异步电动机期末复习习题PPT课件.ppt

2020 3 18 可编辑 1 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 2020 3 18 可编辑 2 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n1 当n n1时为运行状态 当n n1时为运行状态 当n与n1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 A2 B4 C6 D8 2020 3 18 可编辑 3 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 2020 3 18 可编辑 4 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f1 转子电动势频率为f2 sf1 定子电流产生的定子旋转磁动势以n1的速度截切定子 又以n1 n的速度截切转子 转子电流产生的转子旋转磁动势以n2 sn1的速度截切转子 以n2 n n1的速度截切定子 它与定子旋转磁动势的相对速度为 n2 n n1 0 2020 3 18 可编辑 5 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n1 1 2 定子旋转磁场对转子的转速n1 2 3 转子旋转磁场对转子的转速n2 2 4 转子旋转磁场对定子的转速n2 1 5 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速 2020 3 18 可编辑 6 定 转子磁动势之间的速度关系 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 2020 3 18 可编辑 7 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 2020 3 18 可编辑 8 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n1 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 2020 3 18 可编辑 9 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 2020 3 18 可编辑 10 功率与电磁转矩 2020 3 18 可编辑 11 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 2020 3 18 可编辑 12 2020 3 18 可编辑 13 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 A25 的转子铜耗 B75 是转子铜耗 C75 是输出功率 D25 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 2020 3 18 可编辑 14 一台6极异步电动机 PN 28kW UN 380V f1 50Hz nN 950转 分 额定负载时 pcu1 pFe 2 2kW pmec 1 1kW 计算额定负载时的sN pcu2 N I1和f2 2020 3 18 可编辑 15 解 磁极对数 同步转速 额定转差率 2020 3 18 可编辑 16 总机械功率 转子铜损 输入功率 2020 3 18 可编辑 17 效率 定子电流 转子电动势频率 2020 3 18 可编辑 18 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 P2N 45kW nN 1480r min UN 380V N 92 3 cos N 0 88 Ist IN 7 0 Tst TN 1 9 Tmax TN 2 2 求 1 额定电流IN 2 额定转差率sN 3 额定转矩TN 最大转矩Tmax 和起动转矩TN 2020 3 18 可编辑 19 2 由nN 1480r min 可知p 2 四极电动机 3 2020 3 18 可编辑 20 上例中 如果负载转矩为510 2N m 问在U UN和U 0 9UN两种情况下电动机能否起动 解 U UN时 Tst 551 8N m 510 2N m 能起动在U 0 9UN时 不能起动 2020 3 18 可编辑 21 T s曲线 2020 3 18 可编辑 22 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Tmax Tst 1 I1 I2 s及 有何影响 2020 3 18 可编辑 23 答 因为 而sm与U1无关 因而电源电压下降后其Tem s曲线如图所示 2020 3 18 可编辑 24 正常工作时 稳定运行于a点 其对应转差率为sa 当电压下降过多 则电磁转矩下降更多 当Tm TL则电动机就停转 定 转子电流急速增大 若无保护 则绕组会因过热而烧毁 2020 3 18 可编辑 25 电压下降Tm TL 则稳定运行于b点 不停转 但此时 Tmax减小 Tst减小 0减小 s增大 I2增大 降低 2020 3 18 可编辑 26 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 U12 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 TC 2020 3 18 可编辑 27 运行与机械特性 2020 3 18 可编辑 28 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TL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 2020 3 18 可编辑 29 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 2020 3 18 可编辑 30 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 2020 3 18 可编辑 31 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 2020 3 18 可编辑 32 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 2020 3 18 可编辑 33 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 2020 3 18 可编辑 34 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 2020 3 18 可编辑 35 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 2020 3 18 可编辑 36 1 励磁电抗增大 励磁电流减小 功率因数增大 因I0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nN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 2020 3 18 可编辑 37 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 sN cos 1 1 I1N sm Tmax Tst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r2 其Tem s曲线如图曲线1 2020 3 18 可编辑 38 1 sN增大 由图知 工作点由a sa 变至b sb 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 2020 3 18 可编辑 39 3 N下降 由于s增大 故转子铜损增加 I1稍有增大 故定子铜损也稍大 而铁损不变 机械损耗pmec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 I1N有所增大 因P2不变 cos 1不变 N下降 5 sm增大 因为sm r2 6 Tmax不变 7 Tst增大 2020 3 18 可编辑 40 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 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 2020 3 18 可编辑 41 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 2020 3 18 可编辑 42 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 2020 3 18 可编辑 43 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 2020 3 18 可编辑 44 启动电流大的原因 2020 3 18 可编辑 45 启动转矩小的原因 2020 3 18 可编辑 46 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 2020 3 18 可编辑 47 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 2020 3 18 可编辑 48 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 2020 3 18 可编辑 49 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 2020 3 18 可编辑 50 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 2020 3 18 可编辑 51 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 2020 3 18 可编辑 52 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 2020 3 18 可编辑 53 定子回路串电抗器启动 2020 3 18 可编辑 54 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 2020 3 18 可编辑 55 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 2020 3 18 可编辑 56 星角转接开关 星角转接开关 2020 3 18 可编辑 57 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 2020 3 18 可编辑 58 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 2020 3 18 可编辑 59 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 2020 3 18 可编辑 60 转子串联启动变阻器 2020 3 18 可编辑 61 2020 3 18 可编辑 62 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 2020 3 18 可编辑 63 当S Sm 1 启动转矩等于最大转矩 大大改善了启动性能 2020 3 18 可编辑 64 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 2020 3 18 可编辑 65 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 2020 3 18 可编辑 66 深槽和双鼠笼式异步电动机 趋肤 集肤 效应 2020 3 18 可编辑 67 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 2020 3 18 可编辑 68 变频调速 无级调速 2020 3 18 可编辑 69 变频调速 无级调速 变频调速方法恒转距调速 f1f1N 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 2020 3 18 可编辑 70 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 2020 3 18 可编辑 71 p 2 2020 3 18 可编辑 72 p 1 2020 3 18 可编辑 73 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 2020 3 18 可编辑 74 T o 2020 3 18 可编辑 75 1 21 00 80 60 40 20 0 20 40 60 81 01 2 三相异步电动机工作特性曲线 2020 3 18 可编辑 76 定性分析 异步电动机空载时 转速n n1 随着负载P2增大 转速n略降 转子感应电势E2s增大 转子电流I2s增大 电磁转矩增大以平衡负载转矩 转速特性n P2 为一条略微下降的曲线 1 转