4.1三相感应电动机的工作原理与结构
电动机原理
• 电动机是将电能转变为机械能的最常见的动力 设备，广泛地应用于工业、农业、日常生活等 领域 。 • 三相异步电动机又称三相感应电动机，它具有 结构简单、成本较低、运行可靠、使用和维护 方便等优点，因而被广泛采用。 • 据有关部门统计，在电力拖动系统中，90％电 力拖动的机械是由三相异步电动机拖动的，其 用电量占电网总负载容量50％以上。 种类： 种类： 电动机 交流电动机 直流电动机 同步电动机 异步电动机 三相电动机 单相电动机
三相异步电动机 Y-112M－4 － 4.0 kW 电 流 8.8 A 380 V 转 速 1440 r/min ∆ 保护方式（ 保护方式（IP44） ） 50 Hz 绝缘等级 B
型 功 电 联 频
号 率 压 接 率
4.1.2 三相异步电动机的铭牌
1、 型号
• 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： 例如： Y － 112 M － 4 旋转磁场为4极 旋转磁场为 极 ( 极对数 p = 2 ) 机座长度代号， 机座长度代号，中机座 L表长机座，S表短机座 表长机座， 表短机座 表长机座 机座中心高（ 机座中心高（mm） ） 三相异步电动机
4.1.2 三相异步电动机的铭牌
表示电动机在 额定工作状态下 运行时输出的机 械功率额定值。
3. 额定电流 IN 2. 额定功率 PN PN = 4.0 kW 型 功 电 联 频 号 率 压 接 率 三相异步电动机 Y-112M－4 － 4.0 kW 电 流 8.8 A 380 V 转 速 1440 r/min ∆ 保护方式（ 保护方式（IP44） ） 50 Hz 绝缘等级 B
4.1.1 三相异步电动机的基本结构
）、定子绕组 （2）、定子绕组 ）、 • 当电动机每相绕组的额定 电压等于电源的相电压时， 绕组应作星形连接 星形连接；当电动 星形连接 机每相绕组的额定电压等于 电源的线电压时，绕组应作 三角形连接。 三角形连接
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
14
现代电机控制技术
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
图 4-9
t e 与转速 ωr 关系
15
现代电机控制技术
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
Lm Lr
图中，以转子磁链矢量 ψ r 为参考坐标， jωr
ψ r 超前 ψ r 90° 电角度，
以矢量 OM 表示。PQ 是通过 M 点与定子磁链矢量 ψ s 平行的斜线。当感应 电压矢量 υ 落在斜线 PQ 上时，ψ s υ jωr m ψ r 0 ， 电磁转矩增量应为 Lr 零；当 υ 处于 PQ 斜线上方时， t e 0 ；当 υ 处于 PQ 下方时， t e 0 。电 机转速 ωr 不同，斜线 PQ 会上下浮动，对于同一感应电压矢量 υ ，将会产 生不同的转矩增量 t e 。图 4-9 中，随着 ωr 变小， t e 将逐渐增大。这说明， 在低速区，外加电压矢量的控制作用明显，转矩增幅加大。在高速区，随 着 ωr 增大，外加电压矢量的控制作用逐渐减弱，当 jωr 外加电压矢量对转矩的控制作用就消失了。
ψ s Ls i s Lm i r ψ r Lm i s Lr i r
(4-2) (4-3)
3
现代电机控制技术
第4章 三相感应电动机直接转矩控制
4.1.2 定子电压矢量作用与定子磁链轨迹变化
在定子三相轴系中，定子电压矢量方程为
u s Rs i s dψ s dt
(4-11)
若忽略定子电阻的影响， 则有
us dψ s dt
(4-12)
可近似地表示为
ψ s us t
(4-13)
由以上分析可知， 定子磁 链矢量 ψ s 和定子电压矢量 us 间具有积分和微分关系。 us 在
感应电动机工作原理
感应电动机工作原理感应电动机是一种常见的交流电动机，其工作原理基于电磁感应现象。
感应电动机由定子和转子两部分组成。
1. 定子（Stator）：定子是感应电动机的固定部分，通常由三相绕组组成。
这些绕组通过外部电源提供三相交流电，产生旋转磁场。
定子的绕组被连接到电源的三相线圈上，形成一个三相电流系统。
2. 转子（Rotor）：转子是感应电动机的旋转部分，通常由导体材料制成。
转子通常采用铝或铜材料制成，且表面有导电棒插入。
转子与定子之间有一定的空隙。
当定子中的电流流过绕组时，产生的旋转磁场穿透转子，引起转子中的感应电流。
感应电动机的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 电流产生旋转磁场：当交流电流通过定子绕组时，产生的电流会在定子绕组中形成旋转磁场。
这个旋转磁场的频率等于电源的频率。
2. 感应电流在转子中产生：由于定子磁场的存在，转子中会感应出电流。
这是根据电磁感应定律，当导体（转子）处于变化的磁场中时，会感应出电流。
转子的导电棒中的电流也会形成一个磁场。
3. 转子受到电磁力的作用：由于定子磁场和转子磁场之间的相互作用，产生一个电磁力，使转子开始旋转。
这个旋转的方向是由电磁力的方向所决定的。
4. 转子旋转产生输出功率：转子开始旋转后，它的运动会带动机械负载，如风扇、泵或机械传动系统。
通过这种方式，感应电动机将电能转换为机械能，并输出给负载。
总结起来，感应电动机的工作原理是基于电磁感应现象，通过定子绕组中的交流电流产生旋转磁场，进而感应转子中的电流，产生电磁力使转子旋转，并将电能转化为机械能输出给负载。
这种工作原理使得感应电动机在工业和家庭中广泛应用于各种应用中。
三相感应电动机原理
三相感应电动机原理
在静态阶段，三相感应电动机的定子绕组中流过的电流称为激励电流，它产生的磁场称为激励磁场。
当三相交流电源接通时，电流通过定子绕组，形成一个旋转磁场。
这个磁场的方向和大小跟电流的方向和大小有关。
定
子绕组产生的磁场称为主磁场。
在动态阶段，定子绕组的旋转磁场和转子（也称为电机转子）上的导
体相互作用，引起了感应电动势。
感应电动势的大小和方向由电机转子上
的导体位置和速度决定。
感应电动势在导体上形成了感应电流，这个电流
产生的磁场称为感应磁场。
感应磁场的方向和主磁场的方向相对，从而导
致了转子上的导体受到力的作用。
这个力使转子开始旋转。
由于感应电动势的大小与转子上的导体位置和速度成正比，转子开始
旋转后感应电动势的大小也会增大。
当转子速度接近同步速度时，感应电
动势的大小和主磁场的大小相等。
这时，转子上的电流和主磁场的方向相对，力的作用消失，转子达到稳定运转状态。
在转子旋转的过程中，电机的速度会稍微慢于同步速度，这称为滑差。
滑差的大小影响着电动机的输出功率和效率。
当负载变化时，滑差的大小
会发生变化，电机会自动调节滑差，使得输出功率和效率保持在最佳状态。
以上就是三相感应电动机的工作原理。
通过电磁感应的作用，将电能
转化为机械能，实现了电动机的运转。
在实际应用中，三相感应电动机广
泛应用于工业生产、交通运输和家用电器等领域。
电机学4感应电机
I2
sE 2 R2 jsX 2
E2 R2 / s jX 2
E2 R2 jX 2 (1 s ) R2 / s
I ( R jX ) I (1 s ) R 即 E 2 2 2 2 2 2 s 1 s 则:( ) R2 ——模拟机械功率输出的等效电阻 s
R k e k i R2
' 2
X
' 2
k e k i X 2
e i
结论：绕组折算时，转子电势和电压乘 k e ，转子电 流除 k i ，转子电阻和漏抗乘 k k 。
归算后的基本方程式组为：
U 1 E1 I1 ( R1＋ jI1 X 1 ) ' I ' (1 s ) R I ' ( R jX ) E2 2 2 2 2 2 s E I Z E '
转子感应电势和电流的频率为转差频率： f 2 sf 1 则转子每相感应电势为： E 2 s 4.44 sf 1 N 2 k w 2 m sE 2 ( E 2 4.44 f1 N 2 k w 2 m )
转子每相漏抗为：
X 2s 2f 2 L2 sX 2 ( X 2 2f1 L2 )
（2）短路运行： n 0
等效电路参数的名称和物理意义：
R1 ——定子绕组的电阻； ——定子绕组的漏抗，三相定子电流联合产生 X 1 的漏磁场在一相电路中引起的电抗； ' R 2 ——折算到定子侧转子绕组的电阻； ' ——折算到定子侧转子绕组的漏抗，转子多相 X 2 电流联合产生的漏磁场在一相电路中引 起的电抗； Rm ——激磁电阻，代表铁损的等效电阻； X m ——激磁电抗，与主磁通对应的电抗； 1 s ' ——折算定子侧转子侧的负载模拟电阻，模拟 R2 s 轴上总的机械功率输出；
三相交流永磁同步电机工作原理
一、概述三相交流永磁同步电机是一种广泛应用于工业和家用领域的电动机，其具有高效率、高可靠性和良好的动态特性等优点。
了解其工作原理对于工程师和技术人员来说十分重要。
本文将介绍三相交流永磁同步电机的工作原理及其相关知识。
二、三相交流永磁同步电机的结构1. 三相交流永磁同步电机由定子和转子两部分组成。
2. 定子上布置有三组对称的绕组，相位角相互相差120度，通过三个外接电源输入相位相同但是相位差120°的交流电，产生一个与该交流电相位速度同步的旋转磁场。
3. 转子上有一组永磁体，产生一个恒定的磁场。
三、三相交流永磁同步电机的工作原理1. 三相交流电源提供了旋转磁场，使得转子上的永磁体受到作用力。
2. 转子上的永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，驱动机械装置工作。
3. 根据洛伦兹力的作用原理，当转子转动时，永磁体受到旋转磁场的作用力，产生转矩，这就是永磁同步电机产生动力的原理。
四、三相交流永磁同步电机的控制方法1. 空载时，调节供电频率和电压等参数，使得永磁同步电机的转速等于旋转磁场的转速。
2. 负载时，通过改变电源提供的电压和频率，调节永磁同步电机的转速。
五、三相交流永磁同步电机的应用领域1. 工业生产线上的传动设备，如风机、泵、压缩机等。
2. 家用电器，如洗衣机、空调、电动车等。
六、结语通过本文的介绍，我们可以了解到三相交流永磁同步电机的结构、工作原理和控制方法等方面的知识。
掌握这些知识可以帮助工程师和技术人员更好地设计、应用和维护三相交流永磁同步电机，促进其在工业和家用领域的广泛应用。
七、三相交流永磁同步电机的优势1. 高效性能：三相交流永磁同步电机的永磁体产生恒定磁场，与旋转磁场同步工作，因此具有高效率和较低的能耗。
2. 高动态响应：由于永磁同步电机的磁场是固定且稳定的，因此可以实现快速响应和高动态性能，适用于需要频繁启动和变速的场合。
3. 高可靠性：永磁同步电机不需要外部激励，减少了绕组的损耗，使得其具有较高的可靠性和长寿命。
电机学-感应电机
注意：时间相量与空间矢量之 间的夹角没有物理意义。
A 相相轴 A 相时轴
Bm
Fm Im B ns
X
n
m Z
Fe A
C
Y
三相感应电动机空载时的时空相-矢量图
第四章 感应电机
4.2.2 三相感应电动机的负载运行
第四章 感应电机
感应电动机负载运行时的转子频率
• 负载运行时，感应电动机的转子以转速n旋转，低于同步
第四章 感应电机
空载运行的定义： 定子接到电压为U1、频率为f1的三相对称电源，电机轴上没 有任何机械负载。
IA
IB
F1
IC
n≈ns，s ≈0 I2 ≈0，F2 ≈ 0 F1 ≈Fm
第四章 感应电机
主磁通与漏磁通
空载磁通 主磁通Φm 定子漏磁通Φ1σ
主磁通：基波旋转磁势产 生的，与定、转子绕组相 交链的磁通。
•接法：星形或三角形 •作用：电路部分
U1 V1 W1
U1
V1
W1
U1
V1
W1
W2 U2 V2
W2
U2
V2
W2
U2
V2
定子绕组形式
散嵌绕组
成型绕组
第四章 感应电机
感应电机转子
转子：转子铁芯，转子绕组，转轴 • 转子铁芯：硅钢片叠压而成，外圆开槽， • 作用：磁路的一部分；用来安放转子绕组。
转子铁心
ns是发电机和电动机状态的分界点
第四章 感应电机
电磁制动运行状态
n<0
N
+
ns fe Te n fe
S
外力拖着与转子反着磁场方向旋转
旋转磁场相对转子的旋转方向为 逆时针
三项异步电动机的工作原理
三项异步电动机的工作原理引言概述：三项异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。
本文将详细介绍三项异步电动机的工作原理，包括转子磁场与旋转、转子电流与转矩、转子电流与定子磁场、转子电流与电源之间的关系。
一、转子磁场与旋转：1.1 转子磁场的形成：三项异步电动机的转子由绕组和铁芯组成。
当三相电源施加在绕组上时，绕组中会产生磁场。
1.2 磁场的旋转：由于三相电流的相位差，绕组中的磁场会形成一个旋转磁场。
这个旋转磁场是异步电动机工作的基础。
1.3 磁场与转子的耦合：转子上的铁芯会与旋转磁场相互作用，导致转子开始旋转。
这是三项异步电动机转动的原理之一。
二、转子电流与转矩：2.1 转子电流的形成：当转子开始旋转后，转子绕组中会产生感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，转子绕组中的感应电动势会导致电流的产生。
2.2 转子电流与磁场的相互作用：转子电流与转子磁场相互作用，产生转矩。
这个转矩使得转子能够继续旋转。
2.3 转矩的大小与方向：转矩的大小与转子电流的大小成正比，与旋转磁场的大小成正比。
转矩的方向由右手螺旋定则确定。
三、转子电流与定子磁场：3.1 定子磁场的形成：三项异步电动机的定子上也有绕组和铁芯。
当三相电源施加在定子绕组上时，定子中会产生磁场。
3.2 转子电流与定子磁场的相互作用：转子电流与定子磁场相互作用，导致转子电流的变化。
3.3 定子磁场与转子电流的同步：由于转子电流的变化，转子的旋转速度会逐渐趋于与旋转磁场同步。
这是三项异步电动机稳定运行的关键。
四、转子电流与电源之间的关系：4.1 电源对转子电流的供应：三相电源通过定子绕组向转子提供电流，使得转子能够产生转矩。
4.2 电源对转子旋转的影响：电源的电压和频率会影响转子电流的大小和频率，从而影响转子的旋转速度和转矩。
4.3 电源对机电性能的影响：电源的稳定性和质量会直接影响三项异步电动机的性能和效率。
五、总结：三项异步电动机的工作原理可以归纳为转子磁场与旋转、转子电流与转矩、转子电流与定子磁场、转子电流与电源之间的相互作用。
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1000 (转/分）
p4
90
750 (转/分）
可见: 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。
三相异步电动机的转动原理
1. 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电
v U1 n0
V2
N
W2
F
旋转磁场
n0
60 f1 p
(转/分） W1 F
S
V1
方向:顺时针
U2
切割转子导体 Blv
右手定则
感应电动势 E20
➢ 绕线式(起动、制动、调速性能好。）☆
18
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
三、三相感应电动机的基本结构
1、感应电动机总体结构（P112）
19
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
20
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
2、定子 定子由定子铁芯、定子绕组和机座、端盖等组成。
（1）定子铁心
【例4-2】P114
28
W1
V2
Im i i1
0
t 0
i2 i3
t 60
t
n0
60 f1 2
1500
(转/分 ）
旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系
n0
60 f1 p
(转/分)
极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
同步转速 ( f1 50Hz)
p 1
360
3000 (转/分）
p2
180
1500 (转/分）
p3
120
i3 W1
V2
o
i2
V1
t
Im i i1 i2 i3
()电流入 V2
U1 n0
o
W2
t W1
规定
i : “+” 出i :。“–”
出。
首端流入，尾端流 尾端流入，首端流
V1 U2
(•)电流出
三相电流合成磁
Im i i1 i2 i3
场 的分布情况
o
t
n0
U1
V2 N
W2
W1
S
U2
V1
t 0
合成磁场方向向下
4、感应电动机的气隙
感应电动机的气隙比同容量的直流电机小得多，一般 仅为0.2~1.5mm。
气隙大小对电动机的影响很大，气隙过大将增大励磁 电流分量，使电动机功率因数变差；但气隙过小将使装配 困难，运行不可靠，磁场高次谐波分量增强，从而使附加 损耗增强及起动性能变差。
27
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
24
笼型转子
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
绕线式转子
25
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
笼型绕组是在转子铁芯的每个槽内放一根导体，在伸出 铁芯的两端用导电环分别将所有导条连接起来，形成一个 自行闭合的短路绕组。
绕线式绕组与定子绕组相似，其连接示意图如下：
26
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
O
n0 3000 (转/分）
U1
V2 N
W2
W1
S
U2
V1
U1
V2 S
W1
N
U2
W2 V1
i2 i3
t
U1
V2 N
W2
W1
Hale Waihona Puke SU2V1
p=2时
V2 U1 •
W1
N W2
•
U2
S
V1
•
V1
S
U2
W2 • N W1
U1 V2
30 V2
W1 U2 S
•
V1
•
W2
N
U1
U1
N W2• n0
V1 •
S U2
V2
V1
i3
V2 U1 •
W1
N W2
•
U2
S
V1
•
V1
S
U2
W2 • N W1
U1 V2
Im i i1
O
i2 i3
极对数 p 2
旋转磁场的磁极对数
t 与三相绕组的排列有关
4.旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数
p=1时
n0 60 f1 (转/分） Im
i i1
工频：f1 50 Hz
V2
W1 S
60
U1
N
W2
V2
S
W1
U1
NW2
U2
V1
U2
V1
t 60
t 90
合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°
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°
2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序
任意调换两根电源进线 (电路如图)
IImm i i1 i2 i3
e2 B1 l v
15
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
感应电势方向由右手定则确定。
感应电势e2在闭合的转子绕组中产生感应电流i2。它与 旋转磁场作用，产生电磁力f。电磁力的大小由：
f Bli
决定，方向则由左手定则确定。
由于电磁力 f 产生电磁转矩：
D Tx f 2
转子所有导条产生的转矩即为该电机的电磁转矩： T Tx
【例4-1】P111
17
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
二、感应电动机的分类
1、按定子绕组供电电源相数分
➢ 单相感应电动机（家用） ； ➢ 三相感应电动机（大多数） ； ➢ 两相感应电动机（控制电机）。
2、按转子绕组结构分
➢ 笼型感应电动机(结构简单、制造容易、运行可靠。） ▪单笼； ▪双笼 ▪深槽式
Y
n
转子
Z
3~ V C
W B
转子绕组：在旋转磁场作
X
用下，产生感应电动势和
感应电流。
三相感应电动机的工作原理
3
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)
i1
i1 Im sint
i2 Im sint 120 i3 Im sint 120
U1 W2 U2
Im i i1 i2 i3
21
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
（2）定子绕组
（3）机座与端盖
22
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
3、感应电动机的转子
感应电动机的转子由转轴、转子铁芯和转子绕组组成。 （1） 转子铁心
笼型
线绕式
23
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
（2）转子绕组 笼型
线绕式
转子绕组的作用是产生感应电动势、产生电流并产生电磁 转矩。
感应电流 I2 旋转磁场
Bli
左手定则
电磁力F
电磁转矩T
n
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
3、同步转速n1
同步转速n1是由定子对称三相绕组施以三相对称电压，流过
三相对称电流而产生的。它与电网频率f1及电机极对数p的关
系为：
n1
60 f1 p
☆
4、感应电势和电磁转矩
旋转的气隙磁场切割转子导体，在转子导条中产生感应电 势，其大小与转子导体所处的气隙磁密、转子导体有效长度、 及转子导体与旋转的气隙磁场的相对切割速度的关系为：
由左手定则知道，T 的方向与n1相同。
16
§4-1 三相感应电动机的工作原理与结构
5、转差率s ☆☆
转子的实际转速用n表示，两者的转速差Δn=n1-n 。
定义转差率： S n1 n n1
转差率是感应电动机的一个基本参数，在分析异步电动机 性能时有着重要的地位。
起动瞬间，n = 0，S = 1 理想空载运行时：n = n1，S = 0 作为电动机运行时，S的范围在0~1之间。 额定状态下，S在 0.05以下，故nN与n1很接近。
W2
W1
S V1
U2
p 1
t 0
若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端
之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。
i1
U1 U2 U'1
V2 W1
U1 W2
W'2 U'2
i3
W'1 V'2 W1 W2 V'1
V2
V1
i2
U2
V1 W2 U1
V1
U2 W1 V2
i1
U1
U2 U'1
i3
W1
W'W1 '2V'U2 '2 W2 V'1
i1
U1
0o
t
W2 U2
i2 W1
V2
i3
V1
AU1
V2 S
W2
结论： 任意调换两根 W1 电源进线，则旋转 磁场反转。
N V1
U2
t 0
V2
S
W1
AU1
W2
N
U2
V1
t 60
3.旋转磁场的极对数P
i1
U1
i
Im
i1
i2
i3
W2 U2
o
t
i3 W1
V2
i2
V1
U1
V2 N
当三相定子绕组按 图示排列时，产生一对 磁极的旋转磁场，即：
四、三相感应电动机的额定值
（1）额定功率PN［kW］：额定工况下从轴上输出的机
械功率；
（2）额定电压UN［V］：定子绕组引出端的线电压； （3）额定电流IN［A］：定子绕组中的线电流； （4）额定频率fN［Ｈz］：一般为50Hz； （5）额定转速nN［r/min］：额定工况下的转子转速。