三相异步电动机的基本工作原理和结构
三相异步电动机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各个领域。它的基本工作原理和结构对于了解电动机的工作原理和性能具有重要意义。
一、基本工作原理
三相异步电动机的基本工作原理是利用电磁感应和电磁力相互作用的原理。它由定子和转子两部分组成。
1. 定子：定子由三个相位相隔120度的绕组组成，每个绕组被连接到一个相位的交流电源上。当交流电源通电时，定子的绕组中会产生交变电磁场。
2. 转子：转子由导体材料制成，通常是铜或铝。转子内部的导体形成了一组绕组，称为转子绕组。转子绕组与定子绕组之间存在磁场的相互作用。
当交流电源通电后，定子绕组中的交变电磁场会感应出转子绕组中的电流。由于定子绕组和转子绕组之间存在磁场的相互作用，转子绕组中的电流会产生电磁力，使转子开始旋转。由于定子绕组中的电流是交变的，所以转子会不断地受到电磁力的作用，从而保持旋转。
二、结构特点 三相异步电动机的结构特点主要包括定子、转子和机壳三部分。
1. 定子：定子通常由一组三相绕组和铁芯组成。绕组通过固定在定子槽中的方法固定在铁芯上。绕组的数量和连接方式与电机的功率和转速有关。
2. 转子：转子一般由铁芯和绕组组成。转子绕组通常是通过槽和导条的形式固定在铁芯上。转子绕组的数量和连接方式也与电机的功率和转速有关。
3. 机壳：机壳是电机的外壳，通常由铸铁或铝合金制成。机壳的作用是保护电机内部的部件，同时起到散热和隔离的作用。
三、工作特性
三相异步电动机具有一些特殊的工作特性。
1. 转速：三相异步电动机的转速与电源的频率和极数有关。当电源频率恒定时，电动机的转速与极数成反比。这意味着可以通过改变电源频率或改变电动机的极数来实现不同的转速要求。
2. 启动特性：三相异步电动机的启动通常需要较大的起动电流。为了降低启动时的电流冲击，通常采用起动装置，如星角启动器或自耦变压器。
3. 转矩特性：三相异步电动机的转矩与电动机的电流成正比，并且与电动机的功率因数有关。电动机的转矩可以通过改变电动机的电流或改变电动机的功率因数来调节。
表示三相异步电动机转速与转矩之间关系
的机械特性公式
1、转矩公式
根据电机学的推导，我们有三相异步电动机的转矩公式：
…………………………………………………………
……（式1） 其中，——常数，与电动机结构有关；
——定子每相输入电压有效值（即电源电压有效值）；
——转差率
——转子电阻
——启动时，即时的转子感抗（转子感抗与转子频率有关，
而转子频率随起动过程转差率的变化而变化）
2、机械特性曲线
根据（式1），在电源电压和转子电阻一定的情况下，转矩—转差率
关系曲线和电动机转速—转矩关系曲线如图。
图1 三相异步
电动机机械特性曲线上图就是三相异步电动机的机械特性曲线。
3、特征转矩
（1）额定转矩
经推导，电动机的输出转矩T为：
……………………………………………………
……（式2） 其中，——负载转矩（取决于外力）/；
——电动机轴上输出的机械功率/；
相应地，额定转矩为额定工作状态下电动机的输出转矩：
……………………………………………………………
…………（式3） 其中，——电动机铭牌上标示的额定功率，亦即额定输出机械功
率；
——额定转速。
（2）最大转矩 机械特性曲线中的即是最大转矩。当时，取到，
根据（式1）：
……………………………………………………………
…………（式4）
由机械特性曲线不难发现，当负载转矩超过最大转矩时，电动机就
带不动负载了，发生“闷车”现象，此时电动机电流增大六七倍，严重
过热后烧坏。因此，电动机过载应小于最大转矩，且时间尽量短。作
为电动机的又一重要参数，设电动机过载系数，对于三相异步
电动机而言，过载系数一般取为1.8~2.2。
（3）起动转矩 在机械特性曲线中，时的转矩为起动转矩，根据（式1），
有
……………………………………………………………
………（式5）
第４４卷第２期 ２０１１年 ２月 Ｖｏ１．４Ｊ４．Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１ｌ
异步电动机直接转矩控制系统低速性能的改善
韩春宝 ，时国平
（１．合肥工业大学，合肥２３００００；２．池州学院物理与机电工程系，池州２４７０００）
摘要：针对传统的异步电动机直接转矩控制方法存在的低速转矩脉动问题，将定子电阻观测器与转矩预测控制相 结合，构成改进的异步电动机直接转矩控制系统，搭建了改进异步电动机直接转矩控制系统的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型， 系统仿真结果表明：改进的异步电动机直接转矩控制系统能够有效降低系统低速运行时的转矩脉动，提高系统低速 运行的鲁棒性。 关键词：异步电动机；直接转矩控制；定子电阻观测；转矩预测控制；转矩脉动 中图分类号：ＴＭ３４３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—６８４８（２０１１）０２—００６１—０４
Ｉｍｐｒｏｖｅ Ｌｏｗ Ｓｐｅｅｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ Ｄｉｒｅｃｔ Ｔｏｒｑｕｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ
Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ
ＨＡＮ Ｃｈｕｎｂａｏ，ＳＨＩ Ｇｕｏｐｉｎｇ （１．Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ ２３００００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｚｈｏｕ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｉｚｈｏｕ ２４７０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｔｏｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｒｑｕｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ａｒｔｉｃｌｅ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｗ－ｓｐｅｅｄ ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏ１．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄ— ｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｌｔ ａｎｄ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｒｕｎｎｉｎｇ ａｔ ｌｏｗ ｓｐｅｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ；ｄｉｒｅｃｔ ｔｏｒｑｕｅ ｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔａｔｏｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｔｏｒｑｕｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ； ｔｏｒｑｕｅ ｒｉｐｐｌｅ
电子教案 及 教学设计
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2021/6/1 课程名称 电机与电气控制技术 教学项目名称 3.3三相异步电动机的运行及工作特性
授课专业与年级 电气自动化 课时安排 8
授课时间 授课地点 一体化教室
教学主要内容 教学目标 知识目标：
1. 掌握三相异步电动机的空载运行的特点及等效电路
2. 掌握三相异步电动机的负载运行的特点及等效电路
3. 掌握三相异步电动机的功率、转矩平衡方程式及工作特性
能力目标：
1. 三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验的方法
素质目标：促使学生养成自主的学习习惯；学会电动机实验方法和数据分析的方法
主要教学内容 1. 三相异步电动机的空载运行
2. 三相异步电动机的负载运行及等效电路
3. 三相异步电动机的功率、转矩平衡方程式及工作特性
4.实训：三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验
重点与难点 重点：
1. 三相异步电动负载运行及等效电路
2. 三相异步电动机的功率、转矩平衡方程式及工作特性
难点：
三相异步电动机的空载、短路（堵转）及负载试验的方法
教学环境选择与设计 学情分析 学习者基础：学生通过先导课程《电工基础》、《实用电工技术》的学习，对电路及电工操作有一定的认知，初步建立了电磁场理论的概念。
学习者特征：高职院校的学生对技能学习兴趣浓厚，但对知识吸收能力有限；乐于参与随堂实训，但需要加强自律性和约束；学习的主动性较差，学习过程中遇到问题解决问题的能力、积极性和持续性需要加强。除此之外，他们缺乏对问题深究的精神，技能的学习浅谈辄止，需要在训练中培养其工匠精神
教材及教辅材料 使用教材：《电机与电气控制技术》第2版。全国高等职业教育规划教材，田淑珍主编、机械工业出版社
信息化环境 1.电机拖动实训室、中级维修电工实训室。具备局域网、无线数据传输环境，教学资源实时更新，课堂难题随时解决；
2.学生、教师具有手机等移动终端，具备镜像投屏功能，教学资源、小组作业及时分享讨论
