第五章 电动机
5.1基本要求
1．掌握三相异步电动机的基本构造、转动原理和机械特性。 2．掌握三相异步电动机的起动、调速和制动的基本原理和方法。 3．理解三相异步电动机铭牌数据的意义。 4．了解直流电动机的基本构造和工作原理。 5.2基本内容
5.2.1．三相异步电动机的构造
三相异步电动机主要由定子和转子两部分构成。定子是静止部分，由铁芯和三相绕组组成，绕组的连接方式不同可以构成不同的极对数p。转子是转动部分，分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式转子自成一个闭合电路，绕线式转子则将接线端通过电刷引出电动机外。 5.2.2．三相异步电动机的旋转原理
定子三相绕组通过三相电流后产生旋转磁场，旋转磁场与转子的相对运动使转子切割磁场产生感应电动势和电流，而转子电流又与旋转磁场作用产生电磁转矩，从而推动转子转动。以下是几个重要概念：
1．旋转磁场的转速为n0?60f1，与电流频率f1和极对数p有关。 p2．旋转磁场的方向与三相电流的相序有关，改变相序可以改变旋转磁场的方向。 3．转子与旋转磁场的转速差n0?n是产生电磁转矩的必要条件，也是“异步”一词的由来。 4．当转差率s?n0?n?0时，电磁转矩消失，所以转子的转速恒小于旋转磁场的转速。 n05.2.3．三相异步电动机的特性
三相异步电动机的特性分为电磁转矩特性（T?s曲线）和机械特性（n?T曲线），特性曲线上有三个重要转矩，即：
1．额定转矩—电机可以长期运行的输出转矩 2．最大转矩—电机的可能达到的最大输出转矩 3．起动转矩—电机在起动时的输出转矩 5.2.4．三相异步电动机的起动、调速和制动 1．三相异步电动机的起动方式分为：
全压起动（直接起动）—适用于10kw以下电机 降压起动—可分为Y/Δ起动和自耦调压起动 串阻起动—用于绕线式电机 2．三相异步电动机的调速方式分为：
变频调速—可实现无级调速，但需要专用的变频电源
变极调速—无需专用设备，但只能实现分级调速，且每相定子绕组要分成几段 *变转差率调速—类似于串阻起动，用于绕线式电机 5.2.5．直流电机的构造和工作原理
1．与三相异步电机一样，直流电机也是由定子和转子两个基本部分组成的。直流电机的定子是磁极，用直流励磁或用永久磁铁制成；转子又称作电枢，是产生感应电动势的部分。此外，在直流电机的轴上还装有换向器，其作用是当线圈的有效边从N极（或S极）下转到S极（或N极）下时，改变其中的电流方向，使N极下有效边中的电流总是一个方向，而S极下有效边中
5-1
的电流总是另一个方向，使两个有效边上受到的电磁力方向不变，以产生同一方向的力矩。 2．并励式直流电机的机械特性是硬特性。当负载变化较大时，转速的变化很小。 3．直流电机具有良好的调速性能，可实现均匀平滑的调速。调速方法有三种：（a）改变磁通φ调速；（b）改变电枢电压U调速；（c）在电枢电路中串接电阻调速。
4．直流电机具有很大的起动转矩，且起动时电枢电流可达额定值的10~20倍，必须串接电阻限流。
5.2.6．基本公式 1．同步转速n0?60f1 （f1：电流频率；p：定子磁极对数） p2．转差率s?n0?n?100% n0P2NN?m（P2N：额定功率，单位KW；nN：额定转速，单位rmin） nN3．额定转矩TN?95504．过载系数??Tm（Tm：最大转矩；TN：额定转矩） TN5．效率??P1?100%（P2：输出功率；P1：输入功率） P25.3 重点和难点
1．三相异步电动机的转动原理：定子（三相对称绕组相间互差1200）通过三相对称电流（相序互差1200）后产生旋转磁场?旋转磁场切割转子导线时，在其中感应出电动势（其方向由右手定则决定）?转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩（电磁转矩由左手定则确定）?电磁转矩使转子转动。
2．电动机定子产生的旋转磁场的转速n0叫做同步转速，转子转速n叫做异步转速，（又称机械转速）。n0与n方向相同，大小不等，电机转子制造工艺确保n略小于n0，一旦n=n0，没有相对切割，转
子电流为0，失去转矩。
3．三相异步电动机的启动和调速 （1）启动
①启动瞬间n?0,s?1。
②启动的方法有直接启动和降压启动。
直接启动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到电源上，一般用于小容量电动机。 降压启动是启动时降低加在电动机定子绕组上的电压，适用于大容量电动机，通常采用Y??降压换接启动。Y??启动是对?形运转的电动机，启动时将定子绕组连成Y形，待电动机接近额定转速时，再将其换接成?形。
11IstY?Ist?,TstY?Tst?
33故只适合于启动轻载或空载起动时。
5-2
（2）调速
调速方案的依据是：n?(1?s)n0?(1?s)60f1。故有三种调速方案①变频（改变f1）调速；p②变极（改变p）调速；③变转差率（改变s）调速。
4.转矩与转子中电流并不成正比关系，比如启动时的转矩TS小于最大转矩TN，但此时转子的电流为最大值，因为此时转子与旋转磁场的相对运动达到最大限度。启动时转矩并非最大是因为此时的功率因数很小，随着转速的提高，功率因数也变大。 5.4 例题与习题解答 5.4.1 例题
例5-1已知一台三相异步电动机的p?3，s?5%，f1?50Hz，三相电源是对称的，且
iA?Imsin(?t?30?)，求：
（1）电机的同步转速n0；
（2）电机的额定转速n；
（3）电流交变一周旋转磁场转过的角度；
（4）当?t?30?及?t?90?时三相定子绕组的电流方向（从绕组首端流进为正）。
60f160?50解：（1）n0???1000(r/min)
p3 （2）由转差率公式s?n0?n得： n0 n?(1?s)n0?(1?0.05)?1000?950(r/min)
（3）因n0?1000r/min，所以旋转磁场每分钟转过的角度是 2??1000?2000?
电流交变一次旋转磁场转过的角度是
2000?2?? 60?503 （4）因三相电源是对称的，所以 iA?Imsin(?t?30?) iB?Imsin(?t?150?) iC?Imsin(?t?270?) 当?t?30?时，iA?0，iB??33Im（流出）Im（流进） ，iC?22 当?t?90?时，iA?33Im（流进）Im（流出），iB??，iC?0 22例5-2一台四极三相异步电动机的额定功率为30Kw，额定电压为380V，三角形接法，电源频率为
50Hz，在额定负载下运行时，其转差率为0.02，效率为90%，线电流为57.5A，试求：（1）转子旋转磁场相对于转子的转速；（2）额定转矩；（3）电动机的功率因数
5-3
解：（1）因p?2，f1?50Hz 所以n0? 由s?60f160?50??1500(r/min) P2n0?n可得旋转磁场对转子的转速为 n0 n0?n?sn0?0.02?1500?30(r/min) （2）额定功率nN?n0?sn0?1500?30?1470(r/min) 故额定转矩为 TN?9550P230?9550??194.9(N?m) nN1470P2TN的单位是N?m）中，P2的单位是kW，nN的单位是r/m，
nN（注意：在公式TN?9550 （3）因P2?3?ULILcos?
P230?103??0.88 故cos??3?ULIL3?0.9?380?57.5例5-3一台三相异步电动机的技术数据如下：5kW，380V，△形接法，1440r/min，cos??0.82，（1）额定转差率；（2）额定电流；（3）起动电流；??84.5%，IsIN?7.0，TmTN?2.2，求：（4）额定转矩；（5）起动转矩；（6）最大转矩。 解：（1）因nN?1400r/min可知n0?1500r/min 故sN?n0?nN1500?1440??0.04 n01500 （2）因P?UINcos? 2??P1?3P25?103??11(A) 故IN?3?Ucos?3?0.845?380?0.82 （3）因IsIN?7.0 故Is?7IN?77(A) （4）TN?9550P25?9550??33.2(N?m) nN14405-4
（5）因TsTN?1.8
故Ts?1.8TN?59.8(N?m) （6）因TmTN?2.2
故Tm?2.2TN?73(N?m)
例5-4某一三相异步电动机的额定电压UN?380V，?形连接，额定功率P2N?40kW，额定转速
nN?1470rmin，TstTN?1.2。试求：
（1）启动转速Tst；
（2）如果负载转矩为额定转矩的70%或20%，能否采用Y??换接启动？
分析：Y??换接启动，启动电流可减少到直接启动的1/3，但启动转矩也相应的被减少到直接启动时的1/3。当启动转矩小于负载转矩时，不宜采用Y??换接启动。 解
（1）电动机的额定转矩为
TN?9550P2N40?9550??259.86(N?m) nN1470则启动转矩为
Tst??1.2TN?311.84(N?m)
（2）采用Y??换接启动时的启动转矩为
11TstY?Tst???311.84?103.95(N?m)
33在70%额定转矩时，
TstY103.95??1，所以不能起动。
70%TN0.7?259.86在20%额定转矩时，
TstY103.95??1，所以可以启动。
20%TN0.2?259.86例5-5 Y250M-2型三相异步电动机，已知PN?55kW，nN?2970rmin，TN?176.9N?m，
UN?380V，IN?102.7A，IstIN?7.0，TSTTN?2.0。
（1）试求该电动机的启动电流IST和启动转矩TST（即IST?和TST?）。
（2）该电动机可以采用Y??换接降压启动法，试求启动电流ISTY和启动转矩TSTY。
（3）如果该电动机的负载转矩为额定转矩的60%时，采用Y??换接降压启动时，该电动机能否启
5-5
电工学少学时第三版 张南主编 课后练习答案 第五章 电动机修改
