1.7 三相交流电动机基本知识
三相电动机原理
三相电动机原理
三相电动机是一种常见的电动机类型，它基于三相交流电原理工作。
其原理可以简单概括如下：
1. 三相电源供电：三相电动机通常接收来自三相电源的供电，其中每个相位的电压相位差为120度。
2. 创造旋转磁场：当三相电源接通时，每相的电流依次通过电动机的线圈。
由于每个相位的电流的差异，电动机内部会产生旋转磁场。
3. 电磁感应：旋转磁场与电动机中的转子磁铁之间相互作用。
这个作用会导致转子开始旋转。
4. 运行：当转子开始旋转后，电动机就进入正常运行状态。
由于三相电源的频率和旋转磁场的频率匹配，转子会持续地受到旋转磁场的作用，从而使电动机保持旋转。
需要注意的是，三相电动机的转向可以通过交换任意两个相位的电源线来改变。
此外，通过控制电源频率和电压，可以对电动机的转速进行调节。
三相交流电基本概述及相电压、线电压定义
三相交流电基本概述及相电压、线电压定义说到三相交流电可能有些人陌生，因为三相交流多都是工业人用得多。
但说到单相交流电应该基本都懂，因为我们日常生活中用的电就是单相交流电，一条火线一条零线组成的电网就是单相交流电。
正是只有一条火线，因此才称为单相交流电。
既然一条火线叫单相交流电，那三相交流电肯定是有三条火线，这样理解也是对的，因为它确实有三条火线，这也是比较好记及理解。
但作为一个合格的电工只是明白这样远远不够，那什么是三相交流电呢？三相交流电基本概述三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。
目前，我国生产、配送的都是三相交流电。
三相交流电比单相交流电有很多优越性，在用电方面，三相电动机比单相电动机结构简单，价格便宜，性能好；在送电方面，采用三相制，在相同条件下比单相输电节约输电线用铜量。
实际上单相电源就是取三相电源的一相，因此，三相交流电得到了广泛的应用。
使一个线圈在磁场里转动，电路里只产生一个交变电动势，这时发出的交流电叫做单相交流电。
如果在磁场里有三个互成角度的线圈同时转动，电路里就发生三个交变电动势，这时发出的交流电叫做三相交流电。
交流电机中，在铁芯上固定着三个相同的线圈AX、BY、CZ，始端是A、B、C，末端是X、Y、Z。
三个线圈的平面互成120度角。
匀速地转动铁芯，三个线圈就在磁场里匀速转动。
三个线圈是相同的，它们发出的三个电动势，最大值和频率都相同。
这三个电动势的最大值和频率虽然相同，但是它们的相位并不相同。
由于三个线圈平面互成120度角，所以三个电动势的相位互差120度。
什么是三相电及相电压、线电压的定义三相电是由角度差为120°三组绕组构成的转子，在机械力的作用下切割磁感线，而感应出来的三个频率相同，振幅相等的交流电动势，即A、B、C三相，末端连接到一起形成中性点（零线）；首端分别引出一相，长用的三相电机分别接A、B、C三相，无需接零线。
三相交流电基础知识
第四节 三相交流电路工业上应用最多的交流电是三相交流电。
单相交流电实际上也是三相交流电的一部分。
三相交流电有很多优点：例如三相电机比同尺寸的单相电机输出功率大，性能好；三相交流电的输送比较经济；既节约了有色金属又降低电能损耗等。
一、 、 三相交流三相交流三相交流电电的产生三相交流电一般由三相发电机产生。
其原理可由图1-46说明。
发电机定子上有U1-U2、V1-V2、W1-W2三组绕组，每组绕组称为一相，各相绕组匝数相等、结构一样，对称地排放在定子铁芯内侧的线槽里。
在转子上有一对磁极的情况下，三相绕组在排放位置上互差120o 。
转子转动时U1-U2、V1-V2、W1-W2绕组中分别都产生同样的正弦感应电动势。
但当N极正对哪一相绕组时，该相感应电动势取得最大值。
显然，V相比U相滞后120o ，W相比V相滞后120o ，U相比W滞后120o 。
三相电动势随时间变化的曲线如图1-47所示。
这种大小相等、频率相同、但在相位上互差120o 的电动势称为对称三相电动势。
同样，最大值相等、频率相同、相位相差120o 的三相电压和电流分别称为对称三相电压和对称三相电流。
图1-46 三相交流电发电机示意图图1-47 三相交流电波形三相交流电动势在时间上出现最大值的先后次序称为相序。
相序一般分为正相序、负相序、零相序。
最大值按U—V—W—U顺序循环出现的为正相序。
最大值按U—W—V—U顺序循环出现的为负相序。
如令三个相电压的参考极性都是起始端U1、V1、W1为正，尾端U2、V2、W2为负，又令U1—U2绕组中的电动势e u ，为参考正弦量，那么，三个相电压的函数表达式为：图1-48 三相交流电势相量图对称三相交流电动势的相量图，如图2-48所示。
二、三相三相电电源的接法源的接法 在生产中，三相交流发电机的三个绕组都是按一定规律连接起来向负载供电的。
通常有两种接法；一种是星形（Y）连接；另一种是三角形（△）连接。
（一） ） 星形星形星形连连接图1-49 三相交流电源的连接将电源三相绕组的末端U 2、V 2、W 2连接在一起，成为一个公共点（中性点），而由三个首端U 1、V 1、W 1分别引出三条导线向外供电的连接形式，称为星形（Y）连接。
三相电路基本知识
三相电路基本知识一、概括三相电路基本知识是电力系统中至关重要的部分，涉及三相交流电的产生、传输、变换和应用。
本文旨在介绍三相电路的基本概念、原理及应用领域。
三相电路具有高效、稳定的特点，广泛应用于工业、商业和家庭等各个领域。
本文将重点介绍三相电源、三相负载、三相线路的接法、三相电路的功率计算，以及三相电路中的电压电流特性等内容，为读者提供三相电路的基本知识和理解，以便更好地应用和维护电力系统。
1. 介绍三相电路的重要性和应用领域三相电路在现代电力系统中占据着举足轻重的地位，其重要性不容忽视。
三相电路是一种能够同时传输三种频率电能的电路系统，其广泛的应用领域涵盖了工业、商业和家庭等各个方面。
了解三相电路的基本知识，对于电气工程师、电力工作者以及广大民众来说都至关重要。
三相电路的重要性体现在其高效稳定的电力传输能力上。
相较于单相电路，三相电路具有更高的输电效率和更大的容量，能够满足大规模电力负载的需求。
三相电路还能提供更为平衡和稳定的电力供应，有助于保障电力系统的整体运行安全。
三相电路的应用领域极为广泛。
在工业领域，三相电路是电动机、发电机、变压器等设备的核心驱动力量，广泛应用于各类机械设备、生产线以及自动化系统中。
在商业领域，三相电路用于照明、空调、电脑等设备，为商业活动的正常进行提供了重要支持。
在家庭领域，三相电路则为家用电器如电视、冰箱、洗衣机等提供了稳定的电力供应。
三相电路还广泛应用于电网建设、能源分配以及电力系统自动化控制等方面。
三相电路在现代电力系统中具有不可或缺的地位。
掌握三相电路的基本知识，对于理解和应用电力系统具有重要意义。
在接下来的文章中，我们将详细介绍三相电路的基本概念、工作原理以及相关的技术要点。
2. 简述三相电路的发展历程及其在现代电力系统中的地位三相电路的发展历程可以追溯到电力工业的早期阶段。
自发电机的发明以来，三相电路技术得到了不断的完善和发展。
随着工业化的进程，三相电路因其高效、稳定的特性，逐渐取代了单相电路，成为电力系统的主要组成部分。
三相交流电专题知识讲座
P 3UlIl cosp 3 220 7.6 0.8 2.3kW
注：
比较(1)和(2)旳成果可见，不论哪种接法，电动机每相绕组
所承受旳电压均为220V，经过旳电流也相等，所以电动机旳功率
第3章 三相交流电路 没有变化，仅在(2)中旳线电流增大为(1)中 旳 倍3。
第3章 三相交流电路
三相电路在生产上应用最为广泛。发电和输配电一般都采用三 相制。在用电方面，最主要旳负载是三相电动机。本节主要讨论负 载在三相电路中旳连接使用问题。
3.1 三相电源
由三个单相交流电路构成旳电路系统称为三相交流电路，构成三 相电路旳每一种单相电路称为一相。
三相交流电在工农业生产上应用最为广泛。 3.1.1三相对称电源
iU
U
20 ，故其上电压将约为 253 V。
RU
想一想
在此情况下，V、W 两相旳电压均与负 载旳额定电压220V不同，将产生什么后果 ？怎样防止此类情况发生？
中性线旳作用是什么？在什么情况下能 够没有中性线？
第3章 三相交流电路
N
RW
iV
V
iW
W
N
RV
中线旳作用：
当中线断开而负载又不对称时，负载旳相电压就不对称，这么就会 引起某相旳电压高于负载旳额定电压，从而造成负载烧坏；某相旳电压 低于负载旳额定电压，使负载不能正常工作，这是不允许旳。
解：(1)
UP
Ul 3
220V
Ip
Up | Zp
|
220 4.4A 402 302
cosp
|
Rp Zp
|
0.8
Il Ip 4.4A
P 3UlIl cosp 3 380 4.4 0.8 2.3kW
三相交流电动机传动基础要点
通风机负载是反抗性的, 具有第一, 第三 象限特性。
3. 恒功率型特性
一些机床, 如车床, 在粗加工时, 切削量大, 切削阻 力大, 此时开低速；在精加工时, 切削量小, 切削力小, 往往开高速。在不同转速下, 负载转矩基本上与速度成 反比, 即
Tz=K/n Pz=TzΩ=Tz×2πn/60=Tz*n/9 .55=K 式中 K=1/9.55 为常数 Pz --- 负载（切削）功率.8Un
Un
0 1
0.25Tm
0.64Tm
Tm
T
异步电动机降低Ux时的人为特性
转子回路串接对称电阻: n0不变；Tm也不变；Sm随R的增大
而增大；TQ之值将改变, 一开始随R的 增大而增加, 一直增大到RQ时, TQ=Tm, 如R继续增大, TQ将开始减小。
转子电路串接对称电阻可用于起动, 也可用于调速。
三相电动机的工作特性是指在额定电压和额 定频率运行的情况下，电动机的转速n、定子电 流I1.功率因数conφ、电磁转矩 T 、效率η等与输 出功率 P2的关系。
1． 转速特性
当电动机空载时，输出功率P2≈0，此时I2≈0， 转速接近同步转速即n=n0。负载增大时，转速略 有下降，转子电势增大，所以转子电流增大，以 产生更大一点电磁转矩与负载转矩平衡。
-n0
j
i -n 回馈制动下放中物时的机械特性及负载转矩特性
谢谢
Thanks
for your attention
n, η I1, T
COSφ
η
COSφ
I1
n T
P2
2 定子电流特性
定子电流的方程式 I1=Im+（-I2）
三相交流电知识
线电压（火线与火线之间的电压） U l = 3 × 220V = 380V ，其相 量关系如图3-2所示。 U
l • •
Up 30
o
2. 负载的联接
图 3-2
如果电器设备属于单相制，额定电压为220V时，应接在火线 与中线之间，额定电压为380V，则应接在火线与火线之间。 当电器设备采用三相制时（如三相电机等），设备的三个端 第（36）页
u
R
u E 0 E1 m i= = Sin ω t + R R R
也不是纯粹正弦波, 而是单向电流。
e1
E0
u
(a)
E0
0
e1
t
(b)
图5-1
我们再看图5-2(a)是一个纯粹的正弦波
u=
4
f (t ) 1
4
π
Sinω
π
Sin ωt
1
0
π
t
2π
(a)
图5-2(b)是二个不同频率正弦波的叠加
4 1 Sinωt + Sin3ωt 3 π
L
R
图6-2 例6-1的电路 支路不允许直流通过，C 可以认为开路，而L对 直流可以认为短路， R支路与L支路所含电阻值均为2KΩ ， × 故iR=iL=10mA/2=5mA,支路端电压u=5mA 2KΩ=10V。 电容上电压10V。
画出t=0-瞬间的等效电路如图6-3（A）所示。
iS
S
+
iR
iC
i
R
当开关S处于2的位置，电路最 终达到下列稳定状态（第二种 稳定状态）： i=0 u1 = U （因电容元件不能通过直流电流） u2 = uc = U uR = 0 电容上储存有电荷 Q=CU
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4.3、变频电动机的电机的转速。交流变频调速范围广，额定转 速向下为恒转矩调速，此时电压降低，但电压与 频率的比值不变，转矩不变，；额定转速向上为 恒功率调速，此时电压不变，转矩降低。适合于 轧钢、印刷、橡塑设备、机床、印染等设备或行 业。
1.3、电机绝缘等级与温度关系 目前电机常用的绝缘等级分为三种，即B、F、H
级，B级耐热等级为130度，温升80K;F级耐热 等级为155度，温升105K；H级耐热等级为180 度，温升130K;高压电机的绝缘等级为F级，温 升按照B级80K考核，这是为了延长高压电机的 使用寿命。
1.4、安装形式。 安装形式用IMXXX表示，常用的有IMB3
电动机的运行保护一般有过电压、缺相、过流、
短路等保护。一般在电机的控制柜中增加电压互 感器、电流互感器测量电压和电流，同时在电机 绕组中埋置测温元件或者热敏电阻起到电动机过 热保护，过电压、缺相、过流、短路都可表现为 绕组过热。
3.3.1、电动机保护接地； 一般情况下，电机地脚处或者出线盒
4.4、变频电动机测试。 变频电机的测试与普通电机基本相似，只
是增加低频和高频运行时的温升测试以及 转矩特性测试，检测电机在低频运行时的 温升是否合格，检测电机在高频运行时的 转矩是否下降较多。
西安泰富西玛电机
谢谢大家！
第三部分：电动机故障判断
3.1、电动机缺相运行故障判断；
电动机缺相一般有下面原因造成：
电源方面：（1） 开关接触不良；（2） 变压
器或线路断线；（3） 保险熔断。 电机方面：（1） 电机接线盒螺丝松动接触不良； （2） 内部接线焊接不良；（3） 电机绕组断 线。
3.2、电动机接地运行故障判断；
培训资料
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B iA
Z
A
iC Y
C
旋转磁场与转子绕组产生相对运动 ( 切割 ) 转子绕组中产生感应电流
X 三相异步电动机原理简图
感应电流转子绕组(感应电流)在磁场中受到电磁力的作用 在电磁力作用下，转子逆时针方向开始旋转，转速为n 。
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
n0
n0
改变电机的旋转方向：改变定子三相电流的相序。
2、旋转磁场的极对数P
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。
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
B
C
X
Y A
Z
B X
iB
B Z
A Y
C
iA
A
iC
C
X A' Z' X' C' Y' Y B' Z
Im
三相电流合成磁 场 的分布情况
i iA
i B iC
t
o
600
A
n0
A Y
60
Y
A Z C
N
Z C
Y
N
Z
S
X
N
B
C X
S
S
X B
B
t 90 t 60 t 0 合成磁场方向向下 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° 1、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
e B l v
（右手定则）
l :导线长 B:磁感应强度 v:切割速度
N
n0 f
f B l i
（左手定则）
n
e i
S
1. 线圈跟着磁铁转
→两者转动方向一致 2. 线圈比磁场转得慢
n n0
异步
三相异步电动机的工作原理
1.7.2旋转磁场的产生
iA
A
iB B
iC
Y X Z
C
i i i i C A B Im
（1）Y－ 起动
Ul
I l
C Y
A Z A
Ul
B
X
I lY
C
Z X Y
B
正常运行
设：电机每相阻抗为
起动
I l
I lY
Ul 3 Z Ul 3Z
z
I lY 1 I l 3
Y－ 起动器接线简图
S
L3 L2 L1
U1 + + UP Ul ＿W2 U2
＿
FU
W1 L3 V2 U2 L2 V1 W2 L1 U1
t
60 f1 n1 1500 (转/分） 2
0
旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系 60 f1 n1 (转/分) p 极对数
同步转速 每个电流周期 磁场转过的空间角度 ( f1 50Hz )
p 1
p2
p3
p4
360
180
3000(转/分）
1500(转/分）
120
1000(转/分）
750 (转/分 ）
90
可见: 旋转磁场转速n1 与频率f1和极对数p有关。
转差率
由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转 磁场的转速相等，即 异步电动机 n n1 如果: n n1 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条 无转子电动势和转子电流 无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。
图1-40
电枢和电枢铁芯片示意图
– （3）换向器
•
换向器是直流电动机的构造特征， 装在电动机转轴上，如图1-41所示。
图1-41
直流电动机换向器示意图
• 2．基本工作原理图 • 为了讨论直流电动机的工作原理，现 把复杂的直流电动机简化为图1-42所示的 工作原理图。
图1-42
直流电动机工作原理图
定子三相绕组的联接方法。通常
电机容量 3kW Y联结
电机容量 4kW 联结
接线盒
A
B
C
A
Z Y X
Z
X Y
Z X Y Z C A
C
B
Y 联结
A
B C
Y
B
X
A B C
联结
.三相异步机的起动方法
1. 直接起动 20-30千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。 方法简单，但起动电流较大，影响电网上其他负 载正常工作。 2. 降压起动 在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以 减小起动电流，鼠笼式电动机常用的降压起动方法有 Y－换接起动和自耦降压起动。
•
直流电动机主要由磁极、电枢和换向 器组成，如图1-38所示。
图1-38
直流电动机的组成示意图
– （1）磁极
•
直流电动机的磁极如图1-39所示，
图1-39
直流电动机的磁极及磁路
（2）电枢 • 直流电动机的电枢是旋转的，是电动 机中产生感应电动势的部分。电枢和电枢 铁芯片示意图如图1-40所示。
4. 功率与效率 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。
P1 3U N I Ncos
P2 P1
笼型电机
=72~93％
n0 nN 额定转差率 N s n0
如： n N =1440 转/分 sN = 0.04
定子绕组
Z X Y
B
C
X
Y
A
N
Z
B
S
Z
S
A
B
X
iB
Im
N
Y
C
i i A i B iC
t
极对数
p2
0
旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关
3、旋转磁场的转速
旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 N p=1时
n1 60 f1 (转/分） 0 o 工频： f1 50 Hz
Im Im
i i A
（c） Y－ 起动时，起动电流减小的同时，起动转 矩也减小了。
所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合
UP 1 3 UP
TstY
1 Tst 3
–1.7.2 直流电机
•
直流电机是直流发电机和直流电动机 的总称。直流发电机将机械能转换为电能； 直流电2 V2
Im
o
V1
i1 i2 i3
t
i3
i2
W1
•三相对称交流绕组通入三相对 称交流电流时，将在电机气隙 空间产生旋转磁场；
()电流入 Y A
n0
i i i i C A B Im
o
规定 i : “+” i : “–” 首端流入，尾端流出。 尾端流入，首端流出。
Z
t
C X B
(•)电流出
例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。
3. 电流 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。
例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结 下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电 流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A 。
n (1 s)n1 异步电动机运行中: s (1 ~ 9)%
n1 n s 转差率s 100% n1 转子转速亦可由转差率求得
例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n1=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为
o
t
由此可知，异步电动机是通过载流
的转子绕组在磁场中受力而使电动 机旋转的，而转子绕组中的电流由
电磁感应产生，并非外部输入，故
异步电动机又称感应电动机。
旋转磁场的产生 定子对称三相绕组 通入三相对称电流
i1 I m sin t
i2 I m sin t 120 i3 I m sin t 120
i B iC
S
t
n1 3000 (转/分）
A
N
Y C
Z Y B
A
A
S
C N
Z
Y B C
N
Z B
S
X
S
X
X
p=2时
C
X
Y
A
N
30
Z
C
B
Y
A
Z
n1
B
X
S
N
B
S
Z
S
A
X
B
S
X
N
Y
C
Z
N
A Y
C
t 0
Im
t 60
i i A i B iC
•笼型绕组(也称为导条)是在转子铁心的槽里嵌放裸铜 条或铝条，然后用两个金属环(称为端环)分别在裸金属 导条两端把它们全部接通(短接)，即构成了转子绕组； 小型笼型电动机一般用铸铝转子，这种转子是用熔化的 铝液浇在转子铁心上，导条、瑞环一次浇铸出来。如果 去掉铁心，整个绕组形似鼠笼，所以得名笼型绕组。笼 型转子线槽一般都是斜槽，目的是改善起动与调速性能。