交流异步笼型电动机原理
变频器结构和工作原理
三、变频器的结构原理
1、变频器的分类：
交～交型:将频率固定的交流电源直接变换成频率连续可调的交流电 源，其主要优点是没有中间环节，变换率高。但其连续可调的频率 范围较窄。主要用于容量较大的低速拖动系统中。又称直接式变频 器。 交～直～交型:先将频率固定的交流电整流后变成直流，在经过逆变 电路，把直流电逆变成频率连续可调的三相交流电。由于把直流电 逆变成交流电较易控制，因此在频率的调节范围上就有明显优势。 又称为间接性变频器。
二、变频的控制方式
在各种薄膜或线材的收卷或放卷过程 中，要求被卷物的张力F必须保持恒 定即F＝C，为此: 1)被卷物的线速度v也必须保持恒定即 v ＝C，所以卷绕功率是恒定的； 2)负载的阻转矩随被卷物卷径的增大而 增大:但为了保持线速度恒定，负载 的转速必须随卷径的增大而减小: (b) 用转矩控制模式实现 恒张力运行 令 变频器在转矩 控制模式下运行，将 给 定信号设定在某一值下不变。则 电动机的电磁转矩TM也将不变，如 图 (b)中之曲线①所示: TM＝C 而动态转矩TJ则随着卷径D 的增大而变为负值，如图(b)中之曲 线③所示。拖动系统将处于减速状态， 满足图(c)所示的转速变化规律。 改 变给定转矩的大小，可以改变卷绕的 松紧程度
2、变频器的组成（交～直～交型）
如下图：
三、变频器的结构原理
a、主电路结构 该电路是现在通用的低压变频器主电路图。不管什么品牌的 变频器，其主电路结构基本如此。因为：整流电路和逆变电 路是两个标准模块，没有变化的空间。
三、变频器的结构原理
b、变频器控制电路 任何品牌的变频器，其 内部功能框图是一样的， 因为变频器要保证正常 工作，必须要有相应的 功能。变频器主要包括： 主电路、电流保护电路、 电压保护电路、过热保 护电路、驱动电路、稳 压电源、控制端子、接 口电路、操作面板、 CPU等。
异步电动机工作原理
一般在机械特性的第四象限
（2）能耗制动原理
ABC K2
K1
切断交流电源
接通直流电源
M
能耗制动的机械特性及过程
机械特性一、三象限 为电动机状态
机械特性二、四象限 为制动状态
n n1
B
0
A Mem
能耗制动
（3）反接正转制动
n1
n
n1
A
n
n1
B
0
-n1
Mem
A Mem
反接制动
能耗制动
2、用机械特性分析为什么反接正转制动不能带位能 性负载？
s 1 I2
过电流持续时间短
（2）要求启动电流小
避免影响电网上的其它用电设备
2、鼠笼电机采用降压启动 鼠笼异步电动机降压启动，不能带重载启动
3、计算启动转矩
M st 2
M max
1 sm
sm
M st 1.1M L
4、中大容量满载启动要用到绕线式异步电动机
nA
n1
B
0
为什么需要在启动后切除 串在转子中的电阻？
s 1
1
s
s
R2
0
cos1
所以不能过载和堵转运行 s 1 I2
四、关于异步电动机功率流程
P1
PM
Pm
P2
p c u1
pFe
pcu2
P2 1
P1
pmec
1、几个功率间的转换关系
pcu2 sPM s pcu2
PM Pmec (1 s)PM
2、4极异步电动机 P2 8kw pcu2 600 w 求: n
n
三相笼型异步电动机Y-△降压启动
（3）若采用降压比k为0.64的自耦变压器降压启动，求启动 电流和启动转矩。
解：IN=PN/(√3UNηNcosφN) =40×103/(1.732×380×0.9×0.9)=75A 由于Ist/IN=6.5，所以Ist=IN×6.5=487.5A。 k为0.64时，启动电流Ist'=k2Ist=0.642×487.5=200A； 启动转矩Tst'=k2Tst=0.642×Tst=0.64×312=127.8N.m。
2）启动转矩仅为全压启动时的1/3，只适合于电动 机能空载或轻载启动的场合。 3）启动电压不能按实际需要调节，因而可能得不 到实际所需要的启动转矩。
应用： Y-△降压启动应用广泛。
容量在4kW及以上的Y系列三相笼型异步电动机，定子绕组额 定接线方式皆为△，具备采用Y-△降压启动的结构条件。
八、读图分析
八、读图分析
7. 若KM2和KM3同时得电，会怎样？
会造成三相电源短路。
自锁
8.请在图中标出自锁环节。
电气互锁
9.请在图中标出互锁环节， 并指明互锁类型。
10. KM1中文名称是什么？交流型还是直流型？判断依据呢？
接触器；交流型；它的主触头上流过的是交流电。
11.该电路有哪些保护措施？分别由哪些电器元件来实现？
M全压运行
五、两接触器控制的Y-△降压启动线路
注意事项：
KM2辅助常闭触头接于主电路中，由于辅助触头只允许通过 小电流，所以该线路只适用于功率较小（ 4-13kW）的三相 笼型电动机的降压启动。
★两接触器控制的Y-△降压启动控制线路分析
合上QS 按下SB2
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。
三相笼型异步电动机分类、工作原理、参数和铭牌识读
三相笼型异步电动机分类、结构、工作原理、参数和铭牌识读一、电动机的用途和分类1.用途：电动机用于把电能转换成机械能并输出转矩，从而带动其他机械运转。
2.分类：⎧⎪⎧⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎪⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩⎩⎩直流电动机单相电动机同步电动机按系列分:J\JO2\JO3\JR\Y(国产\体积小\重量轻\节能)等系列电动机交流电动机按转子结构分:绕线式和鼠笼式电动机三相电动机异步电动机按工作方式分:连续\短时\间断等工作制电机按防护方式分:开启\防护\封闭\防爆\潜水电机按外型尺寸分:大型\趼\小型\微型电机三相电动机大小分类表大型 中型 小型 微型 中心高度㎜ ＞630 355~630 ＜71 定子铁心外径㎜ ＞1000 500~1000 100~500 ＜100 电动机座号16号以上者11~15号者10号以下者三相异步交流电动机具有结构简单、维修方便、运行可靠的特点，与同容量的其他电动机比重量轻、成本低、价格便宜，因此得到广泛的应用。
由于时间关系，我们只学习三相笼型异步电动机。
二、三相笼型异步电动机的基本结构:,:,⎧⎪⎨⎪⎩机座:由铸铁或铸钢铸成,用于支承定子铁心\定子绕组\转子定子铁心:由相互绝缘的硅钢片叠制而成,用于集磁和装放定子绕组绕组:铜线制成,三个绕组互成120,用于通入三相对称交流电以产生旋转磁场三相笼型异步电动机转子铁心:由相互绝缘的硅钢片叠制固定在转子轴上,用于集磁和装放转子导体转子转子导体多用铝铸成用于切割磁力线,通过感应电流和产生电磁力转轴由优质碳钢制成用于支承转子铁心并使其作⎧⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩⎩定轴旋转和输出机械转矩三、三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的定子中的三个对称绕组通入对称三相交流电，就产生一个旋转磁场，旋转磁场按160/n f p =旋转(f 为交流电的频率,p 为磁极对数), 在转子绕组或鼠笼条产生感应电动势和感应电流，进而转子绕组或鼠笼条受到电磁力的作用，电磁力产生电磁转矩，转子在电磁转矩的作用下以1(1)n s n =-的转速转动起来；电动机的转向与旋转磁场的方向相同，任意对调两相电源线，就可改变电动机的转向。
笼行异步电动机
笼行异步电动机简介笼形异步电动机（Squirrel cage asynchronous motor），简称笼形电动机，是一种常见的交流电动机。
它由定子和转子组成，定子绕组构成了电机的主磁通，而转子通过感应电流产生了次级磁通。
该电动机结构简单，并具有可靠性高、维护简单等特点。
本文将对笼形异步电动机的构造、工作原理、性能特点等方面进行详细介绍。
构造笼形异步电动机由定子和转子组成。
定子是由三个对称的绕组组成，通过绕在闭合铁芯上来产生主磁通。
转子由导体条（通常是铝或铜）组成，其形状类似于一个小笼子，因此得名“笼形电动机”。
导体条固定在两个端环上，通过安装在轴上的转子心铁与电机的转子轴相连。
工作原理笼形异步电动机的工作原理基于电磁感应。
当电机通电时，定子绕组中产生的磁通会穿过转子。
由于转子是一个闭合的导体结构，根据法拉第电磁感应定律，在转子导体中就会产生感应电流。
感应电流产生的磁场与主磁场相互作用，从而产生一个转矩，使转子开始旋转。
这个过程称为电动机的启动。
在电动机启动后，由于转子的旋转速度小于主磁场的旋转速度，感应电流仍然存在，从而产生一个反向转矩。
这个反向转矩将电动机的旋转速度拉近到与主磁场的旋转速度接近。
当电动机达到额定转速后，感应电流减小到很小的程度，电动机的输出转矩稳定。
性能特点1.运行可靠性高：笼形异步电动机没有刷子和电刷环，无需维护，减少了故障的可能性，并且具有较长的使用寿命。
2.启动能力强：由于转子是一个闭合的导体结构，即使在大负载情况下，电动机也能顺利启动，具有良好的起动性能。
3.调速能力较差：与其他类型的电动机相比，笼形异步电动机的调速能力较差。
一般情况下，只能通过改变输入电压来实现调速，对于一些要求较高的应用场景可能不够灵活。
4.效率较低：相对于永磁电机和感应电机等其他类型的电动机，笼形异步电动机的效率较低。
在一些对能源利用效率有较高要求的场合，可能需要考虑使用其他类型的电动机。
应用领域笼形异步电动机在各个领域都有广泛应用，以下是几个常见的应用领域： 1. 工业领域：笼型异步电动机广泛应用于机床、水泵、风机以及其他各种设备中。
异步牵引电动机工作原理
异步牵引电动机工作原理异步牵引电动机，也称为交流电动机，是一种常见的电动机类型，广泛应用于工业领域中的电力驱动系统。
它的工作原理是利用电动机中的异步转子和同步转子之间的相对运动产生扭矩，从而使电机能够进行工作。
1. 电动机结构异步牵引电动机由定子和转子两部分组成。
定子是电动机的外部部分，通常采用三相绕组，它通过定子绕组的磁场来与转子进行耦合。
转子则是电动机的内部部分，通常由铁芯和绕组组成，转子的绕组与定子的磁场产生相互作用，从而实现电动机的工作。
2. 工作原理异步牵引电动机的工作原理是基于电磁感应和磁场耦合的原理。
当电动机接通电源后，定子绕组中流过交流电，产生一个旋转磁场。
这个旋转磁场由三相电流产生，每个相位之间存在120度的位移，形成一个旋转磁场。
在电动机的转子中，由于定子磁场的旋转，转子会受到旋转磁场的影响而转动。
但由于转子中的绕组是闭环的，所以有自感电动势，使得转子绕组中产生了电流。
这个电流产生了一个与旋转磁场相反的磁场，从而与定子的磁场进行抵消。
由于反向磁场的存在，转子无法跟随旋转磁场的运动，而产生一个滑转。
滑转是异步牵引电动机工作的关键，它产生了负载扭矩。
当负载扭矩存在时，转子的转速将慢于旋转磁场的速度，从而保持磁场之间的相对运动。
这种相对运动使得转子受到旋转磁场的推动，产生了扭矩，驱动机械设备进行工作。
3. 特点与应用异步牵引电动机具有以下几个特点：（1）启动转矩大：由于滑转和磁场互作用的原因，异步牵引电动机在启动时能产生较大的转矩，可以启动和驱动较重的负载。
（2）结构简单：相比于其他类型的电动机，异步牵引电动机的结构相对简单，制造成本较低，维护和保养也相对容易。
（3）效率高：异步牵引电动机的效率通常较高，能够将电能有效地转化为机械能。
异步牵引电动机被广泛应用于许多领域，例如制造业、冶金工业、矿业以及交通运输等。
它在提供驱动力、运输物料和控制设备中起到至关重要的作用。
从起重机、电梯到工业生产线上的传动装置，异步牵引电动机都能够提供可靠的动力支持。
三相笼型异步电动机的基本知识
（二）低压电器的含义
交流1200V以下、直流1500V以下称为低压，在 此电压范围内使用的，用于对线路进行控制的电器元 件，统称低压电器。如常见的熔断器、开关等。
1.熔断器
主要用于低压电路的短路保护。当图中控制线
1、电机：应用电磁原理实现电能与机械能互 换的旋转机械，统称为电机。
2、把机械能转换为电能的电机，称为发电机； 把电能转换为机械能的电机，称为电动机。
一、认识三相交流异步电动机
3、
直流电机 同步电机 单相电机 电机 交流电机异步电机 绕线式电机 三相电机鼠笼式电机
三相异步电动机的工作原理
通入三相电流，定 绕组产生旋转磁场 转子导体做切割磁力线的相对 运动，产生感应电势，由于转导体 闭合，形成感应电流。用右手定则 判断其方向。 通电导体在磁场中会受到一电磁 力f的作用，方向用左手定则判断 形成力矩，即电磁转矩T， T>TL，电机开始旋转。
N
n1 f
T
n
f
S
二、
一、认识三相交流异步电动机
（三）交流异步电动机的额定数据（铭牌）
铭牌上标有的额定数据
• 额定功率PN：电动机在额定情况下，轴 上输出的机械功率。单位：KW。 • 额定电压UN：电动机额定运行时加在 定子绕组上的线电压。单位：V或KV。 • 额定电流IN：电动机在额定电压下，轴 上有额定功率输出时，定子绕组中的线 电流。单位：A。 • 额定频率f1=fN=50Hz
S N S
N
S
N
S
N
旋转磁场的特性
旋转磁场的极数P
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规定： 电流为正值时，从每相线圈的首端（A、B、C）流出，由线圈末端（X、 Y、Z）流入；电流为负值时，从每相的末端流出，由首端流入；
符号 表示电流流出， 标示电流流入。 1
2
A
Y
Z
Φ
C
B
X A
A
Y
Z
Φ
C
B
X
A
A
Y
Z
Φ
C
B
X
A
A
Y
Z
Φ
C
B
X
A
iA
iC
iC
iB
C
ω t＝ 0°
BC
ω t＝ 120°
BC
(a)
(b)
iA
iB
ω t＝ 240°
BC
(c)
iC iB
ω t＝ 360°
B
(d )
二极旋转磁场的特点
? 以ω角速度匀速旋转的磁场 ? 旋转磁场的方向与三相电源的相序有关。
当三相电源的相序为Ａ-B-C时，旋转磁场按顺时针方向旋 转，电机正转。 当三相电源的相序改变为A-C-B时，旋转 磁场则按逆时针方向旋转，电机反转。 ? 旋转磁场的变化频率与三相电源的变化频率一致。 二极旋转磁场转速为50×60=3000 r／min。
s ? n1 ? n n1
转差率是异步电动机的一个基本参数，对分 析和计算异步电动机的运行状态及其机械特性有 着重要的意义。
主要内容
?三个重要的定则 ?三相异步电动机的结构 ?三相异步电动机的工作原理
三个重要定则
? 左手定则（电动机定则）
确定通电导体在磁场中 的运动方向。
左手平展，使大拇指与 其余四指垂直，并且都跟手 掌在一个平面内。 把左手放入磁场中，让磁感 线垂直穿入手心（手心对准 N极，手背对准S极，四指 指向电流方向 则拇指的方向就是导体受力 方向。
N
转子转速 n2 与旋转
磁场 n1 同向，转子
F n1
转速 n2 不可能达到 同步转速 n1 （若
n1＝ n2 ，转子和
n2
旋转磁场不存在相
对运动，转子不切
割磁力线从而转子
F S
受电磁力 F=0）。 因n1大于 n2 。故 称为异步电动机
异步电动机的转差率
旋转磁场转速 n1与转子转速 n之差与同步转速 n1之 比称为异步电动机的转差率 s，即
由于载流导体在磁场中要受到电磁力的作用， 因此， 可以用左 手定则确定转子导体所受电磁力的方向。
这些电磁力对转轴形成一电磁转矩， 其作用方向同旋转磁场的 旋转方向一致。这样，转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转 动起来。
定子 旋转磁场
转子 感应电流
载流转子 电磁转矩
三相异步电动机的转动原理示意图
旋转磁场的极对数及转速
上面讨论的旋转磁场只有两个极，即只有一对Ｎ、 S极， 故称为一对极。用（ p=1）表示。如果电动机的磁场不 只两个极，则为多极旋转磁场，如四极旋转磁场有两对 Ｎ、 Ｓ极，称为二对极，用 p=2表示。同理，六极旋转 磁场具有３对 N、S极，称为３对极，用 p=3表示。
旋转磁场对极数增加时，电动机的同步转速将会按比例 减少。可以证明 p对极旋转磁场转速（同步转速）的一 般公式为
三个重要定则
? 右手螺旋定则（安培 定则）
确定通电直导线产生 的环绕磁力线方向。
用右手握住通电直导 线，让大拇指指向电流的 方向，那么四指的指向就 是磁感线的环绕方向。
三相异步电动机的结构
鼠笼式三相异步电机
定子
主要用来产生旋转磁场,是电机的静止部分由定子铁心、 定子绕组等组成。
定子铁心
采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，硅钢 片间彼此绝缘。铁心内圆周上分布有若 干均匀的平行槽，用来嵌放定子绕组。
其为鼠笼式转子。
鼠笼式的工作原理
结论：旋转磁场可拖动笼形转子转动。
旋转磁场的产生
? 旋转磁场：一种极性和大小不变且以一定转速旋 转的磁场。
?根据理论分析和实践证明，在 对称三相绕组 中流 过对称三相电流 时会产生一种旋转磁场。
对称三相绕组： A-X、B-Y、C-Z三个线圈空间位置彼此互隔120°分布在定子铁 心内圆的圆周上。
n1
?
60 f1 p
三相异步电动机的转动原理及转差率
? 三相异步电动机的转动原理 当电动机的定子绕组通以三相交流电时，便在气隙中产生速度
为n1的旋转磁场。 转子上的导条（或转子绕组）就会被旋转磁场的磁力线切割，
根据电磁感应定律，转子导条内就会产生感应电动势，又由于转子电 路为闭合电路， 在感应电动势的作用下， 转子导条内就会产生了感 应电流（根据右手定则可以判定感应电流的方向）。
三个重要定则
? 右手定则（发电机定则）
确定在磁场中切割磁力线 运动的导体内产生感应电流 的方向。
右手平展，使大拇指与其 余四指垂直，并且都跟手掌 在一个平面内。把右手放入 磁场中，若磁力线垂直进入 手心（当磁感线为直线时， 相当于手心面向N极），大拇 指指向导线运动方向，则四 指所指方向为导线中感应电 流的方向。
是电动机的旋转部分，包括转子铁心、转子绕组等部件。
转子铁心
也用0.5mm的硅钢片 叠压而成。其外圆均 匀分布的槽是用来放 置转子绕组的。
转子硅钢片
转子绕组
三相异步电动机的转子绕 组分为鼠笼式和绕线式两 种。 1.鼠笼式转子
是由安放在转子 铁心槽内的裸导 体和两端的短路 环连接而成的。 转子绕组就像一 个鼠笼形状故称
定子绕组的联结
（a）定子铁心
（b）定子冲片
定子铁心及冲片示意图
定子绕组
应用绝缘铜线或铝线绕制而成。三相
绕组对称地嵌放在定子槽内。 三相异
步电动机定子绕组的三个首端U1、V1、
W1
U2、V2、W2，都从机
座上的接线盒中引出。 图（a）为定子
绕组的星形接法 Y； 图（b）为定子绕
组的三角形接法 △。
转子