铁道机车专业教学资源库
武汉铁路职业技术学院主讲：李星泽
《高速动车组技术》课程
武汉铁路职业技术学院李星泽
交流电动机概述
目录
CONTENTS
03
三相异步电动机的机械特性
04
三相异步电动机的调速控制
三相异步电机优点
同直流电机相比，三相异步电机有着显著的优越性能和经济指标，其持续功率大而体积小、重量轻。具体地说有以下优点：
（1）功率大、体积小、重量轻。由于没有换向器和电刷装置，可以充分利用空间，同时在高速范围内因不受换向器电机中电抗电势及片间电压等换向条件的限制，可输出较大的功率，再生制动时也能输出较大的电功率，这对于发展高速运输是十分重要的；
（2）结构简单、牢固，维修工作量少。三相交流牵引电机没有换向器和电刷装置，无需检查换向器和更换电刷，电机的故障大大降低。特别是鼠笼形异步电机，转子无绝缘，除去轴承的润滑外，几乎不需要经常进行维护；
三相异步电机优点
（3）良好的牵引特性。由于其机械特性较硬，有自然防空转的性能，使黏着利用率提高。另外，三相交流异步电机对瞬时过电压和过电流不敏感（不存在换向器的环火问题），它在起动时能在更长的时间内发出更大的启动转矩。合理设计三相交流牵引电机的调频、调压特性，可以实现大范围的平滑调速，充分满足动车组运行需要；
（4）功率因数高，谐波干扰小。其电源侧可采用四象限变流器，可以在较广范围内保持动车组电网侧的功率因数接近于1，电流波形接近于正弦波，在再生制动时也是如此，从而减小电网的谐波电流，这对改善电网的供电条件、减小通信信号干扰、改善电网电能质量和延长牵引变电站之间的距离十分有利。
因此，CRH系列动车组基本采用三相异步电动机作为牵引动力。
三相异步感应电机的组成及原理
1、三相异步感应电机组成
三相异步感应电机主要由两部分组成。固定部分称为定子，旋转部分称为转子。在定子和转子之间有很小的间隙，称为气隙。此外，在定子两端还有端盖，在转子轴上套有轴承。
（1）三相异步感应电机的定子
三相异步感应电机的定子由定子铁芯、定子绕组和机座三部分构成。
定子铁芯的作用是作为电机中磁路的部分和放置定子绕组。为了减少旋转磁场在铁芯中引起的损耗，铁芯一般采用导磁性良好的电工硅钢片叠成。为了嵌放定子绕组，在定子铁芯内圆冲出许多形状相同的槽。
定于绕组是电机的电路部分，其主要作用是感应电动势，通过电流以实现机电能量转换。定子绕组的槽内布置分为单层和双层两种。定子绕组由高强度绝缘材料包圆铜线（或铝线）绕成，经过槽口分散潜入槽内，与铁芯之间必须可靠绝缘。
三相异步感应电机的组成及原理
（2）三相异步感应电机的转子
三相异步感应电机的转子由转子铁芯、转子绕组和转轴等组成。
转子铁芯也是作为电机中磁路的一部分，由硅钢片叠成。
转子绕组的作用是感应电动势、流过电流和产生电磁转矩，其结构形式有笼型和绕线型两种。
三相异步感应电机的组成及原理
（3）三相异步感应电机的气隙
三相异步感应电机的定子与转子之间必须有一气隙。感应电机的特点在于它的气隙很小，在中、小型感应电机中，气隙一般为0.2～1.5mm。
气隙大小对感应电机的性能有很大影响。为了降低电机的空载电流和提高电机的功率因数，气隙应尽可能的小。如果把感应电机看作变压器，显然，气隐越小则定子和转子之间的相互感应作用就越好。但是气隙过小，将使装配困难和运行不可靠，因此允许采用的最小气隙是手加工可能性及机械安全考虑所能达到的最小值所限制。另一方面，若从磁场脉振所引起的附加损耗与因高次谐波磁场所引起的漏磁来看，气隙稍大点也有其有利的一面。
三相异步感应电机的组成及原理
2、三相异步感应电机的原理
三相异步感应电机的特点在于转子的转速n与定子产生的旋转磁场的转速不同，转子转速n与同步转速n1的差额（n1－n）对同步转速n1的比值称为转差率，以s表示。转差率s是感应电机运行时的一个重要物理量。根据s的正负和大小可以判断感应电机运行于电动机、发电机以及电磁制动中的哪一个状态。
（1）电动机状态
转向与旋转磁场的转向相同而转速n小于同步转速n1时，感应电机作为电动机运行。此时有旋转磁场感应与定子和转子导体中的电动势方向可由磁通和导体之间的相对运动用右手定则确定。
三相异步感应电机的组成及原理
2、三相异步感应电机的原理
（2）发动机状态
如果用原动机将感应电机的转子加速，则转子的转速n可高于同步转速n1，此时转子的转向与定子旋转磁场的转向相同，n大于n1，故转差率s变成负的，磁场切割转子导体的方向与电动机状态时相反。
（3）电磁制动状态
如果由于外力产生的转矩把感应电机的转子拖向反着旋转磁场的方向转动，则旋转磁场将以高于同步转速的速度切割转子导体，而切割的方向则和电动机状态相同。因此，这时各种电动势、电流、电磁力和电磁转矩的方向都和电动机状态时一样