三相感应电动机的运行原理
三相异步电动机的基本工作原理和结构
三相异步电动机的基本工作原理和结构三相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。
它的基本工作原理和结构对于了解电动机的工作原理和性能具有重要意义。
一、基本工作原理三相异步电动机的基本工作原理是利用电磁感应和电磁力相互作用的原理。
它由定子和转子两部分组成。
1. 定子：定子由三个相位相隔120度的绕组组成，每个绕组被连接到一个相位的交流电源上。
当交流电源通电时，定子的绕组中会产生交变电磁场。
2. 转子：转子由导体材料制成，通常是铜或铝。
转子内部的导体形成了一组绕组，称为转子绕组。
转子绕组与定子绕组之间存在磁场的相互作用。
当交流电源通电后，定子绕组中的交变电磁场会感应出转子绕组中的电流。
由于定子绕组和转子绕组之间存在磁场的相互作用，转子绕组中的电流会产生电磁力，使转子开始旋转。
由于定子绕组中的电流是交变的，所以转子会不断地受到电磁力的作用，从而保持旋转。
二、结构特点三相异步电动机的结构特点主要包括定子、转子和机壳三部分。
1. 定子：定子通常由一组三相绕组和铁芯组成。
绕组通过固定在定子槽中的方法固定在铁芯上。
绕组的数量和连接方式与电机的功率和转速有关。
2. 转子：转子一般由铁芯和绕组组成。
转子绕组通常是通过槽和导条的形式固定在铁芯上。
转子绕组的数量和连接方式也与电机的功率和转速有关。
3. 机壳：机壳是电机的外壳，通常由铸铁或铝合金制成。
机壳的作用是保护电机内部的部件，同时起到散热和隔离的作用。
三、工作特性三相异步电动机具有一些特殊的工作特性。
1. 转速：三相异步电动机的转速与电源的频率和极数有关。
当电源频率恒定时，电动机的转速与极数成反比。
这意味着可以通过改变电源频率或改变电动机的极数来实现不同的转速要求。
2. 启动特性：三相异步电动机的启动通常需要较大的起动电流。
为了降低启动时的电流冲击，通常采用起动装置，如星角启动器或自耦变压器。
3. 转矩特性：三相异步电动机的转矩与电动机的电流成正比，并且与电动机的功率因数有关。
交流感应电机的工作原理
交流感应电机的工作原理
感应电机是一种常见的电动机，其工作原理是基于电磁感应现象。
感应电机主要由定子和转子两部分组成，其中定子上绕有三相交流电源产生的电磁场，而转子则是由导体材料制成的，通过电磁感应作用来实现转动。
感应电机的工作原理可以分为静态和动态两个阶段。
在静态阶段，电源提供的电流通过定子线圈产生一个旋转磁场，这个磁场会在转子中感应出一个电动势，从而在转子中产生一个电流。
由于转子中的电流与旋转磁场的方向不同，因此会产生一个力矩，使得转子开始转动。
在动态阶段，转子开始转动后，由于转子中的电流与旋转磁场的相对速度不同，因此会产生一个感应电动势，这个电动势会产生一个反向的电流，从而减弱了旋转磁场的强度。
这个过程会不断重复，直到转子的转速达到与旋转磁场同步的速度，此时感应电机就进入了稳态运行状态。
感应电机的工作原理可以用数学公式来描述。
假设感应电机的定子线圈中的电流为I，旋转磁场的频率为f，定子线圈中的匝数为N，转子中的电流为I2，转子中的导体材料的电阻为R2，转子的转速为n，则可以得到以下公式：
I2 = (E2 / R2) = (4.44 * f * N * Φ) / R2
其中，Φ为旋转磁场的磁通量，可以表示为：
Φ = (B * A * cosθ) / 2
其中，B为磁场的磁感应强度，A为定子线圈的面积，θ为磁场与定子线圈的夹角。
通过这些公式，可以计算出感应电机的各种参数，如转矩、功率、效率等。
总之，感应电机是一种基于电磁感应现象的电动机，其工作原理是通过定子线圈产生旋转磁场，从而在转子中感应出电动势，实现转动。
感应电机广泛应用于各种工业和家庭设备中，是现代社会不可或缺的重要组成部分。
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
三相异步电动机工作原理与图解
( 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。
TKR22s(sR2X20)2 U12
n
n
0
T
Tmax
求解 T 0 S
TmaxKU12
1 2X20
过载系数： T max
TN
TmaxKU12
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
Y 132 M--4 三相异步电动机
磁极数
机座中心高
机座长度代号
磁极数(极对数 p=2)
n0
60f p
(转/分）
同步转速1500转/分
2. 转速: 电机轴上的转速（n)。 如： n =1440 转/分
转差率 s150104400.04 1500
3. 联接方式：Y/ 接法： 接线盒：
AB C ZX Y
p2
p3
180 120
1500(转/分） 1000(转/分）
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系
n 电动机转速:
电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，
但 n n0
异步电动机
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
无转距
转差率 ( s ) 的概念：
iA
A
X A'
Z' X'
iC
C' Y' Y
Z B'
C
B
iB
Y' A Z'
C'
4.1三相感应电动机的工作原理与结构
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
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。
三相永磁同步电动机工作原理
三相永磁同步电动机工作原理三相永磁同步电动机是一种采用永磁体作为励磁源，通过三相交流电源提供电流的电机。
它具有高效率、高功率密度、高转矩和较宽的速度范围等优点，在工业和交通领域得到了广泛应用。
三相永磁同步电动机的工作原理是基于磁场的相互作用。
它由转子和定子两部分组成。
其中，转子上的永磁体产生一个固定的磁场，而定子绕组通过三相电流产生旋转磁场。
当转子磁场与定子旋转磁场同步时，电动机就能产生转矩，并将机械能转换为电能。
在三相永磁同步电动机中，磁场的产生是关键。
通过永磁体提供的磁场，可以使电动机达到更高的效率和输出功率。
与传统的感应电动机相比，永磁体的磁场更加稳定，不需要外部励磁源，因此具有更高的转矩密度和功率密度。
在电动机运行过程中，控制转子磁场与定子旋转磁场的同步是关键。
通常采用位置传感器或传感器无反馈控制系统来实现同步控制。
通过监测转子位置或磁场位置，可以调整定子电流的相位和幅值，从而实现最佳的同步运行。
三相永磁同步电动机的调速性能也非常优秀。
通过改变定子电流的相位和幅值，可以实现电机的调速。
同时，由于永磁体提供的磁场稳定，使得电机在高速运行时也能保持良好的调速性能。
除了以上的工作原理，还有一些其他的特点值得关注。
首先，由于永磁体的存在，电机的起动转矩较大，能够满足各种工况下的要求。
其次，由于永磁体的磁场稳定性，电机的转矩波动较小，运行平稳。
此外，由于永磁体不需要外部励磁源，电机结构简单，维护成本低。
三相永磁同步电动机以永磁体作为励磁源，通过控制转子磁场与定子旋转磁场的同步，实现了高效率、高功率密度和宽速度范围的工作。
它在工业和交通领域具有广泛的应用前景，是一种非常重要的电动机类型。
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；
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一、 转子磁动势的分析 对称多相系统：由气隙磁场感应所产生的导条电动势和导条电流 也就构成相应的对称多相系统。 感应电动机其转子绕组都是一个对称的多相系统 电机其定转子极数必须相等，这样才能产生恒定的平均电磁 转矩 转子合成磁动势F2：是一个旋转磁动势， 若不计谐波磁动 势，则转子磁动势的幅值为： m2 N 2 K 2
电动机空载时每相定 子电压平衡方程式：
U1 E1 E 1 I 0 R1
与变压器的分析方法相似
E1 I 0 Rm jX m
耗的等效电阻，Xm为励磁电抗，与主磁通Φm相对应。
式中 X 1 ——定子漏磁电抗，与漏磁通Φσ1相对应。
退 出
式中 Rm jX m Z m ——励磁阻抗，其中Rm为励磁电阻，是反映铁
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合成磁动势F2的转向与定子磁动势F1的转向相同为顺时针方向 转子磁动势F2在空间的（即相对于定子）的旋转速度为
n2+n=sn1+n=n1
即等于定子磁动势F1在空间的旋转速度。
无论感应电动机的转速n如何变化，定子磁动势F1与转子磁 动势F2总是相对静止的。 旋转电机能够正常运行的必要条件：定转子磁动势相对静止
I 0 I op I oq
有功分量 I op 用来供给空载损耗，包括空载时的定子 铜损耗、定子铁心损耗和机械损耗。 无功分量 I oq 用来产生气隙磁场，也称为磁化电流
退 出
F0 1.35
p
K1
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主磁通Φ m：
励磁磁动势产生的磁通绝大部分同时与定转子绕组相交链
目 录
电动机中产生有用的电磁转矩 磁路由定转子铁心和气隙组成 定子漏磁通： 一小部分磁通仅与定子绕组相交链 不同
E2 s I 2 Z 2 0
退 出
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E1 4.44 f1 N1 K1 m
三、 磁动势平衡 定子磁动势F1和转子磁动势F2在空间相对静止，合并为一个 合成磁动势Fm Fm——励磁磁动势，它产生气隙中的旋转磁场 感应电动机的磁动势平衡方程式： F1=-F+Fm
主磁通Φm 定子漏磁 通
非线性磁路 一定条件下可以看作 线性磁路
不参与
较小
退 出
参与能量转 换 参与
受饱和的影 响 较大
磁路
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6.1.2 空载时的定子电压平衡关系
设定子绕组上每相所加的端电压为U1 ，相电流为 I 0 ，主磁通 Φm在定子绕组中感应的每相电动势为 E1，定子漏磁通在每相绕组 中感应的电动势为 E ，定子绕组的每相电阻为 R1 1
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目 录
式中
Z1——定子漏阻抗， Z1 R1 jX 1
电动机的空载电流则较 大在小型感应电动机中，I0 甚至可达到额定电流的60%。
感应电动机空载时的等效电路
退 出
对于一定的电动机，当 频率f1一定时，U1∝Ф m。由 此可见，在感应电动机中， 若外施电压一定，主磁通Ф m 大体上也为一定值，这和变 压器的情况不同。
F2 0.9
2
p
I2
式中
m2——转子绕组的相数； N2——转子绕组的每相串联匝数； Kω 2——转子绕组的基波绕组因数；
退 出
下 页
上 页
目 录
转子电流的频率为sf1，转子绕组的极对数p2=p1
60 f 2 60 f1 n2 s sn1 转子合成磁动势相对转子的旋转速度： p2 p1
负载运行时：电动机将以低于同步速n1的速度n旋转 转向则仍与气隙旋转磁场的转向相同 气隙磁场与转子的相对转速为 n n1 n sn1 , n 也就是气 隙旋转磁场切割转子绕组的速度 转子绕组中感应出电动势，产生电流，其频率为
pn1 pn f2 s sf1 60 60
感应电动机，一般s=0.02-0.06，当f1=50Hz时，f=仅为（13）Hz 除了定子电流 I1 产生一个定子磁动势F1外，转子电流 I 2 还 产生一个转子磁动势F2， 而机的运行原理
目 录 退 出 下 页 上 页
• • •
6.1 三相感应电动机的空载运行 6.2 三相感应电动机的负载运行 6.3 感应电动机的功率和电磁转距
•
•
6.4 三相感应电动机的工作特性
6.5 三相感应电动机的参数测定
6.1 三相感应电动机的空载运行
目 录
三相感应电动机的定转子电路间没有直接的电的联系，它们之
二、 电动势平衡方程式 负载时定子的电动势平衡方程式：
U1 E1 I1 R1 jX 1 E1 I1Z1
注意：负载时主磁通Φm乃是由定转子磁动势共同作用所产生 负载时转子电动势E2 s的频率为 f 2 sf1 ，大小为 E2 s 4.44 f 2 N 2 K 2 m 感应电动机的转子电路自成闭路，端电压U2=0，所以 转子的电动势平衡方程式： E2 s I 2 Rr jX 2 s 0 式中 I 2 ——转子每相电流； Rr ——转子每相电阻，对绕线型转子还应包括外加电阻； X 2 s 2 f 2 L 2 。 X 2——转子每相漏电抗， s Z 2 为转子每相漏阻抗 其中 L 2 为转子每相漏电感； E2 s I 转子电流的有效值： 2 2 Rr2 X 2s
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因为 E1 I 0 Z1 ，可近似地认为 U1 E1 或 U1 E1
目 录
电压方程式可改写为：U1 E1 I 0 ( R1 jX 1 ) E1 I 0 Z1
6.2 三相感应电动机的负载运行
6.2.1 负载运行时的物理情况
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间的联系是通过电磁感应关系而实现的，这一点和变压器相似。
转子绕组相当于变压器的二次绕组
退 出
下 页
定子绕组相当于变压器的一次绕组
上 页
6.1.1 空载电流和空载磁动势
空载电流 I 0 : 电动机空载，定子三相绕组接到对称的三相电源 时，在定子绕组中流过的电流。
定子空载磁动势的幅值： 若不计谐波磁动势，三相空载电流所产生的合成 磁动势的基波分量的幅值 I 0 N1 它以同步速n1的速度旋转。 励磁磁动势：空载时的定子磁动势F0 励磁电流： 空载时的定子电流 I 0 空载电流 I 0