【正文】 普通高等教育“十 五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材 電工電子技術(shù)（高職高專(zhuān)版） 主 編： 陳 新 龍 第 5章三相異步電動(dòng)機(jī)的原理及其應(yīng)用 本章從感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理出發(fā)，介紹了三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、機(jī)械特性、使用及其控制方法。讀者學(xué)習(xí)本章應(yīng)深入理解電磁感應(yīng)是電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)基礎(chǔ)，理解交流電動(dòng)機(jī)的工作原理；深入理解電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)差率等概念，進(jìn)而理解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性；理解電動(dòng)機(jī)使用過(guò)程中起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等概念及方法，理解常見(jiàn)控制電器特點(diǎn)，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)控制的初步知識(shí)。 本章建議學(xué)時(shí)數(shù)： 8學(xué)時(shí) 其中，原理、結(jié)構(gòu)及其使用： 4學(xué)時(shí) 控制： 4學(xué)時(shí) 學(xué)時(shí)數(shù)較少時(shí)也可用 4學(xué)時(shí)左右做個(gè)簡(jiǎn)單介紹 感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 理解并掌握一定的電動(dòng)機(jī)方面的知識(shí)對(duì)理解各種生產(chǎn)機(jī)械在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用有十分重要的意義 電動(dòng)機(jī)屬于電機(jī)學(xué)研究范疇，為電工電子技術(shù)課程的提高章節(jié) 目前，絕大多數(shù)電動(dòng)機(jī)均為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，可通過(guò)如上所示示意圖來(lái)理解。 上圖中，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，將使線圈受到電磁力，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使線圈隨著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)越快，線圈旋轉(zhuǎn)也就越快；旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，線圈也跟著反轉(zhuǎn)。這便是 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理 。 在左圖中，若假定線圈與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速相同，那么，線圈也就不會(huì)切割磁力線，也就不可能生產(chǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈也就不可能旋轉(zhuǎn)。 因此，線圈的轉(zhuǎn)速總是略小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，因此，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又叫 異步電動(dòng)機(jī) 。 異步電動(dòng)機(jī)的分類(lèi) 顯然， 圖 511示電動(dòng)機(jī)缺乏實(shí)用性。 由于直接旋轉(zhuǎn)實(shí)際的磁極不太現(xiàn)實(shí)，也難以保證電動(dòng)機(jī)運(yùn)行足夠的功率和穩(wěn)定性，因此，以某種方式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)是電動(dòng)機(jī)走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵。 實(shí)際三相電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部分是轉(zhuǎn)子，而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電氣部件是靜止不動(dòng)的，稱(chēng)它為定子。定子中嵌有三相繞組，具體如 圖 512。 當(dāng)三相繞組中流過(guò)三相對(duì)稱(chēng)電流（ 解釋 ）時(shí)，將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)?？赏ㄟ^(guò)圖 514來(lái)理解。 可見(jiàn)，當(dāng)定子繞組中通入上述三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，即三相電源可產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及主要特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理相同，外觀如 圖 521， 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)基本部分： 定子（靜止部分）、 轉(zhuǎn)子 （運(yùn)動(dòng)部分）。 定子是電動(dòng)機(jī)的靜止部分，主要由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分組成 。 轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，主要由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸三者組成。 根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的形式，可分為鼠籠式（ 解釋 ）和繞線式（ 解釋 ）兩大類(lèi) 三相電源產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n總是要略小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（用 n0表示，常稱(chēng)為三相異步電動(dòng)機(jī)的 同步轉(zhuǎn)速 ）。 電動(dòng)機(jī)是驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的電器設(shè)備，其主要特性便是機(jī)械特性 異步電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)差率 s用于描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速之間的差別，定義為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 n0相差的程度 ，定義式如上 轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要物理量。一般情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只是略小于電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。在額定負(fù)載下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率約為 1%~9%。 理解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)理解電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)矩等概念 一般情況下，三相電流的頻率是個(gè)常數(shù)，為工頻。在我國(guó)，工頻 f=50Hz。 可見(jiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)（和三相繞組的安排有關(guān)） 計(jì)算轉(zhuǎn)差率需要計(jì)算電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 n0。 對(duì)某一電動(dòng)機(jī)而言，同步轉(zhuǎn)速是個(gè)常數(shù)，由上式確定 式中， p為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)， f為通入繞組的三相電流的頻率 。 【 例 】 有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n=1425 r/min，請(qǐng)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率（工頻 f=50Hz） 可對(duì)照 變壓器的電路模型 理解 在三相異步電動(dòng)機(jī)中，既存在磁路，也存在電路?？僧?huà)出三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路如右 比較上圖與 圖 422（變壓器的電路模型），不難發(fā)現(xiàn)，三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)中的電磁關(guān)系與變壓器的電磁關(guān)系類(lèi)似，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的副繞組，只是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組一般是短接的。 式中， f2為轉(zhuǎn)子電流 i2的變化頻率； f1為磁通 Ф的變化頻率； Фm為磁通 Ф的最大值； N2為轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù) ； S為轉(zhuǎn)差率 可導(dǎo)出三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路的各個(gè)物理量。 令 R X2為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和感抗（漏磁感抗），可得出轉(zhuǎn)子每相電路的轉(zhuǎn)子電流 I2和功率因素 cosφ2如上 式中， X20為在 n=0，即 s=1時(shí)的轉(zhuǎn)子感抗，X2=sX20； E20為在 n=0，即 s=1時(shí)的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)，E2=sE20 轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e2為 可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子電路的各個(gè)物理量，如電動(dòng)勢(shì)、電流、頻率、感抗及功率因素等都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。 電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式如上 式中， KT為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)； Фm為磁通 Ф的最大值； I2為轉(zhuǎn)子電流 ； cosφ2為 轉(zhuǎn)子電路功率因素。 電動(dòng)機(jī)輸送給生產(chǎn)機(jī)械的是 電磁轉(zhuǎn)矩 T（簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩 ）和轉(zhuǎn)速。 直接利用上式計(jì)算轉(zhuǎn)矩很不方便，可利用電動(dòng)機(jī)的電路模型來(lái)尋找計(jì)算轉(zhuǎn)矩更為簡(jiǎn)便的公式?？蓪?dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩的另一個(gè)表達(dá)式如上（式中， K為一常數(shù)） 理解電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的對(duì)更好地使用電動(dòng)機(jī)意義深遠(yuǎn)