三相异步电动机原理教案

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

知识点:？三相异步电动机的工作原理；

?交流电机的主要铭牌参数。

教学目标

能力培养:？掌握三相异步电动机的的连接形式；

?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

三和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、VI、也接三相交流电源。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:

ilt,sin,Um2,,,iltsinO,Vm34,,,iltsinO,Wm3

如下图所示是这些电流随时间变化的曲线。

(l)t=O时

i=0,i为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从V2端流到VI端；i为正，

电流实UVW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。

⑵t=Ji/2

i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、i为负，

电流实际avw

方向与正方向相反，即电流从V、W端流到V、W端;此时的合成磁场如图(b)所

示，合成2211

磁场已从1二0瞬间所在位置顺时针方向旋转了，/2。

i=0,i为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从vl端流到v2端。I为负,

电流实uvw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

⑹所示，合成磁场己从t=0瞬间所在位置顺时针方向旋转了，。

(4)t=3,/2

I为负，电流实际方向与正方向相反，为正，电流实际方向与正方向一致，即

电流I\iUvW

从V、W端流到V、W端。此时的合成磁场如图(d)所示，合成磁场已从二0瞬

间所在位tU22

置顺时针方向旋转了3/2o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,/3,而V相绕组内的电流又超前

N相绕组内的电流2,/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，用表示「

nO

nf,600

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-lo

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--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6Cf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，/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（二2）时，其旋转速度仅为一对

磁极时的一半。依次类准，p

当有对磁极时，其转速为：p

60fn,Op

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n（同步速度）要小。因为如果两种速度

相等时，转子和0

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(n-n)与同步转速n的比值称为异与电动机的转差率，用表示S,

即00

nn,0S,n0

转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数

5.异步电动机的三和运行状态

根据转差率的大小和正负，异步电动几有三种运行状态。

n,n,0n(l)电动机运行状态所对应的转差率区间为：()。特点是n与0,s,111同

方向，且，电磁转矩是驱动性质的，将电能变为机械能。n,nl

,,n,n(2)发电机运行状态所对应的转差率区间为：()。特点是n,,,s,01

n,nn与同方向且，电磁转矩是制动性质的，将机械能变为电能。11

(3)电磁制动运行状态所对应的转差率区间为：(兀特点是l,s,,

nn与反方向；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1

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N

转矩。

(1)当电动机的启动转矩Tst大于负载阻力矩T时，电机旋转，并在电磁转矩

的作用L

下加速，此时电磁转矩随额定转矩n增加而逐渐增大(沿曲线DC段上升)，直

到最大转矩Tmo2

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时电机以某一转速匀速稳定旋转。L

(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,电动机转速很快下降直到停止，处于堵转状态。定子电流

加入可iA4,7倍，L

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花动的要求。

(5)过载能力电动机的最大电磁转矩Tm与转矩T之比称过载能力，一般为

1.9,2.2。N

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,轴上输出的机械功率为P,转子转

速为n222

P2T,95502n2

电动机载额定状态下运行

PNT,9550NnN

.为输出的额定转矩;.为输出的额定功率;.为输出的额定转矩.NNN

8、电磁转矩与电源电压的关系

电磁转矩与电动机定子绕组上所加电压U的平方成正比。

112U1>U2>U3

当电动机负载的阻力矩TL一定时，又有电压降低，电磁转矩T下降，将使电

机可能带不动原有负载，于是转速下降，电流加大。电压下降过低，以致最大转矩

也低于负载转矩时，电机停转。

三、三相异步电动机的铭牌

不三招异步电动机

型号般定频不

碇定功率款定效率

涵定电反现定功率因勤­

福定电流绝电等级

绕姒国总防护等级[

勤才转建转干电压

标港标号转〒电流[

产品增*林修屈僧

定燕里里

生产日期

、XXX电动厂

铭牌是电动机的主要标志元件，铭牌所载明的电动机简要数据是电机选择、使

用、维修的重要依据，其中主要有：

1.电动机的型号

11111111□□

卢骷代y觇特代y，人珠坏凌代俎

中心离度/L〈长）

\.加长/«*（M1用）

1—<X--$（烟》

1•，二•

碑极加划

产㈤代（Y）

｛，府点4弋号（字他》

此时中H

（1）小型异步电动机:Y-90L-2

Y:表示异步电动机；

90:表示中心高（90mm）（规格代号）

L:机座长度代号（L-长;M-中;S-短）

2:电动机极数为2极。

（2）大型异步电动机:Y-630-10/1180

Y：表示异步电动机；

630:功率630kw;10/1180:10极，定子铁心外径1180nlm。2.额定功率PN

额定功率为电动机在额定状态下运行时，转子轴上输出的机械功率kW。3.额

定电压U和接法N

额定电压指定子绕组按铭牌上规定的接法连接时应加的线电压值。Y系列电动

机功率在4kW以上均采用三角形连接，以便采用丫-?起动接法。3kW以下有

380V和220V两种，写成380/220V,对应接法两种，即Y/?。电源线电压380V

时，定子绕组

接成星形；电源线电压220V时，定子绕组接成三角形。

4.额定电流IN

额定电流指电动机在额定运行情况下，定子绕组取用的线电流值。5.额定转

速nN

额定转速为电动机在额定运行状态时的转速，单位为r/min。6、防护方式：

如IP44表示电动机外壳防护的方式为封闭式。

7、绝缘等级

绝缘等级是电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级。

绝缘等级YAEBFHC极限工作温度（?C）90105120130155180>180

电阻法607580100125温升/K

温度计556570851058、额定频率（fN）

电动机电源频率在符合电动机铭牌要求时的频率。

9、额定功率因数ccseN

当电动机在额定状态下运行时，定子相电压与相电流之间的电位差cos6N。

10、效率（n）

P出电动机输出功率P与输入功率P入的百分比，称为电动机的效率。电动

出，，，100研入机空载效率为0,负载增加效率随之增加，一般情况满载运行效率

最高。本课小结：

1.定子旋转磁场；

2.旋转磁场的旋转方向；

60f3.旋转磁场的极数与旋转速度：n,Op

4.工作原理；

nn,05.转差率:SS,n0

6.异步电动机的三和运行状态归纳如下表

nn和sn和状态能量变化T1

电磁转矩是电能变为机械能0,s,In与同方n电动机运1n,n,0驱动性质1

行状态n,n向，且1

电磁转矩是机械能变为电能，，，s,0n与同方n发电机运1制动性质，，n,nl行

状态向，且n,nl

电磁转矩是电能和机械能都变成与反方nl,s,,,n电磁制动1

制动性质热能0,n,,,运行状态向

7、异步电动机的功率及机械特性；

8、三相异步电动机的铭牌。

三相异步电机工作原理、铭牌和绕组检测（能力培养部分）

一、三相异步电动机的绕组检测

1.三相异步电动机绕组

绕组是三相异步电动机进行电磁能量转换的关键部件，也是电动机结构的核

心。三相异

步电动机的绕组是三相对称绕组，三相绕组可接成△或Y接法。

定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1VIW1,末端分

别标为12

V2W2

LiQL2QL3

2.绕组的检测

(1)绝缘电阻的测定

测量定子绕组相与相之间、相与地之间冷态(常温)绝缘电阻。对于额定电压

500V以下的电机，一般用500V兆欧表进行测量，额定电压500V,300V电机可用

1000V兆欧表进行测量。

测量方法:测绕组对地绝缘时，先将测试电机的三相绕组分别解开，然后将兆

欧表的接地端接到电动机的机壳上，线路

端接到需要测量的绕组的接线端上，电机其余绕组的接线端则与机壳相接c对

于额定电压500V以下的电机，测得其绝缘电阻不得低于0.5兆欧，对于新电机或

绕组已更新的电机不得低于5兆欧。

对于大型电机还可通过测量其绝缘电阻来判断电动机是否受潮，具体方法是：

用兆欧表测绝缘电阻R和R并算出吸收系数K,K应不小于1.31560R15K,

R60

(2)绕组的直流电阻一般在冷态下测量，可以用伏安法测量

工程实际中更多的是用电桥测量，如果绕组的直流电阻大于1欧，可用单臂电

桥;如果绕组的直流电阻小于1欧，则用双臂电桥，测得的各相绕组直流电阻之差

与平均值之比不得大于5机

RR,最大最小,100%,5%R,R,RABCRR,平均平均3

(3)定子绕组首尾的测定

?绕组串联法

先用万用表测出各相绕组的两个线端，将其中的任意两相绕组串联（如图），将

80,100V单相交流电压（不要超过额定值）接入串联两相绕组，然后测出第三相绕组

的电压，如果第三相绕组的电压有一定的读数，表示两绕组的末端与首端相连，如

读数近似为0,则为同名端

相连。用同样方法可测出第三相绕组的首尾。

?万用表法

将万用表置于毫安挡，如图接入一任意相绕组，将另外任意一相接入电池回路，如

电源接通瞬间，万用表指针摆向大于零一边，则电池正极和万用表负表笔所接的两

头为同名端，如指针反向摆动，则电池正极与万用表正表笔所接的两头为同名端。

同样方