1、第五章異步電機5 1什么叫轉差率？如何根據轉差率來判斷異步機的運行狀態？轉差率為轉子轉速n 與同步轉速 n1 之差對同步轉速n1 之比值 sn1nns 01為發電機狀態。0 s 1 為電動機狀態， s1 為電磁制動狀態。52異步電機作發電機運行和作電磁制動運行時， 電磁轉矩和轉子轉向之間的關系是否一樣？怎樣區分這兩種運行狀態？發電機運行和電磁制動運行時，電磁轉矩方向都與轉向相反，是制動轉矩；但發電機的轉向與旋轉磁場轉向相同，轉子轉速大于同步速，電磁制動運行時，轉子轉向與旋轉磁場轉向相反。53有一繞線轉子感應電動機，定子繞組短路，在轉子繞組中通入三相交流電流，其頻率為 f 1 ，旋轉磁場相對于轉

2、子以n160 f 1 / p （ p 為定、轉子繞組極對數）沿順時針方向旋轉，問此時轉子轉向如何？轉差率如何計算？假如定子是可轉動的，那么定子應為順時針旋轉（與旋轉磁場方向相同）但因定子固n1 n定不動不能旋轉，所以轉子為逆時針旋轉。sn1（ n 為轉子轉速）5 4為什么三相異步電動機勵磁電流的標幺值比變壓器的大得多？在額定電壓時異步機空在電流標么值為30左右，而變壓器的空載電流標么值為50左右。這是因為異步機在定子和轉子之間必須有空隙，使轉子能在定子內圓內自動轉動，這樣異步機的磁路磁阻就較大，而變壓器磁路中沒有氣隙，磁阻小，因此，相對變壓器而言，異步電動機所需勵磁磁動勢大，勵磁電流大。5 5

3、三相異步電機的極對數p 、同步轉速 n1 、轉子轉速 n 、定子頻率f1 、轉子頻率f 2 、轉差率 s 及轉子磁動勢F2 相對于轉子的轉速n2 之間的相互關系如何？試填寫下表中的空格。pn / r min11f1 / Hzf 2 / Hzsn/ r min1n / r min211500.03210005018006035600-50031000-0.24501n160 f1sn1 nf2sf1Pn1&nnn&nF2 相對于轉子的轉速F2 相對于定子的轉速2115 6試證明轉子磁動勢相對于定子的轉速為同步速度n1 。轉子磁勢是由轉子三相（或多相）對稱繞組感應的三相（或多相）對

4、稱電流產生的一個&旋轉磁勢，這個磁勢相對轉子的轉速由轉子電流的頻率決定，當轉子的轉速為F2 相對于轉子的轉速n ，轉差率為 s 時，轉子電流的頻率f 2 sf1，則這個磁動勢相對轉子的轉 速 為 sn1，它相對定子的轉向永遠相同，相對定子的轉速為sn1 nn1nn n1 n n1 ，即永遠為同步速。15 7 試說明轉子繞組折算和頻率折算的意義，折算是在什么條件下進行的？繞組折算：將異步電機轉子繞組折算成一個相數為m1 ，匝數為 N1 ，繞組系數為 kN 1的等效轉子繞組來替代原來的轉子繞組，保持極對數不變。頻率折算： 用一個等效的靜止轉子來代替原來的旋轉的轉子，在該靜止轉子回路中串入一

5、個 1ss R 2 的模擬電阻，而定子方各物理量不變。折算的條件：保持轉子磁動勢不變，及轉子上有功，無功率不變。58異步電動機定子繞組與轉子繞組沒有直接聯系， 為什么負載增加時， 定子電流和輸入功率會自動增加，試說明其物理過程。從空載到滿載，電機主磁通有無變化？電磁勢平衡方程式： 知 I&1I&0I&1L 當負載時， 定子電流只有一個分量I&0 ，用以產生磁時來抵消轉子磁勢的作用， 雖然定轉子無直接電聯系，定子電流會自動增加的原因。從空載到滿載，由電勢平衡方程式&&&&基本不變，&略U 1E1I1 Z1 U 1I1 ， I

6、1Z1有 & 略有下降，故主磁通m 略為下降。E159 異步電動機的等效電路有哪幾種？等效電路中的1s / s R2 代表什么意義？能否用電感或電容代替？等效電路T 形等效電路形準確 P 形等效電路（為復數）換準確 P 形等效電路（為實數）簡化形等效電路（=1）消耗在1ss R2 上的電功率就是電動機所產生的機械功率Pmec ，它是有功功率，不能用電容或電感代替。5 10異步電動機帶額定負載運行時，若電源電壓下降過多，會產生什么嚴重后果？試說明其原因。 如果電源電壓下降，對感應電動機的Tm ax 、Tst 、 m 、 I 2 、 s 有何影響？ Tem T2T0 負載不變 Tem 不變

7、 Tem CMm I 2 cos 2 如電壓下降過多m，為保持 Tem不變， I2I 1易燒毀電機。1mU22Tmax11 U 1TmaxTmaxU 112( RR2( xx')21112Tst1m1U 12 R2' U 1TstTst U2&& &1'2( x1')21U 1E1I1Z1(R1 R2)x2 E1U1E14.44 f1N1kN 1 m U 1m轉矩 TCIcosmI 2TemPTMm22不變，em1為常數不變1ememRem 不變 sP2cu 2 Pcu 2m1 I 2 R2 I 2 Pcu 2 s（或者 U1，Tem 成

8、平pem方下降，而負載轉矩不變ns）5 11漏電抗大小對異步電動機的運行性能，包括起動電流、起動轉矩、最大轉矩、功率因數等有何影響？為什么？I stU11m1U12R2''2( XX')2Tst1 ( R R')2 ( X1X')2(R R)1r212212Tmax1m1U12cos1x1 t x2't2R12( X1'2RR'1R1X2)2S1漏電抗與 I st ,Tst ,Tmax 成反比，與 cos1成正比5 12某繞線轉子異步電動機，如果（1）轉子電阻增加一倍； （2）轉子漏電抗增加一倍；（ 3）定子電壓的大小不變，而頻率

9、由 50Hz 變為 60Hz ，各對最大轉矩和起動轉矩有何影響？（ 1） R2 增加一倍， Tst 增加， Tmax 不變（ 2） x x2' 增加一倍， Tst 減小， Tmax 減小（ 3） f1 由 50Hz 變為 60Hz ，相當于 xx2' 增加，且分母增大了Tst ， Tmax 減小5 13一臺籠型異步電動機，原來轉子是插銅條的，后因損壞改為鑄鋁的，在輸出同樣轉矩的情況下，下列物理量將如何變化？（ 1）轉速 n ；mU2 R'R2Tem1122 Tem 而負載轉矩不變，n 下降R'1s1 ( R)2( XX')2s121（ 2）轉子電流I 2

10、 ；負載轉矩不變，Te m 基本不變，TemCmm I 2 cos 2 I 2 基本不變。（ 3）定子電流I 1 ；I1I 2' I1 基本不變。（ 4）定子功率因數cos1 ；（ 5）輸入功率P1 ；T2 基本不變P1 基本不變。（ 6）輸出功率P2 ；P2（ R2Pcu 2 增大）（ 7）效率 ；損耗減小（ 8）起動轉矩 Tst ；Tst（ 9）最大電磁轉矩Tm ax 。Tm ax 不變5 14繞線式三相異步電動機轉子回路串人適當的電阻可以增大起動轉矩，串入適當的電抗時，是否也有相似的效果？轉子側串入電抗， 不能增大起動轉矩串如電抗后I 2 雖然 m 增大了，但 cos 2下降總起

11、來起動轉矩 Tst Cm mI 2 cos2 仍然不能增大。5 15 普通籠型異步電動機在額定電壓下起動時，為什么起動電流很大而起動轉矩不大？但深槽式或雙籠電動機在額定電壓下起動時，起動電流較小而起動轉矩較大，為什么？I st 大的原因是：在剛啟動時，轉子處于靜止狀態，旋轉磁場以較大的轉速切割轉子導環，在轉子中產生較大的電勢，因而產生較大的電流， 由磁勢平衡關系， 定子中也將流過較大的電流。Tst 不大的原因是：在剛起動時，n =0 , s =1，轉子頻率較高，轉子電抗較大，轉子邊的功率因數很低， 由 Tem Cm'11m 知，最初起m I 2 cos2 E22U1mst2動時，雖然

12、I 2 較大，但因 cos 2很低，Tst 仍然不大。對深槽和雙鼠籠異步電動機在起動時f2f1 ，有明顯的集膚效應，即轉子電流在轉子導體表面流動， 相等于轉子導體截面變小，電阻增大，即相等于轉子回路串電阻，使 I st, Tst當起動完畢后，f2sf1 很小，沒有集膚效應，轉子電流流過的導體截面積增大， 電阻減小， 相當于起動時轉子回路所串電阻去掉，減小了轉子銅損耗，提高了電機的效率。5 16繞線轉子異步電動機在轉子回路中串人電阻起動時，為什么既能降低起動電流又能增大起動轉矩？試分析比較串入電阻前后起動時的m 、 I 2 、 cos2 、 I st 是如何變化的？串入的電阻越大是否起動轉矩越大

13、？為什么？繞線式轉子串入電阻R 后，轉子電流減小，定子電流也減小，但起動轉矩增大，這是因為：在起動時，s 1 ，雖然串入 R 導致 I 2 減小，但卻使得 E1U 1 設串電阻前由于 R1 R2' ， x1x2' E1 21 U 1 m 較大，接近正常運行時的主磁通，轉子回路功率因數 cos 2R2' R''增大，綜合三個因素，Tst''2x(RR )22一般情況下， 串入電阻后， I 2 和 I1 將變小，m 基本不變， 嚴格地講， 隨 I 1 變小， m會大一點 （&&&E1U 1I 1Z1 變小， m ），

14、cos 2 將明顯提高 Tst 明顯增加， I st因為 cos2 最大為1，接近 1 時變化不大了， 相反，電阻率大了， 電流明顯減小， Tst反而會變小，并不是串電阻越大，起動轉矩越大。5 17兩臺同樣的籠型異步電動機共軸連接，拖動一個負載。如果起動時將它們的定子繞組串聯以后接至電網上， 起動完畢后再改接為并聯。 試問這樣的起動方法， 對起動電流和轉矩的影響怎樣？通過串聯起動，使每臺電動機定子繞組電壓為并聯起動時候的12 因此 Tst 為并聯時的 14， I st 為并聯起動時的 21，而電網供給的起動電流為并聯時的41 （電網供給的電流并聯是一臺起動電流的2 倍）528已知一臺型號為 J

15、O2-82-4 的三相異步電動機的額定功率為55kW ，額定電壓為 380V ，額定功率因數為0.89，額定效率為91.5%，試求該電動機的額定電流PN3U N I N cos N N I NPN55 103102.62( A)3UN cosN N3 380 0.8991.50 0529已知某異步電動機的額定頻率為50Hz，額定轉速為 970r/min ，問該電機的極數是多少？額定轉差率是多少？60 f6050 nN970 r minn1 1000 r minn1 P p3極數為 6 極。1000sn1 n1000 9700.3n110005 30一臺 50Hz 三相繞線式異步電動機，定子繞組

16、Y 聯接，在定子上加額定電壓。當轉子開路時，其滑環上測得電壓為72V ，轉子每相電阻R20.6 ，每相漏抗X 24 。忽略定子漏阻抗壓降，試求額定運行sN0.04，時，（ 1）轉子電流的頻率；轉子電流的頻率f2sN f10.04502( Hz)（ 2）轉子電流的大小；滑環上測得電壓為72V ，這是線電壓，相電壓為72轉子開路，且忽略定子漏阻372''抗壓降，說明轉子上的電壓為v23R2keki R2X 2keki X2'U'kU27232.68' I 22eI 2ki I 2 2.68( A)'2'2k kR2X2ki( 0.6)22kR

17、2)( 2 )4i( S)( X 2eiS20.04（ 3）轉子每相電動勢的大小；轉子開路時測得的轉子感應電勢為E27241.57(V ) 此時轉子不轉，即3S1，當 SN0.04時E2 sSE20.0441.571.66(V )（4）電機總機械功率。Pmecm11s''21sR23 2.682 10.040.6 310.3(V )sR2 I2m2 I 2s0.045 31 已知一臺三相異步電動機的數據為：U N380V ，定子聯接， 50Hz ，額定轉速nN1426r / min ， R12.865， X17.71， R22.82， X 211.75 ，Rm 忽略不計， X

18、m202。試求：（ 1）極數；解： nN1426 r min n11500 r min P=2，即 2P=4（ 2）同步轉速；n11500 r min（ 3）額定負載時的轉差率和轉子頻率；sn1n N1500 14260.0493f 2sf10.0493502.467( Hz)n15001（ 4）繪出 T 型等效電路并計算額定負載時的I 1 、 P1 、 cos1和 I2。'R2''2.82j11.7557.2j11.75oZ2SjX 20.049358.411.61XmPZ'X m gZ2'j 202 58.4 11.6111796.8 101.611

19、1796.8 101.6153.31 26.59o2XmZ'j 20257.2j11.2557.2 j 213.75221.27 75o2ZR1jX 1X m PZ2'2.865j 7.7147.67j 23.86 50.535j 31.5759.59 31.99o I&1U&1380 06.33731.99o定子電流為3I 111.04(A)Zo59.59 31.99P13U 1 I1 cos 13380 11.04cos( 31.99o)6162.7(W )cos1cos( 31.99o)0.848 （滯后）&&&3806.337 3

20、1.99og8.225 69.62o38052.45 37.63oE1U 1I 1Z1= 38041.54j 32.02338.46 j 32.02339.975.404o'&339.97ooE15.405 I&2Z2'58.4 11.615.82 17.014( A)532 已知 JO2-92-4 三相異步電動機的數據為：P275kW ，U N380V（定子聯接），nN1480r / min ，R10.088 ，X 10.404 ，R20.073 ，X 20.77 ，Rm2.75 ， X m26，機械損耗pmec1.1kW 。試用 T 型、較準確型和簡化型三種

21、等效電路計算額定負載時的定子電流、 功率因數和效率， 并對計算結果進行分析比較。T 型等效電路：sn1 n150014800.01333n11500Z'R2''0.073j 0.77 5.475o2SjX 20.01333j 0.77 5.5298ZmRmjX m2.75j 2626.145 83.96o()'Zm gZ 2'26.145 83.69 5.529 8ooZm PZ2ZmZ2'28 72.92o5.16319.04()&380 0oo(A) 即 I&1U170.51422.870.514( A) cos 10.921

22、9（滯后）為了求I&1 Z5.389 22.8o功率，要計算I 2' ， I m&&'&&38070.522.8 0.413 77.71 380 5.312 j 28.63E1E2U1I1Z1386.374.249(A)'386.37386.3769.9(A)I mE1386.3714.78(A) I 2Z25.529Zm26.145 Pcu1 3I 12 R1370.520.088 1312(W ) Pcu 23I 22 R2'3 69.920.073 1073(W )PFe3I m2Rm3 14.7822.751802

23、(W )Pmec1100(W )Pad 忽略。1P11312 10731802 1100(1528792.9P3U1Icos174101 )0011較準確 P 型電路533某三相異步電動機，PN10kW ， U N380V （線電壓）， I N19.8A ，4 極， Y聯接， R10.5。空載試驗數據為： U 1380V （線電壓），I 05.4 A ， p00.425kW ，機械損耗 pmec0.08kW 。短路試驗中的一點為：U k120V （線電壓）， I k18.1A ，pk0.92kW 。試計算出忽略空載附加損耗和認為X 1X 2 時的參數 R2 、 X 1 、 Rm 和X m 。空

24、載試驗： Z0U10380340.63()忽略 PadI 05.4PFeP0m1I 02R1Pmec42535.420.580 301.26(W )RmPFe301.263.444() 或者 km42580m I23 5.42320.5105.4X 0Z02k0240.6324.858240.34()短路試驗：ZkU1203.828()RkP9200.936)k3kI k18.1m1I k23 18.12X kZk2Rk23.82820.93623.712()'R1) X0X0(0.9360.5)40.340.48R2 ( RkXK40.343.712X1'X 0X0 XK&#

25、39;2240.3440.34 3.712221.9( )X 2X 0(R2X0 )40.34(0.48 40.34 )X mX0X140.341.938.44()5 34一臺三相異步電動機的輸入功率為10.7kW ，定子銅耗為450W ，鐵耗為200W，轉差率為 s=0.029，試計算電動機的電磁功率、轉子銅耗及總機械功率。PemPPcu1 PFe1070045020010050(W )電磁功率1PCU 2SPem0.02910050291.45WPmec(1S) Pem10050 291.459758.55W5 35一臺 JO2-52-6 異步電動機，額定電壓為380V ，定子聯接，頻率5

26、0Hz ，額定功率7.5kW ，額定轉速 960r/min ，額定負載時 cos1 0.824 ，定子銅耗474W ，鐵耗 231W ，機械損耗45W ，附加損耗37.5W ，試計算額定負載時，（ 1）轉差率；（ 2）轉子電流的頻率；（ 3）轉子銅耗；（ 4）效率；（ 5）定子電流。60 f30001000 r（ 1） n13pminn1 n1000960 S0.04n11000（2）f2 Sf10.0450 2HZ（3）Pmecp2pmecpad =7500+45+37 . 5=7582 .5WPmec(1S) PemTempem206.82103601317 N.M215001PCU 2S

27、PemSPmec0.047582.51S316W1 0.04（4）PPCUPCU 2PFePmecPad =474+316+213+45+37 . 5=1103. 5W= P2P2P2P750087.17%P17500 1103.5（5） P13U 1I 1 cos 13380I 10.824I175001103.515.86 A33800.8245 36一臺4 極中型異步電動機， PN200kW ， U N380V ，定子 聯接，定子額定電流 IN385 A ，頻率 50Hz ，定子銅耗 pCu 25.12kW ，轉子銅耗 pCu 22.85kW ，鐵 耗 pFe3.8kW， 機 械 損 耗

28、 pmec0.98kW ， 附 加 損 耗 pad 3kW，R10.0345， X m5.9 。正常運行時 X10.202， R20.022，X 20.195；起動時，由于磁路飽和與趨膚效應的影響，X 10.1375，R20.0715， X 20.11。試求：（ 1）額定負載下的轉速、電磁轉矩和效率；（ 2）最大轉矩倍數（即過載能力）和起動轉矩倍數。解：（ 1）Pmecp2pmecpad =200+0.98+3=203.98kwPCU 2SPemPmec(1S) Pempcu 2S即2.85Spmec1S203.981SS=0.01378n(1S)n1(10.01378)15001479 rm

29、inPempcu 22.85206.82kwS0.01378Tempem206.82103601317 N.M215001= P2P2P22005.122003.80.9892.7%P1P2.853（2） Tmax1m1u122( R1R12( X1X2 )2)160338023186 N .m215000.034522(0.0345(0.2020.195) 2 )TNPN200 103601291.97 N .m21479kmTmax31862.466TN1292Tstm1 PU12 R22 f1R1R22( X1X2 )2310.040.3420.5210287.72W0.04323802

30、0.07152721.5N.m2500.03450.071520.137520.11kstTst2721.52.11TN12925 37 一臺三相 8 極異步電動機的數據為：PN 200kW ， U N380V ， f50 Hz ，nN 722r / min ，過載能力 kM 2.13 。試求：（ 1）產生最大電磁轉矩時的轉差率；（ 2） s=0.02 時的電磁轉矩。（1）SmSN (kmk2m1推倒如下：TN2Sm1 （即 TemTN 時）TmaxSNkmSmSNSm22km SN SmN20求一元二次方程即可SNn1n7507220.03733n1750Sm 0.03733(2.132.1

31、321)0.1497（2）TNpN200 103602646.6 N .m2722TmaxkmTN2.132646.65637.2 N .mTem2TmaxSmSSSmTem225637.20.14970.027.4850.26250.13360.020.1497Tem5637.20.26251480 N .m5 38一臺三相4 極異步電動機額定功率為28kW ， U N380V ，N90% ，cos0.88 ，定子為三角形聯接。在額定電壓下直接起動時，起動電流為額定電流的 6 倍，試求用 Y- 起動時，起動電流是多少？解：PN28103I N3 38053.72 A3U N cosN0.85 0.9直接起動時的起動電流：I st 6I N 653.72322.3 A用 Y- 起動時：I stI st107.4 A3539一臺三