異步電動機習題課類別、結構和基本概念工作原理功率與電磁轉矩運行與機械特性7/20/20231A類別、結構和基本概念三相感應電機轉速為n，定子旋轉磁場的轉速為n1，當n＜n1時為

運行狀態；當n＞n1時為

運行狀態；當n與n1反向時為

運行狀態。一臺三相八極感應電動機接在電網中，空載運行時轉速為735轉/分，此時轉差率為

，轉子電勢的頻率為

。當轉差率為0.04時，轉子的轉速為

，轉子的電勢頻率為

。國產額定轉速為1450r/min的三相感應電動機為（）極電機。A2；B4；C6；D8。7/20/20232A工作原理籠型三相感應電動機的額定轉速下降10%，該電機轉子電流產生的旋轉磁動勢相對于定子的轉速（）。A上升10%；B下降10%；C上升1/（1+10%）；D不變。三相異步電動機氣隙增大，其他條件不變，則空載電流（）。A增大；B減小；C不變；D不能確定。鐵心飽和程度增加，則感應電機的激磁電抗

。在機械和工藝容許的條件下，感應電機的氣隙越小越好。三相感應電動機的功率因數總是滯后的。7/20/20233A異步電動機運行時，定子電動勢的頻率是多少？轉子電動勢的頻率為多少？定子電流的產生的旋轉磁動勢以什么速度截切定子，又以什么速度截切轉子？轉子電流的產生的旋轉磁動勢以什么速度截切轉子，又以什么速度截切定子？它與定子旋轉磁動勢的相對速度是多少？答：定子電動勢頻率為f1；轉子電動勢頻率為f2=sf1；定子電流產生的定子旋轉磁動勢以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切轉子。轉子電流產生的轉子旋轉磁動勢以n2=sn1的速度截切轉子，以n2+n=n1的速度截切定子，它與定子旋轉磁動勢的相對速度為（n2+n）-n1=0。7/20/20234A一臺三相異步電動機，其額定轉速為1470r/min，電源頻率為50Hz。在a.起動瞬間，b.轉子轉速為同步轉速的2/3時，c.轉差率為0.02時三種情況下，試求：（1）定子旋轉磁場對定子的轉速n1-1；（2）定子旋轉磁場對轉子的轉速n1-2；（3）轉子旋轉磁場對轉子的轉速n2-2；（4）轉子旋轉磁場對定子的轉速n2-1；（5）轉子旋轉磁場對定子旋轉磁場的轉速。7/20/20235A定、轉子磁動勢之間的速度關系n1nn2n2=n1–n=sn1不論轉子轉速n等于多大，轉子旋轉磁場和定子旋轉磁場總是以同一轉速在空間旋轉著。兩者的相對轉速為零。定、轉子磁勢在空間相對靜止是一切電機能正常運行的必要條件。7/20/20236A在繞線式異步電動機中，如果將定子三相繞組短接，并且通過滑環向轉子三相繞組通入三相電流。轉子旋轉磁場若為順時針方向，這時電動機能轉嗎？轉向如何？答：電動機以逆時針方向旋轉，原理如圖所示：7/20/20237ANS轉子三相繞組通入三相正弦交流電流產生旋轉磁場，轉速為n1、轉向為順時針方向，并假定圖示瞬間，轉子磁場極性N、S如圖所示（上面為N極，下面為S極，產生此極性的轉子電流，右面三個導體為⊙，左面三個導體為⊕）。7/20/20238A轉子磁場旋轉結果，在定子繞組中感應三相電動勢,方向如圖所示（用“右手定則”），由于定子三相繞組短接，便有三相電流流過，該電流的有功分量（與電動勢同相）與轉子磁場相互作用，定子導體便受到圖示方向力的作用（由“左手定則”判斷），形成順時針方向的轉矩，它企圖使定子沿順時針方向旋轉。但由于定子靜止不動，它必對轉子產生一個大小相等的反作用力，對轉軸形成一個逆時針方向的轉矩，使轉子沿逆時針方向旋轉。NS7/20/20239A功率與電磁轉矩感應電動機的功率圖7/20/202310A輸入功率定子銅損定子鐵損電磁功率轉子銅損機械功率輸出功率7/20/202311A7/20/202312A如果有一臺三相感應電動機運行在轉差率為s=0.25，此時通過氣隙傳遞的功率有（）。A25%的轉子銅耗；B75%是轉子銅耗；C75%是輸出功率；D25%是總機械功率。三相感應電動機電磁轉矩的大小和（）成正比A電磁功率；B輸出功率；C輸入功率；D總機械功率。三相異步電動機的額定功率是指額定運行時的

功率。如果感應電動機運行時轉差率為s，則電磁功率、機械功率和轉子銅耗之間的比例是

。7/20/202313A一臺6極異步電動機，PN=28kW，UN=380V，f1=50Hz，nN=950轉/分。額定負載時，pcu1+pFe=2.2kW，pmec=1.1kW。（機械和附加損耗）計算額定負載時的sN、pcu2、ηN、I1和f2。7/20/202314A解：磁極對數：同步轉速：額定轉差率：7/20/202315A總機械功率：轉子銅損：輸入功率：7/20/202316A效率：定子電流：轉子電動勢頻率：7/20/202317A解:（1）例：一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△結，額定數據為：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）額定電流IN?（2）額定轉差率sN?（3）額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩TN。7/20/202318A（2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）（3）7/20/202319A上例中，如果負載轉矩為510.2N?m,問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？解：U=UN時，Tst=551.8N?m>510.2N?m，能起動在U′=0.9UN時，不能起動

7/20/202320AT-s曲線電壓下降時漏抗增大時轉子電阻增大時7/20/202321A異步電動機帶額定負載運行，且負載轉矩不變，若電源電壓下降過多時，對電動機的Tmax、Tst、Φ1、I1、I2、s及η有何影響？7/20/202322A答：因為，而sm與U1無關，因而電源電壓下降后其Tem-s曲線如圖所示。7/20/202323A正常工作時，穩定運行于a點，其對應轉差率為sa。當電壓下降過多，則電磁轉矩下降更多，當Tm<TL則電動機就停轉，定、轉子電流急速增大，若無保護，則繞組會因過熱而燒毀。7/20/202324A電壓下降Tm>TL，則穩定運行于b點（不停轉），但此時：Tmax減小、Tst減小、Ф0減小、s增大、I2增大、η降低7/20/202325A例：三相異步電動機在一定的負載轉矩下運行時，如電源電壓降低，電動機的轉矩、電流及轉速有無變化？解：電動機電磁轉矩TU12

，當電源電壓下降低時，電磁轉矩減小，使轉速下降，轉差率增加，轉子電流和定子電流都會增大。穩定時電磁轉矩等于機械負載轉矩，但轉矩降低了，定、轉子電流卻增大了。過程如下：使T=TC。7/20/202326A運行與機械特性7/20/202327A生產機械運行時，常用負載轉矩標志其負載的大小。不同的生產機械的轉矩隨轉速變化規律不同，用負載轉矩特性來表征，即生產機械的轉速n與負載轉矩TL之間的關系。各種生產機械特性大致可歸納為以下3種類型。生產機械的負載轉矩特性7/20/202328A1恒轉矩負載特性恒轉矩負載指生產機械的負載轉矩的大小不隨轉速n變化，這種特性稱為恒轉矩負載特性。根據負載轉矩的方向特點又分為反抗性和位能性負載兩種。7/20/202329A反抗性恒轉矩負載特點是負載轉矩的大小不變，負載轉矩的方向始終與生產機械運動的方向相反，總是阻礙電動機的運轉。當電動機的旋轉方向改變時，負載轉矩的方向也隨之改變，始終是阻轉矩。軋鋼機和機床的平移機構等。7/20/202330A位能性恒轉矩負載特點是負載轉矩由重力作用產生，不論生產機械運動的方向變化與否，負載轉矩的大小和方向始終不變。起重設備提升重物時，負載轉矩為阻轉矩，其作用方向與電動機旋轉方向相反，當下放重物時，負載轉矩變為驅動轉矩，其作用方向與電動機旋轉方向相同，促使電動機旋轉。7/20/202331A恒功率負載的方向特點是屬于反抗性負載；大小特點是當轉速變化時，負載從電動機吸收的功率為恒定值。

即負載轉矩與轉速成反比。一些機床切削加工：車床粗加工時，切削量大，（大），用低速擋；精加工時，切削量小，（小），用高速擋。2恒功率負載特性7/20/202332A3通風機型負載特性通風機型負載的方向特點是屬于反抗性負載；大小特點是負載轉矩的大小與轉速n的平方成正比，即式中K——比例常數風機、水泵、油泵等。7/20/202333A應該指出，以上3類是典型的負載特性。實際生產機械的負載特性常為幾種類型負載的相近或綜合。例如起重機提升重物時，電動機所受到的除位能性負載轉矩外，還要克服系統機械摩擦所造成的反抗性負載轉矩，所以電動機軸上的負載轉矩應是上述兩個轉矩之和。7/20/202334A一臺50Hz、380伏的異步電動機若運行于60Hz、380伏的電網上，設輸出功率保持不變，問下列各量怎么變化？1）激磁電抗、激磁電流和電動機的功率因數；2）同步轉速和額定電流時的電機轉速；3）最大轉矩和臨界轉差率；4）起動轉矩；5）電機效率。本題題意為頻率增加，輸出功率不變。7/20/202335A（1）勵磁電抗增大；勵磁電流減小；功率因數增大，因I0減小所導致。（2）同步轉速增大；額定電流時轉速增大，工作點由a至b，額定轉速nN增加。（3）最大轉矩下降，臨界轉差率減小。（4）起動轉矩下降。（5）電動機效率升高。Temabnanb0S12n7/20/202336A一臺鼠籠異步電動機，原來轉子是銅條，后因損壞改成鑄鋁，如輸出同樣功率，在通常情況下，sN、cosφ1、η1、I1N、sm、Tmax、Tst

有何變化？答：鋁的電阻率比銅大，故轉子由銅條改為鋁條，實為增加轉子繞組電阻r2，其Tem-s曲線如圖曲線1。7/20/202337ATemTmaxabSbSa0S112Sm（1）sN增大，由圖知，工作點由a（sa）變至b（sb）。（2）cosφ1不變，因轉子電阻改變不影響電機從電網吸取的勵磁功率，故無功功率不變，由于輸出功率不變，則電機從電網吸取的有功功率基本不變，忽略電機損耗，所以基本不變。7/20/202338A（3）ηN下降：由于s增大，故轉子銅損增加，I1稍有增大，故定子銅損也稍大，而鐵損不變，機械損耗pmec因s增大n減小而稍有減小，但其減小幅度不及轉子繞組銅損增大幅度，故總損耗增加，效率降低。（4）I1N有所增大，因P2不變，cosφ1不變，ηN下降。（5）sm增大，因為sm∝r2′。（6）Tmax不變。（7）Tst增大。TemTmaxabSbSa0S112Sm7/20/202339A硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時，轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。

硬特性（R2小）軟特性（R2大）機械特性的軟硬不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。7/20/202340A三相異步電動機的單相運行三相異步電動機在運行過程中，若其中一相與電源斷開，就成為單相電動機運行。此時電動機仍將繼續轉動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。這種情況往往不易察覺，在使用電動機時必須注意。如果三相異步電動機在起動前就斷了一線，則不能起動，此時只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長了，也會使電動機燒壞。7/20/202341A定義：電動機接上電源，從靜止狀態到穩定運行的過程，簡稱啟動。主要指標：啟動轉矩越大越好。啟動電流越小越好。啟動時間啟動設備三相異步電動機的啟動7/20/202342A鼠籠式電機啟動性能不好，表現為：啟動電流大，啟動轉矩不大，鼠籠式電機啟動性能7/20/202343A啟動電流大的原因7/20/202344A啟動轉矩小的原因7/20/202345A很大的啟動電流在線路的阻抗上引起很大的電壓降，導致與電動機接在一個電網中的其它設備運行受到影響。啟動電流大的影響7/20/202346A鼠籠式異步電動機的啟動有兩種啟動方法：直接啟動和降壓啟動7/20/202347A直接啟動（全壓啟動）直接用開關把定子繞組接到電源上。優點：設備簡單，操作方便。缺點：啟動電流大。7/20/202348A三相電源開關熔斷器俗稱“保險”三相電動機操作時直接合上開關K電動機就啟動，最終達到穩定運行狀態。7/20/202349A電機本身在設計時，已考慮到對其動穩定和熱穩定的要求，只要線路壓降不超過額定電壓的（10～15）%均可用此方法啟動。發電廠由于供電容量大，一般都采取此方法。7/20/202350A降壓啟動降壓啟動就是在啟動時，降低加在電動機定子上的電壓，以減小啟動電流；運轉穩定后，再將電壓恢復到額定值。優點：減小啟動電流，滿足系統要求。缺點：降低了啟動轉矩。只適用對啟動轉矩沒有要求，又需限制啟動電流的地方。7/20/202351A降壓啟動常用方法定子回路串電抗器啟動星-角（Y-△）換接啟動串接自耦補償器（自耦變壓器）啟動7/20/202352A定子回路串電抗器啟動電抗器7/20/202353A星-角（Y-△）換接啟動只適用于運行時定子繞組為△接線，且每相繞組有兩個引出端的三相電動機。7/20/202354AY接線啟動電流僅為△接線的1/3。同樣啟動轉矩減小到只有△接線時的1/3。7/20/202355A星角轉接開關星角轉接開關7/20/202356A目前，國產系列三相異步電動機容量在以上時，均規定選用接法，以便于用戶選用星角換接啟動方法。適用于以下的電動機。7/20/202357A自耦補償器（自耦變壓器）啟動在啟動時串接自耦變壓器，通過自耦變壓器的變比（k）降壓后加在電動機上。優點：比串聯電抗器限制電流大；和Y-△換接相比，不受定子接線限制，還可以改變變比靈活使用。缺點：設備費用高。7/20/202358A繞線式異步電動機的啟動繞線式異步電動機三相繞組一般接成Y形如果直接短接和鼠籠式異步電動機一樣。為改善啟動性能，可在轉子回路串聯電阻。①、在轉子回路串聯啟動變阻器②、在轉子回路串頻敏變阻器7/20/202359A轉子串聯啟動變阻器7/20/202360A7/20/202361A串聯電阻，一方面增加轉子回路電阻，減少轉子和定子的啟動電流；另一方面提高轉子回路功率因數，增大轉子電流有功分量，也就是增大啟動轉矩。7/20/202362A當S=Sm=1，啟動轉矩等于最大轉矩，大大改善了啟動性能。7/20/202363A頻敏變阻器利用渦流原理（渦流損耗和電流頻率的平方成正比）。在轉子回路串頻敏變阻器7/20/202364A啟動瞬間S=1，轉子電流頻率最大，則頻敏變阻器的鐵損和等效電阻最大，可以限制啟動電流，提高啟動轉矩。隨轉速升高，頻率下降，鐵損和等效電阻自動減少。保證啟動過程有較大轉矩。啟動結束切除頻敏變阻器，把轉子繞組短接。7/20/202365A黃銅紫銅深槽和雙鼠籠式異步電動機趨膚（集膚）效應7/20/202366A異步電動機的調速調速：指在電機負載不變情況下，人為改變電機的轉速。調速方法變極調速變轉差率調速變頻調速7/20/202367A變頻調速（無級調速）f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~7/20/202368A變頻調速(無級調速)變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節范圍：0.5~幾百赫茲變頻調速方法可實現無級平滑調速，調速性能優異，因而正獲得越來越廣泛的應用。7/20/202369A

變極調速(有級調速)采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。7/20/202370A

U11U21U12U22iip=2··U11U12U21U22··NNSS7/20/202371AU11U21U12U22ii??p=1U11··U12U21U22SN7/20/202372A變轉差率調速是繞線型電動機特有的一種調速方法。優點是調速平滑、設備簡單、投資少缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。變轉差率調速(無級調速)7/20/202373ATonn'??TLTsoTLs

′s??7/20/202374A1.21.00.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2三相異步電動機工作特性曲線7/20/202375A定性分析：異步電動機空載時，轉速n≈n1。隨著負載P2增大→轉速n略降→轉子感應電勢E2s增大→轉子電流I2s增大→電磁轉矩增大以平衡負載轉矩。轉速特性n=?(P2)為一條略微下降的曲線。1.轉速特性n=?(P2)或轉差率特性s=?(P2)7/20/202376