三相异步电动机原理教案

班级

日期

模块：三相异步电动机

项目二：三相异步电机工作原理、铭牌和绕组检测

教学目标知识点：①三相异步电动机的工作原理；

②交流电机的主要铭牌参数。

能力培养：①掌握三相异步电动机的的连接形式；

②掌握三相异步电动机绕组的检测方法。

教学方式：讲练结合

教具：交流异步电动机

课时：4+4

教学过程

项目二：三相异步电机工作原理、铭牌和绕组检测

三相异步电机工作原理、铭牌和绕组检测(知识点部分)

一、三相异步电动机的工作原理

三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。

假设定子只有一对磁极，转子只有一匝绕组。在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势e从而产生感应电流i。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F（其方向用左手定则决定），这力在转子的轴上形成电磁转矩，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受

此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。

1、定子旋转磁场

假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹槽之中。现将三相绕组的末端U2、V2、W2相连，首端U1、V1、W1接三相交流电源。且三相绕组分别叫做U、V、W相绕组。如下图所示。

假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相绕组的电流作为参考正弦量，即 iU的初相位为零，则三相绕组U、V、W的电流（相序为U—V—W）的瞬时值为：

如下图所示是这些电流随时间变化的曲线。

（1)t=0时

i U=0，i V为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从V2端流到V1端；i W为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从W1端流到W2端。按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场如图。（a）箭头所示。

（2)t=π/2

i a为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从U1端流到U2端。I v、i w为负，电流实际

W m

4

sin()

3

i I t

π

ω

=-

V m

2

sin()

3

i I t

π

ω

=-

U m

sin

i I t

ω

=

方向与正方向相反，即电流从V2、W2端流到V1、W1端；此时的合成磁场如图（b）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了π/2。

（3)t=π

i u=0，i v为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从v1端流到v2端。I w为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从W2端流到W1端；此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了π。

（4)t=3π/2

I U为负, 电流实际方向与正方向相反， I v\i W为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从V1、W1端流到V2、W2端。此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了3π/2 。按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。

2、旋转磁场的旋转方向

U相绕组内的电流超前V相绕组内的电流2 π /3，而V相绕组内的电流又超前W相绕组内的电流2 π /3，当三相交流电的U→V→W，旋转磁场的旋转方向为从U→V→W，即向顺时针方向旋转。

3、旋转磁场的极数与旋转速度

在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用n0表示。

060

n f

=

以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用p表示）即p=1。

从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转磁场在空间也旋

转了一转（转了360机械角度），若电流的频率为f，旋转磁场每分钟将旋转60f 转，即：如果把定子铁心的槽数增加1倍（12个槽），制成如图所示的三相绕组。其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如图所示。

对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了π/2，即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。依次类推，当有p对磁极时，其转速为：

60f

n

p

=

所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数成反比。

下图为24槽4极三相异步电动机旋转磁场。

4、转差率S

转子的旋转速度称为电动机的转速，用n表示。由工作原理可知：转子的转速n（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度n0（同步速度）要小。因为如果两种速度相等时，转子和旋转磁场没有相对运动，转子导体不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机的由来。

定义：转速差(n0-n)与同步转速n0的比值称为异步电动机的转差率，用表示S，即0

n n

S

n

-

=

转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数

5、异步电动机的三种运行状态

根据转差率的大小和正负，异步电动几有三种运行状态。 （1）电动机运行状态所对应的转差率区间为：10<

>>n n )。特点是n 与1

n 同方向，且1n n <，电磁转矩是驱动性质的，将电能变为机械能。

（2）发电机运行状态所对应的转差率区间为：0<<∞-s （1n n >>∞)。特点是n 与1n 同方向且1n n >，电磁转矩是制动性质的，将机械能变为电能。

（3）电磁制动运行状态所对应的转差率区间为：+∞<>n 0）。特点是n 与1n 反方向；转子导体以高于同步的速度切割旋转磁场，电磁转矩是制动的，定子从电网吸收的电能和转子的机械能都变成电机内部的损耗而转换为热能(电源反接制动就是一个例子)。

二、异步电动机的运行特性

1、异步电动机的机械特性

右图为三相异步电机机械特性曲线，图中启动转矩为 Tst 为启动时对应的电磁转矩，额定转矩 T N 为电动机带动额定负载时的电磁转矩；最大转矩 Tm 是电动机在运行中具有的最大转矩。

（1）当电动机的启动转矩 Tst 大于负载阻力矩T L 时，电机旋转，并在电磁转矩的作用下加速，此时电磁转矩随额定转矩n 2 增加而逐渐增大（沿曲线DC 段上升），直到最大转矩 Tm 。而后，随着转速的继续增加电磁转矩反而下降 （沿曲线CA 段下降），最终当电磁转矩等于负载转矩T= T L 时电机以某一转速匀速稳定旋转。

（2）异步电动机一经启动很快进入曲线的AC 段，并在某一点稳定运行。在AC 段如果负载加重，负载力矩大于电磁转矩，转速下降，同时电磁转矩随转速的下降而增大，与负载力矩达到新的平衡，使电机以比原来稍低的转速运行。

（3）若阻力矩超过了最大转矩 Tm ，负载力矩则一直大于电磁转矩，再也不存在新的平衡点使T= T L ，电动机转速很快下降直到停止，处于堵转状态。定子电流加大可达4～7倍，时间长损害电机。

（4）机械特性曲线AC 段为电动机的稳定运行区。从空载到满载转速下降很少，只要负载力矩介于A ～C 区间，均可找到稳定点运行。 AC 段称电动机的硬机械特性，适合大多数生产机械对拖动的要求。

（5）过载能力 电动机的最大电磁转矩Tm 与转矩T N 之比称过载能力，一般为1.9～2.2。电动机的启动转矩 Tst 与TN 之比称启动能力，一般为1.7～2.2。

2、转矩与功率的关系

电动机载运行中若带动负载转动的转矩为T 2,轴上输出的机械功率为P 2 ,转子转速为n 2