第5章 异步电机
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第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容:三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等,是必须掌握的内容,使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置,是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论:三相异步电动机What?三相异步电动机的用途、结构?How?三相异步电动机的工作原理?第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途:异步电机主要用作电动机,拖动各种生产机械。
异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机,成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点:功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时,必须从电网里吸收滞后的励磁电流,使它的功率因数总是小于1。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时,定子绕组接到交流电源上,转子绕组自身短路,由于电磁感应的关系,在转子绕组中产生电动势、电流,从而产生电磁转矩。
所以,异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看,有不同的分类法:(1)按定子相数分有①单相;②三相异步电动机。
(2)按转子结构分有①绕线式;②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外,根据电机定子绕组上所加电压的大小,又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看,还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时,常用于电网尚未到达的地区,又没有同步发电机的情况,或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中,异步电机回馈制动时,即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子:异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
(1)定子铁心:是电动机磁路的一部分,装在机座里。
第五章 感应电机一、 填空1. 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 2::Cu e p P P Ω= 。
2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时,定子电流的频率为 ,定子绕组感应电势的频率为 ,如转差率为s ,此时转子绕组感应电势的频率 ,转子电流的频率为 。
3. 三相感应电动机,如使起动转矩到达最大,此时m s = ,转子总电阻值约为 。
4. ★感应电动机起动时,转差率=s ,此时转子电流2I 的值 ,2cos ϕ ,主磁通比,正常运行时要 ,因此起动转矩 。
5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50,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 。
6. 三相感应电动机空载时运行时,电机内损耗包括 , , ,和 ,电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。
7. 三相感应电机转速为n ,定子旋转磁场的转速为1n ,当1n n <时为 运行状态;当1n n >时为 运行状态;当n 与1n 反向时为 运行状态。
8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 , 。
9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知,同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ,其原因是 。
10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机,用在频率为Hz 50的电源上(电压不变),电动机的最大转矩为原来的 ,起动转矩变为原来的 。
11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。
12. 一台三相异步电动机的额定功率N P 是指额定运行时的 功率,如果撤换其定子绕组,将每相匝数减小了,在电源电压不变的条件下,气隙中的每极磁通将 。
13. ★若感应电动机的漏抗增大,则其起动转矩 ,其最大转矩 。
14. ★铁心饱和程度增加,则感应电机的激磁电抗m X 。
15. 深槽和双笼型感应电动机是利用 原理来改善电动机的起动性能的,但其正常运行时 较差。
16. 绕线型感应电动机转子串入适当的电阻,会使起动电流 ,起动转矩 。
二、 选择1. 绕线式三相感应电动机,转子串电阻起动时( )。
A 起动转矩增大,起动电流增大;B 起动转矩增大,起动电流减小;C 起动转矩增大,起动电流不变;D 起动转矩减小,起动电流增大。
2. 一台50Hz 三相感应电动机的转速为min /720r n =,该电机的级数和同步转速为( )。
A 4极,min /1500r ; B 6极,min /1000r ;C 8极,min /750r ; D 10极,min /600r 。
3. ★笼型三相感应电动机的额定状态转速下降%10,该电机转子电流产生的旋转磁动势 相对于定子转速( )。
A 上升 %10;B 下降%10;C 上升 %)101/(1+;D 不变。
4. 国产额定转速为min /1450r 的三相感应电动机为( )极电机。
A 2;B 4;C 6;D 8。
5. ★一台三相感应电动机拖动额定恒转矩负载运行时若电源电压下降%10此时电机的电磁转矩( )。
A N T T = ;B N T T 81.0=;C N T T 9.0= ;D N T T >。
6. ★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。
7. 三相感应电动机等效电路中的附加电阻 '-2)1(R ss 上所消耗的电功率应等于( ): A 输出功率2P ; B 输入功率1P ;C 电磁功率em P ;D 总机械功率ΩP 。
8. 与普通三相感应电动机相比,深槽、双笼型三相感应电动机正常工作时,性能差一些,主要是( )。
A 由于2R 增大,增大了损耗;B 由于2X 减小,使无功电流增大;C 由于2X 的增加,使2cos ϕ下降;D 由于2R 减少,使输出功率减少。
9. ★适当增加三相绕线式感应电动机转子电阻2R 时,电动机的( )。
A st I 减少, st T 增加, max T 不变, m s 增加;B st I 增加, st T 增加, max T 不变, m s 增加;C st I 减少, st T 增加, max T 增大, m s 增加;D st I 增加, st T 减少, max T 不变, m s 增加。
10. ★三相绕线式感应电动机拖动恒转矩负载运行时,采用转子回路串入电阻调速,运行时在不同转速上时,其转子回路电流的大小( )。
A 与转差率反比 ;B 与转差率无关;C 与转差率正比 ;D 与转差率成某种函数关系。
11. 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 全机械功率 。
12. ★设计在Hz f 501=电源上运行的三相感应电动机现改为在电压相同频率为Hz 60的电网上,其电动机的( )。
A st T 减小,max T 减小,st I 增大;B st T 减小,max T 增大,st I 减小;C st T 减小,max T 减小,st I 减小;D st T 增大,max T 增大, st I 增大。
13. 一台绕线式感应电动机,在恒定负载下,以转差率s 运行,当转子边串入电阻22R R '=,测得转差率将为( )(R 已折算到定子边)。
A 等于原先的转差率s ;B 三倍于原先的转差率s ;C 两倍于原先的转差率s ;D 无法确定。
14. 国产额定转速为min /960r 的感应电动机为( )电机。
A 2极;B 4极;C 6极;D 8极。
15. ★如果有一台三相感应电动机运行在转差率为25.0=s ,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 %75是全机械功率。
三、判断1. 三相感应电动机转子为任意转数时,定、转子合成基波磁势转速不变 。
( )2. ★三相绕线式感应电动机在转子回路中串电阻可增大起动转矩,所串电阻越大,起动转矩就越大。
( )3. 当三相感应电动机转子绕组短接并堵转时,轴上的输出功率为零,则定子边输入功率亦为零 。
( )4. 三相感应电动机的功率因数1cos ϕ总是滞后的 。
( )5. ★感应电动机运行时,总要从电源吸收一个滞后的无功电流。
( )6. ★只要电源电压不变,感应电动机的定子铁耗和转子铁耗基本不变。
( )7. 感应电动机的负载转矩在任何时候都绝不可能大于额定转矩。
( )8. 绕线型感应电动机转子串电阻可以增大起动转矩;笼型感应电动机定子串电阻亦可以增大起动转矩。
( )9. 三相感应电动机起动电流越大,起动转矩也越大。
( )10. ★三相绕线式感应电动机在转子回路中串电阻可增大起动转矩,所串电阻越大,起动电流就越小。
( )11. 深槽型和双笼型感应电动机与普通笼型电动机相比,能减小起动电流的同时增大起动转矩。
( )12. ★绕线型感应电动机转子回路串电阻调速在空载或轻载时的调速范围很大。
( )13. 三相感应电动机的起动电流很大,所以其起动转矩也很大。
( )14. 三相感应电动机的起动电流和起动转矩都与电机所加的电源电压成正比。
( )15. 在机械和工艺容许的条件下,感应电机的气隙越小越好。
( )16. ★对于感应电动机,转差功率就是转子铜耗。
( )17. 定、转子磁动势相对静止是一切电机能正常运行的必要条件。
( )18. ★感应电动机空载运行时的功率因数很高。
( )四、简答1. 感应电动机等效电路中的ss -1()'2R 代表什么含义? 能否用电感或电容代替﹖为什么?2. ★感应电机转速变化时,转子磁势相对定子的转速是否改变?相对转子的转速是否改变?3. ★绕线型感应电动机,若⑴转子电阻增加;⑵漏电抗增大;⑶电源电压不变,但频率由Hz 50变为Hz 60;试问这三种情况下最大转矩,起动转矩,起动电流会有什么变化?4. ★三相感应电动机运行时,若负载转矩不变而电源电压下降%10,对电机的同步转速1n ,转子转速n ,主磁通m Φ,功率因数1cos ϕ,电磁转矩em T 有何影响?5. 说明三相异步电动机等效电路中,参数'2'211,,,,,X R X R X R m m 以及'21R ss -各代表什 么意义?6. 感应电动机运行时,定子电流的频率是多少?由定子电流产生的旋转磁动势以什么速度切割定子和转子?由转子电流产生的旋转磁动势基波以什么速度切割定子和转子?两个基波磁动势的相对运动速度多大?7. 说明三相感应电动机转子绕组折算和频率折算的意义,折算是在什么条件下进行的?8. 感应电动机带负载运行,若电源电压下降过多,会产生什么严重后果?如果电源电压下降%20,对最大转矩、起动转矩、转子电流、气隙磁通、转差率有何影响(设负载转矩不变)?9. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有关?关系如何?是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的大小会对起动过程产生什么影响?五、计算1. 一台Hz 50、八极的三相感应电动机,额定转差率04.0=N s ,问该机的同步转速是多少?当该机运行在min /700r 时,转差率是多少?当该机运行在min /800r 时,转差率是多少?当该机运行在起动时, 转差率是多少?2. ★有一台三相四极感应电动机,Hz 50,V U N 380=,Y 接法,83.0cos =N ϕ,Ω=35.01R ,Ω='34.02R ,04.0=N s ,机械损耗与附加损耗之和为W 288。
设A I I N N 5.2021='=,求此电动机额定运行时的输出功率、电磁功率、电磁转矩和负载转矩。
3. ★一台三相感应电动机,W P N 5.7=,额定电压V U N 380=,定子∆接法,频率为Hz 50。
额定负载运行时,定子铜耗为W 474,铁耗为W 231,机械损耗W 45,附加损耗W 5.37,已知min /960r n N =,824.0cos =N ϕ,试计算转子电流频率、转子铜耗、定子电流和电机效率。
4. ★★一台三相异步电动机,额定电压为V 380,Y 联接,频率为Hz 50,额定功率为kW 28,额定转速为min /950r ,额定负载时的功率因数为88.0,定子铜损耗及铁损耗共为kW 2.2,机械损耗为kW 1.1,忽略附加损耗,计算额定负载时的:(1) 转差率;(2) 转子铜损耗; (3)效率; (4)定子电流;(5)转子电流的频率。
填空1, s :s)(1:1-2,Hz 50,Hz 50,sHz 50,sHz 503,1, σσ21X X '+4,1,很大,很小,小一些,不大5,0.02,Hz 1,min /720r ,Hz 26,定子铜耗,定子铁耗,机械损耗,附加损耗7,电动机, 发电机,电磁制动8,转子串适当的电阻, 转子串频敏变阻器9,大,同步电机为双边励磁10,265⎪⎭⎫ ⎝⎛,265⎪⎭⎫ ⎝⎛ 11,[]221111211)X X (R R f 4pU m σσπ'+++12,输出的机械功率,减小13,减小, 减小14,减小15,集肤效应, 功率因数16,减小, 增大选择1,B2,C3,D4,B5,A6,A7,D8,C9,A10,B11,A12,C13,B14,C15,A判断1,对2,错3,错4,对5,对6,错7,错8,错9,错10,对11,对12,错13,错14,错15,对16,错17,对18,错简答1,'21R ss -代表与转子所产生的机械功率相对应的等效电阻,消耗在此电阻中的功率2'22111R ss I m -将代表实际电机中所产生的全(总)机械功率;不能;因为电感、电容消耗无功功率,而电机转子所产生的全(总)机械功率为有功功率。