流电动机的旋转部分，通常由铸铁或铝合金制成。
转子
的结构分为两种：鼠笼式转子和绕线式转子。
鼠笼式转子是将许多铜条或铝条平行地嵌入到铸铁或铝合金的转子中，形成一个闭合的回路。
当电流通过定子线圈时，会在转子中产生旋转
磁场，使转子旋转。
绕线式转子是将绕线制成的线圈绕在转子上，形成一个旋转的电磁场。
当电流通过定子线圈时，会在转子中产生电流，使转子旋转。
二、定子
定子是三相交流电动机的静止部分，通常由铸铁或铝合金制成。
定子
的结构分为两种：单层绕组和双层绕组。
单层绕组是将绕线制成的线圈绕在定子上，形成一个旋转的电磁场。
当电流通过定子线圈时，会在定子中产生电流，使定子产生旋转磁场。
双层绕组是将两个绕线制成的线圈绕在定子上，形成两个旋转的电磁场。
当电流通过定子线圈时，会在定子中产生两个电流，使定子产生
两个旋转磁场。
三、端盖
端盖是三相交流电动机的两端，通常由铸铁或铝合金制成。
端盖的主
要作用是固定转子和定子，并保护电机内部的零部件。
总之，三相交流电动机的结构主要由转子、定子和端盖组成。
其中，
转子是电动机的旋转部分，定子是电动机的静止部分，端盖则是电动
机的两端，起到固定和保护的作用。
了解三相交流电动机的结构对于
电机的维护和维修非常重要。
电工学课件--第七章--电动机教学内容
定子接线端的连接
CAB
ZXY
W2 U2 V2 U1 V1 W1
去掉W2、 U2、V2短接 片后，变为
Y型连接
△接接
返回
第二节 三相异步电动机的工作原理
旋转磁场
转动原理
转差率
返回
一、旋转磁场
1、旋转磁场的产生
定子三相绕组对称，且空间上互差120°，接
成形。 U
A iA
YZ
X
W
V
C iC iB
电工学课件--第七章--电动机
一、转动原理
N
n1
n1=0, 磁场静止，转 子不能感应电流，导 体静止。
⊙F F
S
n1≠0，磁场顺时针旋 左通力 转。 右生电 转子产生感应电流，
在磁场的作用下产生
▪ 异步电动机要转动起来，电磁转矩，使转子转
要有旋转的磁场，同时转 动起来，方向与磁场
子电路必须闭合。
方向一致。
s≈0.02～0.06
异步电动机刚起动的瞬间，n = 0 , s = 1
返回
例：某三相异步电动机额定转速nN= 980r/min，接
在 f 1= 50Hz 的电源上运行。试求在额定状态下,定
子旋转磁场速度n1、磁极对数P、额定转差率s。
解： ∵一般额定转差率为0.02～0.06 ∴n≈n1
n
n1
6
0f1 P
P60 f1 60 503
n
980
n 16P f0 1
6 050 10r0 /m 0in 3
sn1n100 9 08 00.02
n1
1000 返回
第三节 三相异步电动机的电磁 转矩与机械特性
转矩平衡 电磁转矩 机械特性
三相交流电动机结构及各部分作用
三相交流电动机结构及各部分作用三相交流电动机是一种常用的电动机类型，其结构复杂，包括定子、转子、端盖和轴等部分，每个部分都有其特定作用。
1.定子：定子是三相交流电动机的固定部分，通常由电枢绕组、铁心和端盖等组成。
电枢绕组是由三组相间120度排列的绕组组成，其作用是产生旋转磁场。
铁心则用于增加定子的磁导率，从而提高磁场的强度。
2.转子：转子是三相交流电动机的转动部分，其中心通常由轴、铁心和导电材料（如铜或铝）构成。
转子的作用是在定子产生的旋转磁场作用下，通过感应电流产生转矩，使电机运转。
3.端盖：端盖位于电动机的两端，用于固定定子和转子。
除此之外，端盖还起到保护电机内部零件的作用，防止灰尘、水分和其他杂质进入电机内部，从而延长电机的使用寿命。
4.轴：轴是电动机的中心部分，通过轴将转子与外部负载连接起来。
轴的材料通常选用高强度、刚性好的金属材料，以保证电机的稳定运转。
在电动机运行过程中，各部分有着不同的作用：1.定子：定子中的电枢绕组通过三相交流电源输入电流，产生旋转磁场。
这个旋转磁场会与转子中的导体相互作用，产生感应电流，从而产生转矩，驱使电机转动。
2.转子：转子中的导体以铜或铝为材料，当定子的旋转磁场作用下，导体中会产生感应电流。
感应电流与定子磁场相互作用，产生磁力，从而产生转矩，使电机运转。
3.端盖：端盖固定了定子和转子，不仅起到了保护作用，还防止了外部杂质进入电机内部，保证电机的正常运转。
4.轴：轴将转子与外部负载连接起来，通过轴传递转动力矩。
轴的设计和材料的选择直接影响到电机的转速和负载能力。
除了以上主要部分外，三相交流电动机还常常配有其他辅助部件，如轴承、风扇和传感器等。
轴承用于支撑转子的装置，保证转子的旋转平稳和无摩擦，风扇用于散热，传感器用于检测电机的转速和温度等参数。
总结起来，三相交流电动机作为一种常见的电动机类型，其结构复杂，包括定子、转子、端盖和轴等多个部分，每个部分都有其特定的作用，共同协作使电机正常运转。
三相交流同步电动机原理
三相交流电动机是用三相交流电产生的旋转磁场来带动电机转子旋转的，有关旋转磁场的介绍在前面已作介绍，在这里介绍电机转子是如何在旋转磁场的作用下旋转的。
最简单的方法是在产生旋转磁场的空间放一永久磁铁，该磁铁就会跟着磁场旋转了。
下图就是这样一个永久磁铁转子。
把永久磁铁转子放在有旋转磁场的定子铁芯中，它将跟随旋转磁场一同旋转，其转速与旋转磁场一致，故称之为同步电动机，下图便是这样一个模型的示意图。
下面是该三相交流同步电动机模型的动画截图，为看清线圈与磁力线，定子与转子用半透明显示。
动画中有输入三相电流的变化波形，有旋转磁场与跟着旋转的永磁转子。
需要观看永磁转子同步电动机原理模型动画请下载动画文件观看
实际上的三相交流同步电动机转子多数是电磁的，转子上有励磁绕组，用直流励磁电源产生固定磁场，下图是一个三相交流同步电动机原理模型旋转动画的截图。
第七章三相交流电机答案
第七章 三相交流异步电动机答案班级 姓名 学号1．额定功率都是4kW 的Y112M-4型和Y160M 1-8型三相异步电动机，其额定转速分别为1440r/min 和720r/min 。
它们的额定转矩各为多少？请说明电动机的极数、转速和转矩三者之间的关系。
解：Y112M-4电动机： T N =9550×P N /n N =9550×4/1440=26.53N ·mY160M 1-8电动机：T N =9550×P N /n N =9550×4/720=53.06N ·m 这说明电动机磁极对数越多，转速越低，而电动机的转矩越高。
2．Y112M-4型三相异步电动机，已知相关数据为U N =380V ，△接法，I N =8.8A ，P N =4kW ，ηN =0.845，n N =1440r/min 。
求：⑴在额定状态下的功率因数及额定转矩；⑵若电动机的起动转矩为额定转矩的2.0倍时，采用Y-△降压起动时的起动转矩。
解：⑴817.0845.08.838031043cos cos 33=⨯⨯⨯⨯==∴=N N N N N NN N N N I U P I U P ηϕϕηΘ53.261440495509550=⨯==n N N n P T N ·m ⑵ 06.53253.260.2=⨯==N st T T N ·m 69.1706.533131=⨯==st stY T T N ·m 3．有一台四极、50Hz 、1425r/min 的三相异步电动机，转子电阻R 2=0.02Ω，感抗X 20=0.08Ω，E 20=20V 。
求：⑴电动机在起动瞬间（n =0，s =1）时转子电流I 20，功率因数cos ϕ20；⑵额定转速时的E 2、I 2和cos ϕ2。
比较上述两种情况能得出什么结论？ 解：⑴ 24108.002.02022220222020=+=+=XR E I A 241.008.002.002.0cos 2222022220=+=+=XR R ϕ⑵ 05.015001425150011=-=-=n n n s N N 所以 12005.0202=⨯==sE E V 49)08.005.0(02.02005.0)(2222022202=⨯+⨯=+=sX R sE I A98.0)08.005.0(02.002.0)(cos 222202222=⨯+=+=sX R R ϕ4．Y180L-6型三相异步电动机的额定电压为660/380V ，Y/△接法，接到工频线电压为380V 的电源上运行，测得I l =30A ，P 1=16.86kW 。
交流电动机三相电流不平衡的原因
交流电动机三相电流不平衡的原因导言：交流电动机是工业生产中常见的驱动设备之一，其运行稳定与否直接影响到生产效率和设备寿命。
然而，有时我们会发现交流电动机的三相电流存在不平衡现象，这可能会导致电机发热、效率下降、噪音增加等问题。
本文将从电源问题、线路问题和电机本身问题三个方面分析交流电动机三相电流不平衡的原因。
一、电源问题1.供电电源不平衡：交流电动机通常采用三相供电，若供电电源的三相电压存在差异，会导致电机三相电流不平衡。
这可能是由于电源系统中的配电设备老化、负荷不均衡或电网故障等原因引起的。
2.电源电压波动：电源电压波动也是导致电动机三相电流不平衡的常见原因之一。
电源电压波动会导致电机运行时各相电流发生波动，进而引起电流不平衡。
二、线路问题1.线路阻抗不均衡：线路阻抗不均衡是导致电动机三相电流不平衡的重要原因之一。
电动机工作时，电流会通过供电线路传输，如果线路的阻抗不均衡，会导致电流在各相之间分配不均，从而产生电流不平衡现象。
2.线路接触不良：线路接触不良也可能引起电动机三相电流不平衡。
在电路连接处，如插座、接线端子等，如果存在松动、腐蚀或接触不良的情况，会导致电流传输不畅，造成电流不平衡。
三、电机本身问题1.电机内部绕组故障：电机内部绕组故障是导致电动机三相电流不平衡的主要原因之一。
绕组故障可能包括绝缘老化、短路、接地等问题，这些故障会导致电机各相电流不一致，从而引起电流不平衡。
2.负载不均衡：负载不均衡是指电动机所驱动的负载在各相上的分布不均匀。
负载不均衡会导致电动机各相的负载不同，从而引起电流不平衡。
解决方案：1.电源问题解决方案：定期检查供电电源的稳定性，保证电源的平衡和稳定；对于电源电压波动较大的情况，可以采用稳压器或电压调节器来稳定电压。
2.线路问题解决方案：定期检查线路的阻抗平衡情况，确保线路的连接良好；及时处理线路接触不良的情况，确保电流传输畅通。
3.电机本身问题解决方案：定期对电机进行维护和检修，及时处理绕组故障；在设计和使用过程中，合理安排负载，避免负载不均衡。
三相电路基础
•
则 AN = 220∠−30° U V
UAN IA = =17.29∠−75°A Z1 +Z′
递推： 递推：
• •
•
6+j5Ω Ω
I B =17.29∠−195°A
I C =17.29∠45°A
•
•
6+j5Ω Ω
UA′N = Z′ I A
•
•
6+j5Ω Ω
7-3 不平衡三相电路计算
（电源对称，负载不平衡） 电源对称，负载不平衡）
ZB
3、 三相电路 、
1) Y-Y连接
uA uC uB ZC 三相三线系统 三相四线系统
ZA ZB
2) Y-△连接 △
uA uC uB ZC ZB ZA
3) ∆- ∆连接
uC
uA
ZC ZB
ZA
uB
4)
∆- Y连接 连接
ZA uC uA ZC ZB
uB
端线(火线、相线 ； 平衡三相电路； 端线 火线、相线)； 平衡三相电路； 火线 中线（零线、地线） 中线（零线、地线） 不平衡三相电路
5、功率测量： 功率测量： 1）单相测量，三相相加。 单相测量，三相相加。 uC uA uB ZC ZA ZB
P = PA + PB + PC
P = P + P2 1
2） 三相系统的二瓦计法。 ） 三相系统的二瓦计法。
三 相 电 路
) 常量） 4、瞬时功率: p (t ) = p A (t ) + pB (t ) + pC (t ) = P (W （常量） 、瞬时功率
例：图示三相电路中U线=380V，求各线电流。 图示三相电路中 ，求各线电流。 解： U相=220V
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U1 4.44 f1 N 1
每极磁通
（2）定子感应电势的频率 f1 旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以
pn0 f1 60
3、转子电路 (1)转子感应电势频率 f 2
f 1= 电源频率 f
∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间 的相对速度随转子的转速不同而变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同
iA
A Z X Y
Im
i i A
i B iC
t
o
B
t0
n1
×
iC
iB
C
t1
t2
t3
n1
×
对应电流各时刻的合成磁场方向:
n1
×
Y
A
N
t0
× C
Z B
X
Y
×A
t1
Z B
Y
N
A
Z ×B
×X
Y
A
N
C
X
t2
C
t3
× C
Z B
X
分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°
n0 n 将s 代入上式 n0
Tmax
Tst
TN
O
T
n n0
nN
得特性曲线：
S N Sm
1
O
S
最大转速n=n0时
启动时n=0
TN Tst Tmax
T
电动机的自适应负载能力：
电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整， 这种能力称为自适应负载能力。 常用特 n 性段
TL n S I 2 T 直至新的平衡。此过程中，I 2 时， I1 电源提供的功率自动
i
1
1
e 1 i1R1
i1 u1
e1
e2
转子边： 0 e2 e 2 i2 R2
e 1
定子电路 2.定子电路
e 2
转子电路
E jX I I R U 1 1 1 1 1 1 jX I 0 E 2 2 2 I 2 R2
（1）旋转磁场的磁通
sE 20
2 R2 ( sX 20 ) 2
s 0 I 2 0 (n n0 )
s 1 I 2 max
E 20 R2 2 X
2 20
( n s I 2 )
(5)转子电路的功率因数 cos2 R2 R2 cos 2 R22 X 22 R22 (sX 20 )2
机座：铸钢或铸铁
作用： 产生旋转磁场
鼠笼式
2.转子
绕线式
构成：由铁心和绕组两部分构成
铁心也用硅钢片叠成，表面冲有槽，装在转轴上 ，轴上加机械负载；因绕组不同，可分为鼠笼式和 绕线式两种。
转子作用: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。
（2）鼠笼式转子
鼠笼式电动机构造简单、价格低廉、工作可靠、使用方便
Tmax
一般三相异步电动机的过载系数为
Tmax TN
1.8 ~ 2.2
工作时必须使T2 <Tmax ，否则电机将停转。
I 2 I1
电机严重过热而烧坏。
3. 起动转矩 Tst 2 sR2U 1 TK 2 R2 ( sX 20 ) 2
（2）绕线转子
是三相对称绕组，一般采用星形联结。 三相绕组的出线端分别接在三个滑环上，经电刷引出，再经串联电阻后短接起来。 转子回路串电阻，可以改善电动机的起动性能或实现电动机调速。
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、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的 机械特性。
发电机：其他形式的能量转换成电能
电动机的分类：
交流电动机 电动机 他励、并励电动机
同步电动机
异步电动机 三相电动机 单相电动机
直流电动机
串励、复励电动机
鼠笼型异步电动机
7.1 三相异步电动机的构造
1.定子 铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 三相绕组 A ----X B ----Y C---- Z
cos 2
U1 4.44 f 1 N 1
1、T 与定子每相绕组电压 U 12成正比。
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数 。 3. R 的大小对 T 有影响。
2
二、机械特性曲线
根据转矩公式
2 sR2U 1 T K 2 R2 ( sX 20 ) 2
在U1 及R 2 一定 时T 仅随 S 变化 得特性曲线：
s很小时R2 SX 20 cos 2 1
s较大时R2 sX 20 cos
2
1
(n s cos 2 )
结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转差率 s有关， 即与转速n有关。
s
例3：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。求启动时、额定转速时的转子电流。
3.旋转磁场的极对数P
旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关
iA
A Z X Y
A Y
N
Z
iC
iB
C
B
C X
S
B
t 0
此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极 ，则极对数为1。即
即：P=1
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，按右下图放入定子槽内。形成的 磁场则是两对磁极。
iA
额定转矩
TN
O
PN (千瓦) TN 9550 nN (转 / 分)
负载转矩用 T2 表示
S N Sm
1
S
(N • m)
如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速 为1440r/min, 则额定转矩为：
PN 7.5 TN 9550 9550 49.7 N . m nN 1440
i A I m si nt iB I m si nt 120 iC I m si nt 120
()电流入
iA
A Z X Y
Y
A
n0
Z
iC
iB
C
B
C X
B
(•)电流出
Im
i i A
i B iC
t
合成磁场方向：向下
o
t 0
定子通入三相电流，定子内产生旋转磁场
T Φ , I 2 , cos 2 T K TΦI 2 cos 2
由前面分析知：
常数
每极磁通
转子电流
转子功 率因数
I2
sE20 2 R2 ( sX 20 )2
R2
2 R2 ( sX 20 )2
得电磁转矩公式 结论：
TK
sR2 2 U 1 2 R2 ( sX 20 )2
第7章 交流电动机
7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机转矩与机械特性 7.5 三相异步电动机的起动 7.6 三相异步电动机的调速 7.7 三相异步电动机的制动 7.8 三相异步电动机的铭牌数据
第7章 交流电动机
电动机的作用： 电动机：电能转换成机械能
60 f1 60 50 1000r / min p 3 n0 n 1000 960 s 100% 100% 4% n0 1000
7.3 三相异步电动机的电路分析
1. 三相异步电动机的“电－磁”关系 定子绕组相当于变压器原边绕组，转子绕组相当于副绕组。 R2 R1 定子边： u e 2
A Y'
C'
A
Z
30
B
C S'
N
NZ
n0
X' B'
S
S
N
A' Y
C
X
X'
X
Z ' N
C S
Z'
t 0
t 60
A'
所以，旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出
：
磁场的转速为
60 f1 n0 （转/分） p
在我国(f1=50Hz)，磁极对数为 p的磁场转速n0为
U V’ W’
定子
三相异步机的结构
转子
W U’
V
7.2 三相异步电动机的转动原理
磁极旋转
导线切割磁力线产生感应电动势 闭合导线产生电流
通电导线在磁场中受力
结论： 1. 线圈跟着磁铁转 →两者转动方向一致
N
2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
n0 f
n
e i
S
一、旋转磁场
1.旋转磁场的产生 定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接)
iC
iB
Im I m
A Z X C Y Z BY C
A X
A A
Y
Z′
B
B
C
X
Y A
N
Z'
B
C′
X
C
i i A
i B iC
X’
B′
B
C
S
S
B
X
Z
Y
Z