电工学1 第5章 电动机

一、电动机概述
电动机是将电能转换为机械能的电气设备，是现代生产生活中应用最广泛的动力装置之一。按所用电流种类不同，电动机可分为直流电动机和交流电动机两大类；交流电动机又分为同步电动机和异步（感应）电动机。其中三相异步电动机结构简单、运行可靠、价格低廉、维护方便，是工农业生产中最主要的动力设备，也是本章讨论的重点。

二、三相异步电动机的结构
三相异步电动机由定子和转子两大部分组成，定子与转子之间留有气隙。

1. 定子：由定子铁心、定子绕组和机座组成。定子铁心由硅钢片叠压而成，内圆冲有槽，用于嵌放三相对称绕组；机座起固定和支撑作用。
2. 转子：按结构分为笼型和绕线型。笼型转子在转子铁心槽内嵌放裸导体，两端用端环短接，结构简单、坚固耐用；绕线型转子绕组与定子绕组相似，通过滑环和电刷与外电路连接，可改善起动和调速性能。

三、三相异步电动机的工作原理
当定子三相对称绕组通入三相对称电流时，在气隙中产生旋转磁场，其同步转速为 n1 = 60f1/p，其中 f1 为电源频率，p 为磁极对数。旋转磁场切割转子导体，在转子中感应电动势和电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子沿磁场旋转方向转动。转子转速 n 始终低于同步转速 n1，二者存在转差，故称为异步电动机。转差率 s = (n1 - n)/(n1)，是分析异步电动机运行性能的重要参数。

四、三相异步电动机的电磁转矩与机械特性
电磁转矩 T 与电源电压的平方成正比，与转差率有关。机械特性 n = f(T) 分为起动点、最大转矩点和额定运行点。最大转矩反映电动机的过载能力，起动转矩决定电动机能否带载起动。电源电压下降时，转矩显著减小。

五、三相异步电动机的起动、调速与制动

1. 起动：笼型电动机常用直接起动和降压起动（星-三角换接、自耦变压器降压等）；绕线型电动机可采用转子串电阻起动，以增大起动转矩、减小起动电流。
2. 调速：常用方法有改变磁极对数、改变电源频率（变频调速）和改变转差率（转子串电阻等）。变频调速性能优良，应用日益广泛。
3. 制动：包括机械制动和电气制动，电气制动有反接制动、能耗制动等。

六、电动机的铭牌数据与选用
铭牌上标有额定功率、额定电压、额定电流、额定转速、额定频率、接法、绝缘等级和温升等。选用电动机时应根据负载性质、功率、转速和环境条件合理选择，并注意起动方式与保护措施（短路、过载、失压保护）。

七、小结
本章以三相异步电动机为主线，介绍了电动机的结构、旋转磁场与工作原理、转矩与机械特性、起动调速制动方法及铭牌数据。掌握旋转磁场概念和转差率是理解异步电动机运行的关键，变频调速等新技术则体现了电动机控制的发展方向。