异步电动机习题.ppt

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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（）。A 上升10%；B 下降10

2、%；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；转子电动势频率为 f2=sf1；定子电流产生的定子旋转磁动势以 n

3、1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；（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

4、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（

5、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

6、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

7、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=0.9UN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

8、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、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

9、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,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

10、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）

11、，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

12、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

13、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 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

14、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，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

15、。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

16、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。,

17、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。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

18、，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

19、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(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,1.21.00.80.60.4 0.2 0,0.2 0.

20、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I1=(P2),定性分析：异步电动机空载时，转速nn1，转差率 s0，转子电流I20，I1I0较小。随着负载P2增大 n下降转子电流I2 增大定子电流 I1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I1=(P2)为一条由I0开始逐渐上升的曲线。,3.定子功率因数特性c

21、os1=(P2),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，cos10.2左右。随着负载P2增大定子电流 I1有功电流分量增大功率因数提高，直至P2=PN，功率因数达最高cos1=cos1max；当负载P2PN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cos1开始减小。,4.输出转矩特性T2=(P2),定性分析：异步电动机空载时，输出转矩T2=0。当负载P2增大，由于转速变化不大，P2T2输出转矩随着P2增大而增大。输出转矩特性T2=(P2)为一条过原点的近似直线的曲线。,5.效率特性=(P2),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 pFe和机械损耗 pm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 pCu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。,效率特性,空载时，输出功率P2=0，所以效率=0。随着负载P2增大效率 增大，普通异步电动机在P2=0.75时效率最大=max；当负载P2继续增大效率 反而下降。,