异步电动机期末复习习题.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气设备及系统（一）,*,异步电动机习题,类别、结构和基本概念,工作原理,功率与电磁转矩,运行与机械特性,5/25/2026,1,电气设备及系统（一）,类别、结构和基本概念,三相感应电机转速为,n,，定子旋转磁场的转速为,n,1,，当,n,n,1,时为,运行状态；当,n,n,1,时为,运行状态；当,n,与,n,1,反向时为,运行状态。,一台三相八极感应电动机接在电网中，空载运行时转速为,735,转,/,分，此时转差率为,，转子电势的频率为,。当转差率为,0.04,时，转子的转速为,，转子的电势频率为,。,国产额定转速为,1450r/min,的三相感应电动机为（）极电机。,A 2,；,B 4,；,C 6,；,D 8,。,5/25/2026,2,电气设备及系统（一）,工作原理,笼型三相感应电动机的额定转速下降,10%,，该电机转子电流产生的旋转磁动势相对于定子的转速（）。,A,上升,10%,；,B,下降,10%,；,C,上升,1/,（,1+10%,）；,D,不变。,三相异步电动机气隙增大，其他条件不变，则空载电流（）。,A,增大；,B,减小；,C,不变；,D,不能确定。,铁心饱和程度增加，则感应电机的激磁电抗,。,在机械和工艺容许的条件下，感应电机的气隙越小越好。,三相感应电动机的功率因数总是滞后的。,5/25/2026,3,电气设备及系统（一）,异步电动机运行时，定子电动势的频率是多少？转子电动势的频率为多少？定子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？,答：,定子电动势频率为,f,1,；,转子电动势频率为,f,2,=,sf,1,；,定子电流产生的定子旋转磁动势,以,n,1,的速度截切定子,，又,以,n,1,-,n,的速度截切转子,。,转子电流产生的转子旋转磁动势,以,n,2,=,sn,1,的速度截切转子,，,以,n,2,+,n,=,n,1,的速度截切定子,，,它与定子旋转磁动势的相对速度为（,n,2,+,n,）,-,n,1,=0,。,5/25/2026,4,电气设备及系统（一）,一台三相异步电动机，其额定转速为,1470r/min,，电源频率为,50Hz,。在,a.,起动瞬间，,b.,转子转速为同步转速的,2/3,时，,c.,转差率为,0.02,时三种情况下，试求：,（,1,）定子旋转磁场对定子的转速,n,1-1,；,（,2,）定子旋转磁场对转子的转速,n,1-2,；,（,3,）转子旋转磁场对转子的转速,n,2-2,；,（,4,）转子旋转磁场对定子的转速,n,2-1,；,（,5,）转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。,5/25/2026,5,电气设备及系统（一）,定、转子磁动势之间的速度关系,n,1,n,n,2,n,2,=n,1,n=sn,1,不论转子转速,n,等于多大，转子旋转磁场和定子旋转磁场总,是以同一转速在空间旋转着。,两者的相对转速为零。,定、转子磁势在空间相对静止,是一切电机能正常运行的,必要条件,。,5/25/2026,6,电气设备及系统（一）,在绕线式异步电动机中，如果将定子三相绕组短接，并且通过滑环向转子三相绕组通入三相电流。转子旋转磁场若为顺时针方向，这时电动机能转吗？转向如何？,答：电动机以逆时针方向旋转，原理如图所示：,5/25/2026,7,电气设备及系统（一）,N,S,转子三相绕组通入三相正弦交流电流产生旋转磁场，转速为,n,1,、转向为顺时针方向，并假定图示瞬间，转子磁场极性,N,、,S,如图所示（上面为,N,极，下面为,S,极，产生此极性的转子电,流，右面三个导体为 ，左面三个导体为）。,5/25/2026,8,电气设备及系统（一）,转子磁场旋转结果，在定子绕组中感应三相电动势,方向如图所示（用“右手定则”），由于定子三相绕组短接，便有三相电流流过，该电流的有功分量（与电动势同相）与转子磁场相互作用，定子导体便受到图示方向力的作用（由“左手定则”判断），形成顺时针方向的转矩，它企图使定子沿顺时针方向旋转。但由于定子静止不动，它必对转子产生一个大小相等的反作用力，对转轴形成一个逆时针方向的转矩，使转子沿逆时针方向旋转。,N,S,5/25/2026,9,电气设备及系统（一）,功率与电磁转矩,感应电动机的功率图,5/25/2026,10,电气设备及系统（一）,输入功率,定子铜损,定子铁损,电磁功率,转子铜损,机械功率,输出功率,5/25/2026,11,电气设备及系统（一）,5/25/2026,12,电气设备及系统（一）,如果有一台三相感应电动机运行在转差率为,s,=0.25,，此时通过气隙传递的功率有（）。,A 25%,的转子铜耗；,B 75%,是转子铜耗；,C 75%,是输出功率；,D 25%,是总机械功率。,三相感应电动机电磁转矩的大小和（）成正比,A,电磁功率；,B,输出功率；,C,输入功率；,D,总机械功率。,三相异步电动机的额定功率是指额定运行时的,功率。,如果感应电动机运行时转差率为,s,，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是,。,5/25/2026,13,电气设备及系统（一）,一台,6,极异步电动机，,P,N,=28,kW,，,U,N,=380,V,，,f,1,=50Hz,，,n,N,=950,转,/,分。,额定负载时，,p,cu,1,+,p,Fe,=2.2,kW,，,p,mec,=1.1,kW,。,计算额定负载时的,s,N,、,p,cu,2,、,N,、,I,1,和,f,2,。,5/25/2026,14,电气设备及系统（一）,解：,磁极对数：,同步转速：,额定转差率：,5/25/2026,15,电气设备及系统（一）,总机械功率：,转子铜损：,输入功率：,5/25/2026,16,电气设备及系统（一）,效率：,定子电流：,转子电动势频率：,5/25/2026,17,电气设备及系统（一）,解,:,（,1,）,例：一台,Y225M-4,型的三相异步电动机，定子绕组,结，额定数据为：,P,2N,=45kW,，,n,N,=1480r/min,，,U,N,=380V,，,N,=92.3%,，,cos,N,=0.88,，,I,st,/,I,N,=7.0,T,st,/,T,N,=1.9,，,T,max,/,T,N,=2.2,，求：,（,1,）额定电流,I,N,?,（,2,）额定转差率,s,N,?,（,3,）额定转矩,T,N,、最大转矩,T,max,、和起动转矩,T,N,。,5/25/2026,18,电气设备及系统（一）,（,2,）,由,n,N,=1480,r/min,，,可知,p,=2,（四极电动机）,（,3,）,5/25/2026,19,电气设备及系统（一）,上例中,，,如果负载转矩为,510.2Nm,问在,U,=,U,N,和,U,=0.9,U,N,两种情况下电动机能否起动？,解：,U,=,U,N,时，,T,st,=551.8Nm 510.2Nm,，,能起动,在,U,=0.9,U,N,时，,不能起动,5/25/2026,20,电气设备及系统（一）,T-s,曲线,电压下降时,漏抗增大时,转子电阻增大时,5/25/2026,21,电气设备及系统（一）,异步电动机带额定负载运行，且负载转矩不变，若电源电压下降过多时，对电动机的,T,max,、,T,st,、,1,、,I,1,、,I,2,、,s,及,有何影响？,5/25/2026,22,电气设备及系统（一）,答：因为 ，而,s,m,与,U,1,无关，因而电源电压下降后其,T,em,-s,曲线如图所示。,5/25/2026,23,电气设备及系统（一）,正常工作时，稳定运行于,a,点，其对应转差率为,s,a,。,当电压下降过多，则电磁转矩下降更多，当,T,m,T,L,，则稳定运行于,b,点（不停转），但此时：,T,max,减小、,T,st,减小、,0,减小、,s,增大、,I,2,增大、,降低,5/25/2026,25,电气设备及系统（一）,例：三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？,解：,电动机电磁转矩,T,U,1,2,，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，但转矩降低了，定、转子电流却增大了。过程如下：,使,T,=,T,C,。,5/25/2026,26,电气设备及系统（一）,运行与机械特性,5/25/2026,27,电气设备及系统（一）,生产机械运行时，常用负载转矩标志其负载的大小。,不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速,n,与负载转矩,T,L,之间的关系 。,各种生产机械特性大致可归纳为以下,3,种类型。,生产机械的负载转矩特性,5/25/2026,28,电气设备及系统（一）,1,恒转矩负载特性,恒转矩负载指生产机械的负载转矩的大小不随转速,n,变化，这种特性称为恒转矩负载特性。,根据负载转矩的方向特点又分为反抗性和位能性负载两种。,5/25/2026,29,电气设备及系统（一）,反抗性恒转矩负载,特点是负载转矩的大小不变，负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反，总是阻碍电动机的运转。当电动机的旋转方向改变时，负载转矩的方向也随之改变，始终是阻转矩。,轧钢机和机床的平移机构等。,5/25/2026,30,电气设备及系统（一）,位能性恒转矩负载,特点是负载转矩由重力作用产生，不论生产机械运动的方向变化与否，负载转矩的大小和方向始终不变。,起重设备提升重物时，负载转矩为阻转矩，其作用方向与电动机旋转方向相反，当下放重物时，负载转矩变为驱动转矩，其作用方向与电动机旋转方向相同，促使电动机旋转。,5/25/2026,31,电气设备及系统（一）,恒功率负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是当转速变化时，负载从电动机吸收的功率为恒定值。,即负载转矩与转速成反比。,一些机床切削加工：,车床粗加工时，切削量大，（大），用低速挡；,精加工时，切削量小，（小），用高速挡。,2,恒功率负载特性,5/25/2026,32,电气设备及系统（一）,3,通风机型负载特性,通风机型负载的方向特点是属于反抗性负载；大小特点是负载转矩的大小与转速,n,的平方成正比，即,式中,K,比例常数,风机、水泵、油泵等。,5/25/2026,33,电气设备及系统（一）,应该指出，以上,3,类是典型的负载特性。,实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。,5/25/2026,34,电气设备及系统（一）,一台,50Hz,、,380,伏的异步电动机若运行于,60Hz,、,380,伏的电网上，设,输出功率保持不变,，问下列各量怎么变化？,1,）激磁电抗、激磁电流和电动机的功率因数；,2,）同步转速和额定电流时的电机转速；,3,）最大转矩和临界转差率；,4,）起动转矩；,5,）电机效率。,本题题意为频率增加，输出功率不变。,5/25/2026,35,电气设备及系统（一）,（,1,）励磁电抗增大；励磁电流减小；功率因数增大，因,I,0,减小所导致。,（,2,）同步转速增大；额定电流时转速增大，工作点由,a,至,b,，额定转速,n,N,增加。,（,3,）最大转矩下降，临界转差率减小。,（,4,）起动转矩下降。,（,5,）电动机效率升高。,T,em,a,b,n,a,n,b,0,S,1,2,n,5/25/2026,36,电气设备及系统（一）,一台鼠笼异步电动机，原来转子是铜条，后因损坏改成铸铝，如输出同样功率，在通常情况下，,s,N,、,cos,1,、,1,、,I,1,N,、,s,m,、,T,max,、,T,st,有何变化？,答：铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条，实为增加转子绕组电阻,r,2,，其,T,em,-,s,曲线如图曲线,1,。,5/25/2026,37,电气设备及系统（一）,T,em,T,max,a,b,S,b,S,a,0,S,1,1,2,S,m,（,1,）,s,N,增大，由图知，工作点由,a,（,s,a,）变至,b,（,s,b,）。,（,2,）,cos,1,不变，因转子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，由于输出功率不变，则电机从电网吸取的有功功率基本不变，忽略电机损耗，所以基本不变。,5/25/2026,38,电气设备及系统（一）,（,3,）,N,下降：由于,s,增大，故转子铜损增加，,I,1,稍有增大，故定子铜损也稍大，而铁损不变，机械损耗,p,mec,因,s,增大,n,减小而稍有减小，但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。,（,4,）,I,1,N,有所增大，因,P,2,不变，,cos,1,不变，,N,下降。,（,5,）,s,m,增大，因为,s,m,r,2,。,（,6,）,T,max,不变。,（,7,）,T,st,增大。,T,em,T,max,a,b,S,b,S,a,0,S,1,1,2,S,m,5/25/2026,39,电气设备及系统（一）,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：负载增加时，转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。,硬特性,（,R,2,小）,软特性,（,R,2,大）,机械特性的软硬,不同场合应选用不同的电机。,如金属切削，选硬特性电机；,重载起动则选软特性电机。,5/25/2026,40,电气设备及系统（一）,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。,此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。,如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。,5/25/2026,41,电气设备及系统（一）,定义,：电动机接上电源，从静止状态到稳定运行的过程，简称启动。,主要指标,：,启动转矩 越大越好。,启动电流 越小越好。,启动时间,启动设备,三相异步电动机的启动,5/25/2026,42,电气设备及系统（一）,鼠笼式电机,启动性能不好,，表现为：,启动电流大，,启动转矩不大，,鼠笼式电机启动性能,5/25/2026,43,电气设备及系统（一）,启动电流大的原因,5/25/2026,44,电气设备及系统（一）,启动转矩小的原因,5/25/2026,45,电气设备及系统（一）,很大的启动电流在线路的阻抗上引起很大的电压降，导致与电动机接在一个电网中的其它设备运行受到影响。,启动电流大的影响,5/25/2026,46,电气设备及系统（一）,鼠笼式异步电动机的启动,有两种启动方法：,直接启动,和,降压启动,5/25/2026,47,电气设备及系统（一）,直接启动（全压启动）,直接用开关把定子绕组接到电源上。,优点,：设备简单，操作方便。,缺点,：启动电流大。,5/25/2026,48,电气设备及系统（一）,三相电源,开关,熔断器,俗称,“,保险,”,三相电动机,操作时直接合上开关,K,电动机就启动，最终达到稳定运行状态。,5/25/2026,49,电气设备及系统（一）,电机本身在设计时，已考虑到对其动稳定和热稳定的要求，只要线路压降不超过额定电压的,（,10,15,）,%,均可用此方法启动。,发电厂由于供电容量大，一般都采取此方法。,5/25/2026,50,电气设备及系统（一）,降压启动,降压启动就是在启动时，降低,加在,电动机,定子上的电压,，以减小启动电流；运转稳定后，再将电压恢复到额定值。,优点,：减小启动电流，满足系统要求。,缺点,：降低了启动转矩。,只适用对启动转矩没有要求，又需限制启动电流的地方。,5/25/2026,51,电气设备及系统（一）,降压启动常用方法,定子回路串电抗器启动,星,-,角（,Y-,）换接启动,串接自耦补偿器（自耦变压器）启动,5/25/2026,52,电气设备及系统（一）,定子回路串电抗器启动,电,抗,器,5/25/2026,53,电气设备及系统（一）,星,-,角（,Y-,）换接启动,只适用于,运行时,定子绕组为,接线，且每相绕组有两个引出端的三相电动机。,5/25/2026,54,电气设备及系统（一）,Y,接线启动电流仅为接线的,1/3,。同样启动转矩减小到只有接线时的,1/3,。,5/25/2026,55,电气设备及系统（一）,星,角,转,接,开,关,星角转接开关,5/25/2026,56,电气设备及系统（一）,目前，国产 系列三相异步电动机容量在 以上时，均规定选用 接法，以便于用户选用,星角换接,启动方法。,适用于 以下的电动机。,5/25/2026,57,电气设备及系统（一）,自耦补偿器（自耦变压器）启动,在启动时串接自耦变压器，通过自耦变压器的变比（,k,）降压后加在电动机上。,优点,：比串联电抗器限制电流大；和,Y-,换接相比，不受定子接线限制，还可以改变变比灵活使用。,缺点,：设备费用高。,5/25/2026,58,电气设备及系统（一）,绕线式异步电动机的启动,绕线式异步电动机三相绕组一般接成,Y,形如果直接短接和鼠笼式异步电动机一样。,为改善启动性能，可在转子回路,串联电阻,。,、在转子回路串联启动变阻器,、在转子回路串频敏变阻器,5/25/2026,59,电气设备及系统（一）,转子串联启动变阻器,5/25/2026,60,电气设备及系统（一）,5/25/2026,61,电气设备及系统（一）,串联电阻，一方面增加转子回路电阻，减少转子和定子的启动电流；另一方面提高转子回路功率因数，增大转子电流有功分量，也就是增大启动转矩。,5/25/2026,62,电气设备及系统（一）,当,S,=,S,m,=1,，启动转矩等于最大转矩，大大改善了启动性能。,5/25/2026,63,电气设备及系统（一）,频敏变阻器利用涡流原理（涡流损耗和电流频率的平方成正比）。,在转子回路串频敏变阻器,5/25/2026,64,电气设备及系统（一）,启动瞬间,S,=1,，转子电流频率最大，则频敏变阻器的铁损和等效电阻最大，可以限制启动电流，提高启动转矩。,随转速升高，频率下降，铁损和等效电阻自动减少。保证启动过程有较大转矩。启动结束切除频敏变阻器，把转子绕组短接。,5/25/2026,65,电气设备及系统（一）,黄,铜,紫,铜,深槽和双鼠笼式异步电动机,趋肤（集肤）效应,5/25/2026,66,电气设备及系统（一）,异步电动机的调速,调速：指在电机负载不变情况下，人为改变电机的转速。,调速方法,变极调速,变转差率调速,变频调速,5/25/2026,67,电气设备及系统（一）,变频调速,（无级调速）,f,=50Hz,逆变器,M,3,整流器,f,1,、,U,1,可,调,+,5/25/2026,68,电气设备及系统（一）,变频调速,(,无级调速,),变频调速方法,恒转距调速（,f,1,f,1,N,）,频率调节范围：,0.5,几百赫兹,变频调速方法可实现,无级平滑调速,，调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,5/25/2026,69,电气设备及系统（一）,变极调速,(,有级调速,),采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。,5/25/2026,70,电气设备及系统（一）,U,11,U,21,U,12,U,22,i,i,p,=,2,U,11,U,12,U,21,U,22,N,N,S,S,5/25/2026,71,电气设备及系统（一）,U,11,U,21,U,12,U,22,i,i,p,=1,U,11,U,12,U,21,U,22,S,N,5/25/2026,72,电气设备及系统（一）,变转差率调速是,绕线型电动机,特有的一种调速方法。,优点,是调速平滑、设备简单、投资少,缺点,是能耗较大。,这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。,变转差率调速,(,无级调速,),5/25/2026,73,电气设备及系统（一）,T,o,n,n,T,L,T,s,o,T,L,s,s,5/25/2026,74,电气设备及系统（一）,1.2,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,0,0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2,三相异步电动机工作特性曲线,5/25/2026,75,电气设备及系统（一）,定性分析：,异步电动机空载时，转速,n,n,1,。随着负载,P,2,增大,转速,n,略降转子感应电势,E,2s,增大,转子电流,I,2s,增大电磁转矩增大以平衡负载转矩。,转速特性,n,=(,P,2,),为一条略微下降的曲线。,1.,转速特性,n,=(,P,2,),或转差率特性,s,=(,P,2,),5/25/2026,76,电气设备及系统（一）,2.,定子电流特性,I,1,=(,P,2,),定性分析：,异步电动机空载时，转速,n,n,1,，转差率,s,0,，,转子电流,I,2,0,，,I,1,I,0,较小。,随着负载,P,2,增大,n,下降,转子电流,I,2,增大,定子电流,I,1,增大以补偿转子电流所产生磁势的影响，维持磁势平衡。,定子电流特性,I,1,=(,P,2,),为一条由,I,0,开始逐渐上升的曲线。,5/25/2026,77,电气设备及系统（一）,3.,定子功率因数特性,cos,1,=(P,2,),定性分析：,异步电动机空载时，由于空载电流中主要是无功电流分量，此时的功率因数很低，,cos,1,0.2,左右。,随着负载,P,2,增大定子电流,I,1,有功电流分量增大,功率因数提高，直至,P,2,=,P,N,，,功率因数达最高,cos,1,=cos,1max,；当负载,P,2,P,N,继续增大转差率,s,增大,转子感应电势与电流的相位角,2,增大,定子功率因数,cos,1,开始减小。,5/25/2026,78,电气设备及系统（一）,4.,输出转矩特性,T,2,=(,P,2,),定性分析：,异步电动机空载时，输出转矩,T,2,=0,。,当负载,P,2,增大，由于转速变化不大，,P,2,T,2,输出转矩随着,P,2,增大而增大。,输出转矩特性,T,2,=(,P,2,),为一条过原点的近似直线的曲线。,5/25/2026,79,电气设备及系统（一）,5.,效率特性,=(,P,2,),定性分析：,异步电动机从空载到负载运行时，主磁通,m,和转速,n,变化较小，所以铁损,p,Fe,和机械损耗,p,m,变化很小，这两种损耗之和是异步电动机的不变损耗；而定、转子铜损,p,Cu,与负载电流平方成正比，它随负载变化而变化，是异步电动机的可变损耗。,与变压器相似，当,不变损耗与可变损耗相等,时，效率为最高。,5/25/2026,80,电气设备及系统（一）,效率特性,空载时，输出功率,P,2,=0,，,所以效率,=0,。,随着负载,P,2,增大,效率,增大，普通异步电动机在,P,2,=0.75,时,效率最大,=,max,；,当负载,P,2,继续增大效率,反而下降。,5/25/2026,81,电气设备及系统（一）,