异步电动机习题

08.06.2020,.,1,异步电动机习题课,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,08.06.2020,.,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nn1时为运行状态；当nn1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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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：,08.06.2020,.,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）。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,10,功率与电磁转矩,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,12,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。（机械和附加损耗）计算额定负载时的sN、pcu2、N、I1和f2。,08.06.2020,.,15,解：磁极对数：同步转速：额定转差率：,08.06.2020,.,16,总机械功率：转子铜损：输入功率：,08.06.2020,.,17,效率：定子电流：转子电动势频率：,08.06.2020,.,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%，cosN=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。,08.06.2020,.,19,（2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）,（3）,08.06.2020,.,20,上例中，如果负载转矩为510.2Nm,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=551.8Nm510.2Nm，能起动在U=0.9UN时，不能起动,08.06.2020,.,21,T-s曲线,08.06.2020,.,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？,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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TmTL，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,08.06.2020,.,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TU12，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。,08.06.2020,.,27,运行与机械特性,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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、cos1、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。,08.06.2020,.,38,（1）sN增大，由图知，工作点由a（sa）变至b（sb）。（2）cos1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。,08.06.2020,.,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，cos1不变，N下降。（5）sm增大，因为smr2。（6）Tmax不变。（7）Tst增大。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,44,启动电流大的原因,08.06.2020,.,45,启动转矩小的原因,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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（1015）%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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,53,定子回路串电抗器启动,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,56,星角转接开关,星角转接开关,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,60,转子串联启动变阻器,08.06.2020,.,61,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,63,当S=Sm=1，启动转矩等于最大转矩，大大改善了启动性能。,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,66,深槽和双鼠笼式异步电动机,趋肤（集肤）效应,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,68,变频调速（无级调速）,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,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。,08.06.2020,.,71,p=2,08.06.2020,.,72,p=1,08.06.2020,.,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),08.06.2020,.,74,T,o,08.06.2020,.,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,08.06.2020,.,76,定性分析：异步电动机空载时，转速nn1。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