异步电动机习题课件

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,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。 A 2； B 4； C 6； D 8。,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（ ）

2、。 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。,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

3、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。,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

4、； （5） 转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。,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。,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：,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

5、流，右面三个导体为 ，左面三个导体为）。,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。,功率与电磁转矩,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,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

6、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 。,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。,解： 磁极对数： 同

7、步转速： 额定转差率：,总机械功率： 转子铜损： 输入功率：,效率： 定子电流： 转子电动势频率：,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。,（2） 由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,（3）,上例中，如果负载转矩为 510.2Nm, 问在U=UN和U=0.

8、9UN两种情况下电动机能否起动？ 解：U=UN时，Tst = 551.8Nm 510.2Nm，能起动 在U= 0.9UN时， 不能起动,T-s 曲线,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？,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。,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。,电压下降 TmTL，则稳定运行于 b 点（不停转），但此时：Tmax减小、

9、 Tst减小、0减小、 s增大、I2增大、 降低,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 。,运行与机械特性,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

10、,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。,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。,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

11、旋转方向相同，促使电动机旋转。,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,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。,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

12、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。,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。,（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

13、升高。,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。,（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。,（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

14、 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。,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。,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

15、，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。,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,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,启动电流大的原因,启动转矩小的原因,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,鼠笼式异步电动

16、机的启动,有两种启动方法： 直接启动和降压启动,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。,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。,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。,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

17、启动转矩没有要求，又需限制启动电流的地方。,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,定子回路串电抗器启动,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。,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 。,星 角 转 接 开 关,星角转接开关,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。,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。

18、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。,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,转子串联启动变阻器,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。,当 S = Sm =1，启动转矩等于最大转矩，大大改善了启动性能。,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

19、串频敏变阻器,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。,深槽和双鼠笼式异步电动机,趋肤（集肤）效应,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,变频调速（无级调速）,变频调速 (无级调速),变频调速方法 恒转距调速（ f1 f1N ） 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。,变极调速 (

20、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。,p=2,p=1,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),T,o,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,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) 为一条略微下降的曲线。,1.转速特性 n=(P2)或转差率特性 s=(P2),2.定子电流特性