三相异步电动机工作原理与图解教程
三相异步电动机工作原理和图解
A
Y NZ
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。
即： p 1
2019年10月8日星期二
12
极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y Z B'
C
B
i B 2019年10月8日星期二
A
Y'
Z'
转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式
定子绕组 （三相）
A
Y
定子
Z
C
B
鼠笼式
转子
X
2019年10月8日星期二
鼠笼转子
机座
3
三相定子绕组：产生旋转磁场。 组成：定子铁心、定子绕组和机座。
2019年10月8日星期二
4
转子：在旋转磁场作用下，产生 感应电动势或电流。
组成：转子铁心、转子绕组和转轴。
10
旋转磁场的转速大小
一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：
I m iA iB iC n0 60 f (转/分）
t
A YN Z
CS
B
2019年10月8日星期X二
n0 60
A
Y
Z
N
CS
B
X
A YN Z
CS
B
11
X
极对数（P）的概念
iA
iC C iB
A
ZX Y B
1 则： 1
三相异步电动机工作原理与图解
TKR22
sR2 (sX20)2
U12
n
n
0
T
Tmax
求解
29.11.2020
T 0 S
Tmax
KU12
1 2X2204
过载系数： T max
TN
Tmax
KU12
1 2X20
三相异步机 1.8~2.2
注意：
（1）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所
以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。
大家好
1
第七章 异步电动机
29.11.2020
2
§7.1 三相异步电动机的构造
一. 电动机的分类
异步（感应）电动机：应用广泛。 交流 同步电动机：用于功率较大，不需要
电动机
调速，长期工作的机械。
直流：他励，并励，串励，复励。
29.11.2020
3
三相异步机的结构
三相定子绕组：产生旋转 磁场。
转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或 电流。 线绕式
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y Z B'
C
B
iB
29.11.2020
Y' A Z'
C'
B
X'
X
B'
C
Z A' Y
14
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C'
Z C
Y' B'
Y
B
iB
I m iA iB iC t
三相交流异步电动机工作原理
三相交流异步电动机工作原理
三相交流异步电动机的工作原理是通过三相交流电源提供的电能，使得电动机转子跟随旋转磁场的转速而转动。
当三相交流电源接通后，通过电源中的三相电压分别施加在电动机的三个定子线圈上，形成三个磁场旋转，这三个磁场的旋转速度是一样的，且相位差120度。
当电动机的转子处于静止状态时，由于没有感应电动势的作用，转子上的铜条回路就不会产生电流。
但是，当定子磁场旋转时，它会穿过转子，产生磁通的变化。
根据法拉第电磁感应定律，磁通的变化会在转子中产生感应电动势，从而产生感应电流。
这个感应电动势和电动机定子磁场的旋转速度相同，但是相位差90度。
由于感应电动势的作用，转子上的感应电流会形成一个磁场，这个磁场与定子磁场相互作用，产生一个转矩。
转矩的作用下，电动机的转子开始跟随旋转磁场转动，并且转速与磁场旋转速度接近，但略有滞后。
由于转子转速与磁场旋转速度的略微差异，感应电动势仍然存在于转子回路中。
这个感应电动势会产生一个感应电流，但是这个感应电流的磁场是反向的，因此产生的转矩与之前的转矩相反。
这样，通过不断产生反向的转矩，使得转子能够维持在一个接近旋转磁场转速的稳定转速。
需要注意的是，由于感应电动势和转速之间存在一定的差异，
转子上产生的转矩并不是恒定的，而是随着负载的变化而变化。
为了调整转速，可以通过改变交流电源的频率或调整电动机的连接方式来实现。
三相异步电动机启动控制原理及接线图
三相异步电动机启动控制原理图1.三相异步电动机的点动控制点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。
所谓点动控制是指：按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。
典型的三相异步电动机的点动控制电气原理图如图3-1(a)所示。
点动正转控制线路是由转换开关QS、熔断器FU、启动按钮SB、接触器KM及电动机M组成。
其中以转换开关QS作电源隔离开关，熔断器FU作短路保护，按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电，接触器KM的主触头控制电动机M的启动与停止。
点动控制原理：当电动机需要点动时，先合上转换开关QS，此时电动机M尚未接通电源。
按下启动按钮SB，接触器KM的线圈得电，带动接触器KM的三对主触头闭合，电动机M便接通电源启动运转。
当电动机需要停转时，只要松开启动按钮SB，使接触器KM的线圈失电，带动接触器KM的三对主触头恢复断开，电动机M失电停转。
在生产实际应用中，电动机的点动控制电路使用非常广泛，把启动按钮SB换成压力接点、限位节点、水位接点等，就可以实现各种各样的自动控制电路，控制小型电动机的自动运行。
2.三相异步电动机的自锁控制三相异步电动机的自锁控制线路如图3-2所示，和点动控制的主电路大致相同，但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1，在启动按钮SB2的两端并接了接触器KM的一对常开辅助触头。
接触器自锁正转控制线路不但能使电动机连续运转，而且还有一个重要的特点，就是具有欠压和失压保护作用。
它主要由按钮开关SB（起停电动机使用）、交流接触器KM（用做接通和切断电动机的电源以及失压和欠压保护等）、热继电器（用做电动机的过载保护）等组成。
欠压保护：“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。
“欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离电源电压停转，避免电动机在欠压下运行的一种保护。
因为当线路电压下降时，电动机的转矩随之减小，电动机的转速也随之降低，从而使电动机的工作电流增大，影响电动机的正常运行，电压下降严重时还会引起“堵转”（即电动机接通电源但不转动）的现象，以致损坏电动机。
三相异步电动机启动控制原理及接线图
三相异步电动机启动控制原理图1.三相异步电动机的点动控制点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。
所谓点动控制是指：按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。
典型的三相异步电动机的点动控制电气原理图如图3-1(a)所示。
点动正转控制线路是由转换开关QS、熔断器FU、启动按钮SB、接触器KM及电动机M组成。
其中以转换开关QS作电源隔离开关，熔断器FU作短路保护，按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电，接触器KM的主触头控制电动机M的启动与停止。
点动控制原理：当电动机需要点动时，先合上转换开关QS，此时电动机M尚未接通电源。
按下启动按钮SB，接触器KM的线圈得电，带动接触器KM的三对主触头闭合，电动机M便接通电源启动运转。
当电动机需要停转时，只要松开启动按钮SB，使接触器KM的线圈失电，带动接触器KM的三对主触头恢复断开，电动机M失电停转。
在生产实际应用中，电动机的点动控制电路使用非常广泛，把启动按钮SB换成压力接点、限位节点、水位接点等，就可以实现各种各样的自动控制电路，控制小型电动机的自动运行。
2.三相异步电动机的自锁控制三相异步电动机的自锁控制线路如图3-2所示，和点动控制的主电路大致相同，但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1，在启动按钮SB2的两端并接了接触器KM的一对常开辅助触头。
接触器自锁正转控制线路不但能使电动机连续运转，而且还有一个重要的特点，就是具有欠压和失压保护作用。
它主要由按钮开关SB（起停电动机使用）、交流接触器KM（用做接通和切断电动机的电源以及失压和欠压保护等）、热继电器（用做电动机的过载保护）等组成。
欠压保护：“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。
“欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离电源电压停转，避免电动机在欠压下运行的一种保护。
因为当线路电压下降时，电动机的转矩随之减小，电动机的转速也随之降低，从而使电动机的工作电流增大，影响电动机的正常运行，电压下降严重时还会引起“堵转”（即电动机接通电源但不转动）的现象，以致损坏电动机。
三相异步电动机工作原理与图解
N
Z
iC
iB
C
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：
p 1
极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。
iA
C'
A X A' Z' X'
iC
iB
Y'
Z B'
Y B
Y' C' X' B'
A
Z'
C
Z A' Y
B X C
iA
A
A Y' Z'
三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩
TN
：
nN
n
0
n
电机在额定电压下，以额
定转速 定功率
nN PN
运行，输出额 时，电机转轴
T
上输出的转矩。 （电动机在额定负载时的转矩。）
TN
PN PN (千瓦 ) TN 9550 2n N n N (转 / 分) 60
（牛顿•米）
( 2 ) 最大转矩 Tmax ： 电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax电机将会 因带不动负载而停转。
二、旋转磁场的产生
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出
A
n0
Z B
i A I m sin t
iB I m sin t 120
Y
iC I m sin t 240
C
iA
iB
iC
t
Im
X
()电流入
三相对称绕组通入三相对称电流就形成
三相异步电动机课件讲解
成，整个外形如长链。
链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型 三相异步电动机。
二、单层交叉式绕组
单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成， 同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互 相交叉。
Fp1 2 Fq1k y1 0.9( 2 qNc ) k y1kq1Ic
3、相绕组的磁动势
每个极下的磁动势和磁阻构成一条分支磁路。若电机有p 对磁极，就有p条并联的对称分支磁路，所以一相绕组的基波 磁动势就是该绕组在一对磁极下线圈所产生的基波磁动势，若 每相电流为Ip:
f p1(x, t)
Fp1
端部排列整齐 机械强度高
缺点
嵌线 困难
用铜 量大
4.3交流电机绕组的感应电动势
4.3.1 线圈的感应电动势及短距系数
一、一根导体的电动势
电动势波形: e Blv 电动势频率: f pn
60
电动势大小: Ec1 2.22 fΦ1
随时间变化的波形 取决于气隙磁密在 空间的分布波形
二、整距绕组的电动势
每个整距绕组由Nc个相同和线匝组成，每个整距线圈的 电动势:
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
E y1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
ky1
E y1(yτ) E y1(yτ)
sin(
y τ
900
)
称为短距系数：
线圈短距时电动势 比整距时打的一个 折扣．
二、交流绕组的基本概念
三相交流异步电动机工作原理
三相交流异步电动机工作原理：三相对称绕组，通入三相对称交流电，将在空间产生旋转磁场，此磁场切割转子导体，将在转子中产生感应电动势及感应电流，并且转速低于同步速并与同步速方向相同旋转
当向三相定子绕组中通过入对称的三相交流电时，就产生了一个以同步转速n1沿定子和转子内圆空间作顺时针方向旋转的旋转磁场。
由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。
由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。
转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。
电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。
通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
三相异步电动机启动控制原理及接线图
三相异步电动机启动控制原理图1.三相异步电动机的点动控制点动正转控制线路是用按钮、接触器来控制电动机运转的最简单的正转控制线路。
所谓点动控制是指：按下按钮，电动机就得电运转；松开按钮，电动机就失电停转。
典型的三相异步电动机的点动控制电气原理图如图3-1(a)所示。
点动正转控制线路是由转换开关QS、熔断器FU、启动按钮SB、接触器KM及电动机M组成。
其中以转换开关QS作电源隔离开关，熔断器FU作短路保护，按钮SB控制接触器KM的线圈得电、失电，接触器KM的主触头控制电动机M的启动与停止。
点动控制原理：当电动机需要点动时，先合上转换开关QS，此时电动机M尚未接通电源。
按下启动按钮SB，接触器KM的线圈得电，带动接触器KM的三对主触头闭合，电动机M便接通电源启动运转。
当电动机需要停转时，只要松开启动按钮SB，使接触器KM的线圈失电，带动接触器KM的三对主触头恢复断开，电动机M失电停转。
在生产实际应用中，电动机的点动控制电路使用非常广泛，把启动按钮SB换成压力接点、限位节点、水位接点等，就可以实现各种各样的自动控制电路，控制小型电动机的自动运行。
2.三相异步电动机的自锁控制三相异步电动机的自锁控制线路如图3-2所示，和点动控制的主电路大致相同，但在控制电路中又串接了一个停止按钮SB1，在启动按钮SB2的两端并接了接触器KM的一对常开辅助触头。
接触器自锁正转控制线路不但能使电动机连续运转，而且还有一个重要的特点，就是具有欠压和失压保护作用。
它主要由按钮开关SB（起停电动机使用）、交流接触器KM（用做接通和切断电动机的电源以及失压和欠压保护等）、热继电器（用做电动机的过载保护）等组成。
欠压保护：“欠压”是指线路电压低于电动机应加的额定电压。
“欠压保护”是指当线路电压下降到某一数值时，电动机能自动脱离电源电压停转，避免电动机在欠压下运行的一种保护。
因为当线路电压下降时，电动机的转矩随之减小，电动机的转速也随之降低，从而使电动机的工作电流增大，影响电动机的正常运行，电压下降严重时还会引起“堵转”（即电动机接通电源但不转动）的现象，以致损坏电动机。
三相异步电动机工作原理PPT课件
三相异步电动机的基本结构
绕线型异步电动机的转子
39
三相异步电动机的基本结构
绕线型异步电动机的转子
40
三相异步电动机的基本结构
三相笼型异步电动机的部件图
41
三相异步电动机的基本结构
三相笼型异步电动机的结构
端盖（驱动端）
转子
风扇
冷空气流
罩 壳（非驱动端）
42
三相异步电动机的基本结构
三相绕线型异步电动机的结构
• 三相异步电动机的定子绕组和绕线型异步 电动机的转子绕组都是三相对称绕（统称 为三相交流绕组）
定子绕组：通入电流建立旋转磁场 转子绕组：与磁场有相对运对时将产生感应电动势 它们均是电动机进行能量转换的关键部件。
50
交流绕组的基本知识
1线圈、线圈组、绕组
W2
V← W←
i2 i3
= =
Imsin( t－120O) Imsin( t＋120O)
×S
W1
i1
V1 Im
i1
i2 i3
U2
O
t
t = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3 ＞0
14
三相异步电动机的工作原理
U1
V2
N
W2 V2
U1 W2
W1
S
V1
W1
V1
U2
t = 0O 时
i1 = 0，i2＜ 0， i3＞0
电机是与电能的生产、传输、分配、使用有着密切关系的电磁
机械。应用非常广泛
学习电机的相关基本理论和分析方法具有重要意义。
1
交流电动机感性认识
2
一、三相异步电动机基本结构
右图是一台三相笼型感应电动机的外形 图。
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三个重要转矩
( 1 ) 额定转矩
TN
：
nN
n
0
n
电机在额定电压下，以额
定转速 定功率
nN PN
运行，输出额 时，电机转轴
T
上输出的转矩。 （电动机在额定负载时的转矩。）
TN
PN PN (千瓦 ) TN 9550 2n N n N (转 / 分) 60
2018/11/3
（牛顿•米）
27
( 2 ) 最大转矩 Tmax ： 电机带动最大负载的能力。 如果 TL Tmax电机将会 因带不动负载而停转。
2018/11/3
5
2018年11月3日星期六
6
2018年11月3日星期六
7
2018年11月3日星期六
8
三相异步机的结构
定子：产生旋转磁场
定子绕组 （三相）
A
定子
Z
组成：定子铁心、定子绕组和机座。
Y
转子：在旋转磁场作用下，产 生感应电动势或电流。
组成：转子铁心、转子绕组 和转轴。
2018/11/3
编号
频率50Hz
接法 工作方式：连续
月
XX电机厂
34
1. 型号：表明不同用途，不同环境。
Y 132
M--4 磁极数
三相异步电动机 机座中心高
机座长度代号
磁极数(极对数 p=2)
60 f n0 (转/分） p
2018/11/3
同步转速1500转/分
35
2. 转速: 电机轴上的转速（n)。
如： n =1440 转/分
旋转方向：取决于三相电流的相序。
iA
iB
iC
t
iA
iC
iB
t
Im
Im
n0
2018/11/3
n0
24
改变电机的旋转方向：换接其中两相
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~
2018/11/3
M 3~
25
§7.3
三相异步电动机的机械特性
R1
一、 三相异步电动机的“电－磁”关系 e1 、 e2 ：主磁通产
( f 50Hz)
n0
p 1
p2
p3
2018/11/3
360 180 120
3000(转/分） 1500(转/分） 1000(转/分）
21
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
电动机转速:
n
异步电动机
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但
n n0
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
16
S
S
X
极对数（P）的概念
iA
A Z X Y B
A
Y
N
Z
iC
iB
C
C
B
S
X
此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：
2018/11/3
p 1
17
极对数（P）的改变
将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形 成的磁场则是两对磁极。
iA
C'
A X A' Z' X'
C'
Y B
Y'
A
Z'
n0
，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流 定子电流 影响：
2018/11/3
频繁起动时造成热量积累
大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
32
三相异步机的起动方法：
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。 （2） 降压起动。
Y－ 起动
自耦降压起动
A 相 电 压 Z X Y 线 电 压 Z A
C
C
Y
B
B
X
例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法； 当线电压为220V时采用接法。 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额 定值的 5 ％。
2018/11/3 39
电压波动对电动机的影响
U1 I1 U1
Φ
2018/11/3
无转距
22
转差率
( s ) 的概念：
n0 n s 100 % n 0
转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：
异步电机运行中: 电动机起动瞬间:
2018/11/3
s 1 ~ 9%
23
（转差率最大） n 0, s 1
旋转磁场的旋转方向
转差率
1500 1440 s 0.04 1500
2018/11/3
36
3. 联接方式：Y/ 接法：
A
B
C
接线盒：
Z
X
Y
Y 接法：
A A B C Z X Y B
2018/11/3
接法：
A B C Z A C X Y B
C
Z X Y
Z X Y
37
图1
2018/11/3
图2
38
4. 额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.
Φ
I1
I
U1 4.44 f1 N1Φ
U1 I1 U1
n
2018/11/3
n0 n s
n
U1大
n
E2 sE20
s
E2 I2
40
T
U1小
I1
5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。
如： /
11.2A / 6.48A
表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流 为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。 6. 额定功率：
（3）转子串电阻起动。
以下介绍 Y－ 起动和转子串电阻起动。
2018/11/3 33
§ 2.5 三相异步电动机的铭牌数据
• Y132M-4型电动机
三相异步电动机
型号 Y132M-4
电压380V 转速1440 r/min 功率因数 0.85
年
2018/11/3
功率7.5KW
电流15.4A 绝缘等级 B 效率(%) 87
异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极 (•)电流出
A
n0
Z B
i A I m sin t
iB I m sin t 120
Y
iC I m sin t 240
C
iA
iB
iC
t
13
Im
X
2018/11/3
()电流入
三相对称绕组通入三相对称电流就形成
旋转磁场。
2018/11/3
cos1
P2
PN
注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。
2018/11/3
此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。
42
n
0
n
T
sR2 2 T K 2 U1 2 R2 (sX 20 )
求解
2018/11/3
Tmax
T 0 S
Tmax
1 KU 2 X 20
2 1
28
过载系数：
Tmax TN
1.8 ~ 2.2
Tmax
1 KU 2 X 20
2 1
三相异步机
注意： （1）三相异步机的 Tmax 和电压的平方成正比，所 以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2）工作时，一定令负载转矩 电机将停转。致使
N
B
30
C S'
NZ
n0
X' B'
S
S
N
A' Y
C
X'
X
X
Z ' N
C S
Z'
t 0
A'
t 60
60 f n0 (转/分） p
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Im
i A i B iC
t
20
三相异步电动机的同步转速
60 f n0 (转/分） p
同步转速
极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
C
B
转子
X
机 座
9
转子：在旋转磁场作用下，产生 感应电动势或电流。
组成：转子铁心、转子绕组和转轴。
2018/11/3 10
§7.2 三相异步电动机的工作原理
一. 转动原理：
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11
实际的异步电动机中， 转子之所以转动，是由于 旋转磁场的作用。
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二、旋转磁场的产生
起动，否则将起动不了。 2018/11/3
Tst 体现了电动机带载起动的能力。若 Tst TL 电机能
30
§ 2.4
三相异步电动机的使用
三相异步电动机的起动 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的制动
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31
一、 三相异步机的起动
起动电流
I st
：
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。 原因：起动时
三相异步电动机
1
2
3
§7.1 三相异步电动机的构造
一. 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