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BY YUSHEN
第六章　电动机
　电工电子技术及应用
【思维结构图引】
【考纲多维解读】
考纲要求 命题趋势 考向分析
一、三相异步电动机
1.三相异步电动机各部分结构和特点
2.三相异步电动机的工作原理
3.三相异步电动机的运行特性
二、三相异步电动机的控制方法
1.三相异步电动机的起动方法
2.三相异步电动机的变极调速和变频 调速
三、单相异步电动机
1.单相异步电动机的起动
2.单相异步电动机的反转与调速
四、直流电动机
1.直流电动机的用途、分类和结构
2.直流电动机工作特性及应用 1.三相异步电动机 的构造
2.三相异步电动机 的工作原理
3.铭牌数据的意义 【考查内容】
三相异步电动机的 铭牌
【考查题型】
填空题、选择题
【分值比例】
一般为0～4分
【考点知识梳理】
一、三相异步电动机各部分结构和特点（识记）
1.三相异步电动机的结构
如图3-6-1所示为具有笼型转子的三相交流异步电动机的结构图。
图 3-6-1
2.定子及特点
由机座、铁心和绕在铁心上的三相绕组构成。定子铁心由表面涂有绝缘漆的 硅钢片叠压而成，其内圆周均匀分布一定数量的槽孔，用以嵌置三相定子绕组； 定子绕组的每相绕组分布在几个槽内，整个绕组和铁心固定在机座上。
3.转子及特点
由转轴、转子铁心和转子绕组组成。转子铁心是由厚的硅钢片叠压而成的圆 柱体，其外圆周冲有槽孔，以便嵌置转子绕组；转子绕组根据构造分成笼型转子 和绕线型转子。
二、三相异步电动机的工作原理（理解）
1.三相异步电动机旋转磁场的产生
三相异步电动机的三相定子绕组接成Y形，对称地嵌放在定子铁心的槽中。 三相绕组接到三相对称交流电源后，产生三相对称交流电流，它们将产生各自的 交变磁场，三个交变磁场合成一个两极旋转磁场，如图3-6-2所示。各绕组中电 流为正时，电流参考方向为从首端U1、V1、W1流入，从末端U2、V2、W2流 出；各绕组中电流为负时，则为从末端流入，从首端流出。
图 3-6-2
空间上排列互差120°的三相对称绕组通入三相对称交流电后产生一对磁极 的旋转磁场，电流变化一个周期，该旋转磁场在空间旋转一周，即2π弧度，如图 3-6-3所示。
图 3-6-3
2.三相异步电动机的工作原理
（1）定子绕组通过三相对称交流电，产生旋转磁场（逆时针）。开始转子 不动，转子导体切割磁感线产生感应电动势。转子绕组通过短路环闭合，转子导 体中产生感应电流，转子电流在磁场中产生电磁力，转子导体在电磁力作用下将 产生一个电磁转矩（逆时针），使转子沿着旋转磁场的方向转动起来。过程如图 3-6-4所示。
图 3-6-4
（2）三相异步电动机的命名。三相异步电动机工作时，转子的转速n不能等 于旋转磁场的转速n1，因此得名“异步”。转子导体中的电动势、电流是从定子 电路中感应而来，所以又称感应电动机。
3.转差与转差率
（1）转差：异步电动机工作时，转子与旋转磁场之间有一个转速差，简称 转差。它反映了转子导体切割磁感线的快慢程度。
三、三相异步电动机的运行特性（识记）
1.三相异步电动机的转矩特性曲线
在外加电压和电源频率不变的情况下，电磁转矩Te与转差率s之间的关系曲 线。如图3-6-5（a）所示。三相异步电动机的转矩特性曲线具有以下特点：
（1）临界转差率sm是指最大转矩Tm对应的转差率，大小与转子电路的电阻 有关，与外加电压无关。
（2）电磁转矩的大小与电源电压的平方成正比。
（3）适当增大转子电路电阻的大小，可以提高起动
转矩，减小转子电流，对绕线转子异步电动机的起动有利。
（a）
图 3-6-5
（4）TN为电动机带额定负载时对应的电磁转矩，sN为对应的额定转差率。
（5）起动转矩：s＝1时的转矩Tst，为起动时对应的电磁转矩。
（a） （b）
图 3-6-5
2.三相异步电动机的机械特性曲线
三相异步电动机的机械特性：定子电压和频率为常数时，转速n与电磁转矩 Te之间的关系。如图3-6-5（b）所示。三相异步电动机的机械特性曲线具有以下 特点：
（1）非稳定运行区：曲线上的CD段。
（2）稳定运行区：曲线中的AC段。
一般三相异步电动机的过载能力为1.8～2.5。
（b）
图 3-6-5
一、三相异步电动机的起动方法（识记）
1.三相异步电动机的起动
电动机接入电网后，从开始转动到正常运行的过程称为起动。三相异步电动 机起动瞬间的电流一般可达额定值的5～7倍。起动电流过大，会使电网电压产生 波动，影响其他电器正常工作，而电动机本身的起动转矩并不大。因此，为了减 小起动电流，产生合适的起动转矩，应采用适当的起动方法。
2.笼型异步电动机的起动
（1）笼型异步电动机的直接起动：直接起动（全压起动）是将异步电动机 的定子绕组接到额定电压的电网上使电动机直接起动。优点：操作和起动设备简 单。缺点：起动电流大。
直接起动只适用于小容量（7.5 kW以下）笼型异步电动机的起动。
（2）笼型异步电动机的降压起动：降压起动是电动机在起动时降低加在定 子绕组上的电压，待转速上升后恢复额定电压运行。
（a）Y-△降压起动。将定子绕组△联结的电动机在起动时改接成Y联结， 起动结束后恢复△联结，接线原理如图3-6-6（a）所示。定子绕组由△联结改为 Y联结后，起动转矩和电流都降低到原来的1/3。此方法只适于空载或轻载起动的 场合。优点：设备简单、成本低。缺点：只能用于正常工作时定子绕组△联结的 电动机。
（a） （b）
图 3-6-6
（b）自耦变压器降压起动。利用自耦变压器降低加在定子绕组上的电压， 其原理如图3-6-6（b）所示。实际的自耦变压器备有抽头，可以选择不同的起动 电压，以满足生产机械对起动转矩的要求。缺点：起动设备体积大，价格贵。应 用场合：广泛应用于大、中容量三相异步电动机空载或轻载起动的场合。
（a） （b）
图 3-6-6
3.绕线转子异步电动机的起动
绕线转子异步电动机可以采用转子电路串电阻或频敏变阻器的起动方法。适 当增大转子电路的电阻，可以减小起动电流，提高转子功率因数，增大起动转 矩。适用于重载起动，如起重机械。缺点：起动设备较多，电能浪费多。
二、三相异步电动机的变极调速和变频调速（识记）
1.调速定义及方法
（1）调速定义：负载不变时，人为来改变电动机的转速，以满足不同生产 机械的要求。
（2）调速方法：改变极对数、改变电源频率和改变转差率。
2.三种调速方法介绍
（1）变极调速：通过改变定子旋转磁场的极对数来改变电动机转速。改变 定子绕组的接法即可改变极对数。优点：设备简单、操作方便、效率高。缺点： 转速只能成倍变化，是有级调速。为了保持转向不变，变极的同时，必须调换任 意两根电源线。
（2）变频调速：改变电源频率就可以平滑地调节电动机的转速，是无级调 速。电源频率与电动机的转速成正比。优点：调速范围大、平滑性好、效率高 等，适应不同负载的要求。缺点：调速系统复杂、成本高。
（3）变转差率调速：改变三相异步电动机外加电源电压或者改变转子 回路电阻，都可以改变电动机的转差率。常用的有转子串电阻调速方法和 降压调速方法。
一、单相异步电动机的起动（识记）
1.单相异步电动机脉动磁场
（1）脉动磁场：单相异步电动机的工作绕组中通入单相交流电后，产生一 个在空间位置不变、大小和方向随交流电流而变化的磁场。
（2）脉动磁场不旋转，不产生起动力矩，电动机不能自行起动。
2.单相异步电动机的起动
常用方法：在电动机中增加一相起动绕组，且与工作绕组对称（匝数相等、 空间互差90°），通入相位差90°的两相交流电时，则可产生旋转磁场，如图3- 6-7所示。转子自行起动，电动机一旦转动，切除起动绕组后仍可以继续运行。
图 3-6-7
二、单相异步电动机的反转与调速（识记）
1.单相异步电动机的反转
（1）反转的实质：旋转磁场反转，即把工作绕组或起动绕组中的一组首端 和末端与电源的接线对调。
（2）电容运行单相异步电动机的正反转，是通过改变电容器的接法来改变 的，如洗衣机中的电动机。
（3）外部接线无法改变罩极式异步电动机的转向，一般用于不需改变转向 的场合。
2.单相异步电动机的调速
（1）串电抗器调速：将电抗器与电动机定子绕组串联，利用电抗器上产生 的电压降，使加到电动机定子绕组上的电压下降，从而将电动机转速由额定转速 往下调。
（2）电动机绕组内部抽头调速：电动机定子铁心嵌放工作绕组、起动绕组 和中间绕组，通过开关改变它们的接法，改变内部气隙磁场的大小，输出转矩改 变，在一定的负载转矩下，转速变化。这种调速方法不需电抗器，材料省、耗电 少，但绕组嵌线和接线复杂，电动机和调速开关接线较多，且是有级调速。
（3）晶闸管调速：改变晶闸管的导通角，改变交流电压，调节电动机的转 速。无级调速，节能效果好，但会产生一些电磁干扰。
（4）变频调速：适合各种类型的负载，已在家用电器上应用，如变频空调 器等。
一、直流电动机的用途、分类和结构（识记）
1.直流电动机的用途
直流电动机应用在对起动和调速性能要求较高的场合。优点：起动性能和调 速性能好、过载能力强。缺点：结构复杂、成本高、工作可靠性差。
2.直流电动机的分类
按励磁方式分为：他励直流电动机、并励直流电动机、串励直流电动机和复 励直流电动机。如图3-6-8所示。
（a）他励 （b）并励 （c）串励 （d）复励
图 3-6-8
3.直流电动机的结构
由定子和转子（电枢）两大部分组成。
二、直流电动机工作特性及应用（识记）
四种励磁的直流电动机的机械特性曲线分别如图3-6-9所示。
图 3-6-9
1.他励和并励直流电动机具有硬的机械特性。当负载增大时转速略有下 降，但变化不大。
2.串励电动机具有软的机械特性。当负载增大时转速大幅下降。但当负载 很轻或接近空载时，转速将很高。
3.复励电动机具有的机械特性曲线介于以上两种电动机机械特性曲线之 间，适用于起动转矩较大，转速变化不大的负载。
【考法能力拓展】
　　 　已知某三相异步电动机的铭牌如图所示，若功率因数为0.9，试求：
（1）磁极对数；
（2）额定转差率；

（3）效率。
【答题分析】本例题分析的是三相异步电动机铭 牌数据的意义，题目中的“功率”是三相异步电动机 的输出机械功率，而不是定子上产生的电磁功率，这 是需要注意的第一点。其次，转速为1 440 r/min，是指 转子的转速，旋转磁场的转速应为1 500 r/min，这是题 目所隐含的已知条件，这是需要注意的第二点。
　　 　（2022年真题）改变三相交流异步电动机的转向，实质上是改变 　　　　转向。 （　　）
A.定子 B.气隙 C.旋转磁场 D.上述都不对
【参考答案】C
【答题分析】三相异步电动机的转动方向和旋转磁场的方向相同，是由对称的三相交流电的相序决定 的。因此，只要把三根电源线中任意两根对调，就使电动机的旋转方向和原来相反。
　　 　电容分相单相异步电动机的定子绕组由 　　　　构成。（　　）
A.工作绕组和起动绕组 B.工作绕组
C.起动绕组 D.笼型绕组
【参考答案】A
【答题分析】本题考察的知识点是电容分相单相异步电动机的结构。单相异步电动机工作绕组中通入 单相交流电后，产生一个在空间位置不变、大小和方向随交流电流而变化的脉动磁场，不产生起动力矩， 电动机不能自行起动。因此，在电动机中增加一相起动绕组，且与工作绕组对称（匝数相等、空间互差 90°），通入相位差90°的两相交流电时，则可产生旋转磁场。
　　 　（2022年真题）直流电动机工作在稳定运行状态时，电磁转矩的大小由 　　决 定。 （　　）
A.电压的大小 B.电枢电阻的大小
C.负载转矩和空载转矩的大小 D.磁场的大小
【参考答案】C
【答题分析】直流电动机工作在稳定运行状态时，电磁转矩的大小由负载转矩和空载转矩的大小决 定。当负载转矩大于空载转矩时，电机就会起动；当负载转矩小于空载转矩时，电机就会停止转动。

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