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本课件为《电工技术》第6章电动机，先概述电机的分类与基本作用，重点讲解三相异步电动机的旋转磁场形成、工作原理与转差率、定子与转子结构、铭牌数据与机械特性，介绍直接起动、星三角降压起动、自耦降压起动与变频调速等方法，并介绍单相异步电动机、交流伺服电动机、步进电动机、三相同步电动机、直流电动机及电动机的选择原则。
本页为第6章目录页，列出本章各节标题：
6.1 电机概述
种类：
(2) 控制电机：
6.2 三相异步电动机的工作原理 一、旋转磁场
1. 旋转磁场的产生：三相（多相）绕组中流过三相（多相）电流。
图中给出 ωt = 0° 与 ωt = 90° 两个瞬间定子合成磁场的 N、S 极位置，可见合成磁场随电流变化而在空间旋转，形成一对磁极（p = 1）。
每相绕组都用两个线圈串联组成：U1U2U3U4、V1V2V3V4、W1W2W3W4，形成的磁场则是两对磁极，即 p = 2。
图中给出 ωt = 0° 与 ωt = 90° 时的磁极分布。
2. 旋转磁场的转速：旋转磁场转速 n0——同步转速。
磁极对数为 p 时：n0 = 60f1/p。
f = 50 Hz 时，不同磁极对数时的同步转速如下：
| p | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| n0 / (r/min) | 3 000 | 1 500 | 1 000 | 750 | 600 | 500 |
3. 旋转磁场的转向：旋转磁场的转向为 U1→V1→W1，与三相绕组中的三相电流的相序 L1→L2→L3 一致。
改变相序即可改变旋转磁场的转向，从而实现电动机反转。
二、工作原理 1. 电磁转矩的产生
用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向，用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向。
电磁力 F → 电磁转矩 T，T 与 n0 同方向。
电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：
转子频率 f2 = p(n0 − n)/60 = s f1（转差频率）。
3. 电磁转矩的大小：
三、转矩平衡
四、功率传递
电动机的效率：η = P2/P1 × 100%。
某三相异步电动机，磁极对数 p = 2，定子绕组为三角形联结，接于 50 Hz、380 V 的三相电源上工作，当负载转矩 TL = 91 N·m 时，测得 I1L = 30 A，P1 = 16 kW，n = 1 470 r/min，求该电动机带此负载运行时的 s、P2、η 和 λ。
同步转速 n0 = 60f1/2。
6.3 三相异步电动机的基本结构
图中给出电动机的外形。
一、定子：三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组组成。
图中标出基座、铁心、定子绕组与端盖的位置。
定子三相绕组的六个出线端 U1、U2、V1、V2、W1、W2 通过接线柱的连接，可接成星形联结或三角形联结。
二、转子：根据转子绕组结构的不同又分为笼型转子和绕线型转子。
图中给出笼型转子、绕线型转子的外形以及转子铁心与转轴。
6.4 三相异步电动机的铭牌数据
| 项目 | 数值 |
|---|---|
| 型号 | Y132S-6 |
| 功率 | 3 kW |
| 频率 | 50 Hz |
| 电压 | 380 V |
| 电流 | 7.2 A |
| 联结 | Y |
| 转速 | 960 r/min |
| 功率因数 | 0.76 |
| 绝缘等级 | B |
型号含义：Y 系列异步机，机座中心高度 132 mm，机座长度代号 S，2p = 6 → n0 = 1 000 r/min。
额定输入功率：P1N = √3 UNIN cosφN，额定功率 PN 为轴上输出的机械功率。
Y180M-2 型三相异步电动机，PN = 22 kW，UN = 380 V，三角形联结，IN = 42.2 A，λN = 0.89，fN = 50 Hz、nN = 2 940 r/min。求额定状态下运行时的：(1) 转差率；(2) 定子绕组的相电流；(3) 输入有功功率；(4) 效率。
6.5 三相异步电动机的机械特性
一、固有特性：图中给出转矩特性 T = f(s) 与机械特性 n = f(T) 曲线。
其中 n = (1 − s)n0，T = KT·sR2U12/f1[R22 + (sX2)2]。曲线上标出额定点 N、临界点 M 与起动点 S。
3. 起动状态：TS 体现了电动机直接起动的能力。若 TS > TL 电动机能起动，否则将起动不了。
某三相异步电动机，额定功率 PN = 45 kW，额定转速 nN = 2 970 r/min，KM = 2.2，KS = 2.0。若 TL = 200 N·m，试问能否带此负载：(1) 长期运行；(2) 短期运行；(3) 直接起动。
由于 TN < TL，故不能长期运行。
二、人为特性
6.6 三相异步电动机的起动
良好的起动性能：起动电流小、起动转矩大。
一、笼型异步电动机的起动
2. 减压起动：(1) 星形—三角形减压起动，适用于正常运行为 Δ 形联结的电动机。
图中给出起动时 Y 联结与运行时 Δ 联结的接线。
Y 形起动与 Δ 形起动时起动电流和起动转矩比较：
(2) 自耦变压器减压起动：降压比 KA = U/UN。
(3) 软起动器起动：图中给出限压起动模式与限流起动模式下电压 u 与电流 i 随时间的变化曲线，可实现平滑起动。
一台 Y250M-6 型三相笼型异步电动机，UN = 380 V，三角形联结，PN = 37 kW，nN = 985 r/min，IN = 72 A，KS = 1.8，KC = 6.5。已知电动机起动时的负载转矩 TL = 250 N·m，从电源取用的电流不得超过 360 A，试问能否直接起动、星形—三角形起动或自耦变压器起动。
二、绕线转子异步电动机的起动方法
起动时 f2 高、电阻大；运行时 f2 低、电阻小，可自动切除变阻器。
6.7 三相异步电动机的调速
调速：在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。
一、变频调速：由变频器供电。
二、变极调速：图中给出 (a) p = 2 与 (b) p = 1 两种定子绕组接法，通过改变绕组的连接方式改变磁极对数，实现有级调速。
五、串级调速：在转子电路中串入与 E2 频率相同、相位相同或相反的附加电动势 Ea。
一台绕线转子异步电动机，转子绕组每相的电阻 R2 = 0.022 Ω，漏电抗 X2 = 0.275 Ω，额定转速 nN = 1 440 r/min。
(1) 要使起动转矩等于最大转矩，在转子绕组的每相电路中应串联多大的起动电阻？(2) 在额定负载转矩情况下，在转子绕组的每相电路中应串联多大的调速电阻？
转子每相绕组的总电阻 R2S = 0.11 Ω，应串联的调速电阻 Rst = R2S − R2 = (0.11 − 0.022) Ω = 0.088 Ω。
6.8 单相异步电动机 一、脉振磁场
单相绕组通入单相交流电流产生脉振磁场，可分解为两个幅值相等、转向相反的旋转磁场 ΦF 与 ΦR。图中给出 t1 ~ t8 各瞬间的磁场变化。
二、工作原理：无起动转矩，有运行转矩。
图中给出 (a) 转子顺时针方向旋转与 (b) 转子逆时针方向旋转时的 T-s 曲线，转向由起动时的外力方向决定。
三、起动方法
6.9 交流伺服电动机
6.10 步进电动机
一、步进电动机的结构：图中给出定子三相绕组 U1U2、V1V2、W1W2 与转子四个齿的结构。
二、步进电动机的工作原理：每一拍转子转过的角度称步距角。
1. m 相单 m 拍：通电顺序 U → V → W → U，图中给出 (a) U 相通电、(b) V 相通电、(c) W 相通电时转子的位置。
后者的步距角为 m 相单 m 拍时的一半。
6.11 三相同步电动机
6.12 直流电动机 一、工作原理
在两电刷之间加入直流电压，则在绕组中产生电流，通电导体又受到力的作用，产生电磁力矩。由于换向器的作用，在 N（S）极下受力方向不变，使电枢旋转起来。
直流电动机分类：他励、并励、串励、复励电动机。
三、他励电动机
三、并励和串励电动机
四、复励电动机：复励电动机既可以具有串励电动机的某些优点，适用于负载转矩变化较大、需要机械特性比较软的设备中，又可以像并励电动机那样在空载和轻载下运行。
6.13 电动机的选择
第6章 电动机 结束。本章讲解了三相异步电动机的原理、结构、铭牌数据、机械特性、起动与调速，以及单相异步电动机、伺服电动机、步进电动机、同步电动机与直流电动机。
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