第二次讨论：异步机 (1)

1、电机学讨论课电机学讨论课2013.122013.12异步电机要求要求 每个组每个组3题，每道题题，每道题25分，共计分，共计75分为全组基础得分为全组基础得分，评分考量讨论分析过程，不仅仅是正确答案分，评分考量讨论分析过程，不仅仅是正确答案，讨论激烈组额外加讨论激烈组额外加5分分，讨论时间，讨论时间30分钟分钟 每组代表上台发言（三题代表不能是一个人，时每组代表上台发言（三题代表不能是一个人，时间控制在三分钟内），其他同学可针对代表发言间控制在三分钟内），其他同学可针对代表发言进行纠正或补充，上述进行纠正或补充，上述个人额外加个人额外加5分分 讨论课上请不要保持安静（他人发言的时候除外讨论课上

2、请不要保持安静（他人发言的时候除外），鼓励提出自己的分析和想法），鼓励提出自己的分析和想法1 1、电动机拖动额定负载运行时，若电源电压、电动机拖动额定负载运行时，若电源电压下降过多下降过多，往往会使电动机过热甚至烧毁，试，往往会使电动机过热甚至烧毁，试说明原因。说明原因。第一组第一组定转子电流超过额定值，引起电机温度升高甚定转子电流超过额定值，引起电机温度升高甚至烧毁电机。至烧毁电机。112212222()pmemfkrsTUrxs1UemTns2rs22cosTmemTCIm瞬间2cosLT 不变2I1I2 2、异步电动机在相同电源电压下，满载和空载异步电动机在相同电源电压下，满载和空载起动

3、时，起动电流是否相同？起动转矩是否相同起动时，起动电流是否相同？起动转矩是否相同？为什么？为什么？第一组第一组答：三相异步电动机在相同电源电压下，满载和答：三相异步电动机在相同电源电压下，满载和空载启动时，启动电流和启动转矩都相同空载启动时，启动电流和启动转矩都相同。 221221221112xxrrrUfPmTst 221221121xxrrUIIIst 3.3.同一台鼠笼异步电动机若将转子同一台鼠笼异步电动机若将转子铜铜导条改为导条改为铸铝导条铸铝导条，试问，试问转差率、功率因素转差率、功率因素各有什么影各有什么影响？（假定响？（假定恒恒功率功率负载且供电电压保持不变）。负载且供电电压保持

4、不变）。第一组第一组 铝的电阻率比铜大，故转子由铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条铜条改为铝条，实为实为增加转子绕组电阻增加转子绕组电阻r r2 2，其，其T-sT-s曲线如图曲线曲线如图曲线1 1。输出同样功率（如额定功率。输出同样功率（如额定功率），），由由 得曲线得曲线2 2。160122(1)60PPPTnnsT2221rr 0 sTmaxsk =1sasb210（1 1）s s增大增大，由图知，工作点由，由图知，工作点由a a（s sa a）变至）变至b b（s sb b）。）。（转差率增大，转子铜耗也增大）（转差率增大，转子铜耗也增大）（2 2） 不变，因转子电阻改变不变，因转

5、子电阻改变不影响电机从不影响电机从电网吸取的励磁功率电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，由于，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，忽略电机损耗，所以 基本不变基本不变。cos1 1、异步电动机异步电动机断了一根电压线断了一根电压线（电源进线）（电源进线）后，后，为什么为什么不能启动不能启动？而在？而在运行时断了一根线运行时断了一根线，为，为什么能什么能继续转动继续转动？这两种情况对电动机有何影？这两种情况对电动机有何影响？响？第二组第二组 只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长，烧只能听到嗡嗡声

6、，这时电流很大，时间长，烧坏电动机。坏电动机。 运行时断一根线，单相运行，转子转动，脉动运行时断一根线，单相运行，转子转动，脉动磁场对转子产生的作用力在两方向上不同，所以电磁场对转子产生的作用力在两方向上不同，所以电动机仍能继续转动。若此时还带动额定负载，则势动机仍能继续转动。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。必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。断一根线单相电源脉振磁场不能正常启动2 2、异步电动机采用转子串电阻启动时，异步电动机采用转子串电阻启动时，所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？所串电阻愈大，启动转矩是否也愈大？第二组第二组TT232221rrr

7、0 sTmaxsk =1Tst1Tst2Tst3=Tmax 221221121xxrrUIIIst 221221221112xxrrrUfPmTst 转子串转子串合适合适电阻启动，既能减少启动电流又能增大电阻启动，既能减少启动电流又能增大启动转矩启动转矩3. 为什么异步电动机不宜为什么异步电动机不宜长期轻载长期轻载运行？运行？第二组第二组1） 轻载轻载转差率小，；转子侧电流接近于转差率小，；转子侧电流接近于0定子电流几乎全部都是定子电流几乎全部都是励磁电流励磁电流功率因数低功率因数低维持气隙中主磁场和定、维持气隙中主磁场和定、转子的漏磁场都需无功功转子的漏磁场都需无功功率率效率低。效率低。 原

8、因是由于轻载原因是由于轻载时，时，输出的有功功率小，输出的有功功率小，而不变损耗（铁耗和机耗）占而不变损耗（铁耗和机耗）占输入功率输入功率较较大，因此效率低。大，因此效率低。不宜长期轻载运行，避免不宜长期轻载运行，避免“大马拉小车大马拉小车”。1 1、异步电动机异步电动机正在运行正在运行时，转子突然时，转子突然被被卡住卡住，这时电动机的，这时电动机的电流电流会如何变会如何变化？为什么？有何影响？化？为什么？有何影响？第三组第三组电流将是巨大的，其值为电机的启动电流，电流将是巨大的，其值为电机的启动电流，一般是一般是5-75-7倍的额定运行电流。倍的额定运行电流。 突然卡住s=1r1 x KIk

9、NUU2x2r2(1)0s rs2 2. . 一台三相六极交流电机通以三相对称正弦电一台三相六极交流电机通以三相对称正弦电流，频率为流，频率为50Hz50Hz，请问：，请问：（1 1）气隙中是否存在三次谐波磁势？是否存在）气隙中是否存在三次谐波磁势？是否存在5 5次和次和7 7次谐波磁势？为什么？次谐波磁势？为什么？（2 2）假定基波的旋转方向为正，那么）假定基波的旋转方向为正，那么5 5次谐波次谐波和和7 7次谐波的旋转方向如何？转速多大？次谐波的旋转方向如何？转速多大？第三组第三组IPNkFWm39 . 033 xtFFmA3sinsin33 xtFxtFFmmB3sin)120sin(1

10、203sin)120sin(030033 xtFxtFFmmC3sin)120sin(1203sin)120sin(030033 03333 CBAFFFf(1)(1)通三相对称正弦电流，三次谐波合成磁势为通三相对称正弦电流，三次谐波合成磁势为零，气隙不存在三次谐波磁势；但存在零，气隙不存在三次谐波磁势；但存在5 5次和次和7 7次次谐波磁势。谐波磁势。(2)5(2)5次转向为负，次转向为负，n n5 5=n=n1 1/5=1000=200r/min/5=1000=200r/min7 7次为正次为正,n,n7 7=n=n1 1/7=1000/7=143r/min/7=1000/7=143r/m

11、in)7cos(23)5cos(237m75m5xtFfxtFf )cos(2311xtFFm 3.3.某一台三相异步电动机，其某一台三相异步电动机，其起动能力起动能力为为1.31.3，当电源电压下降，当电源电压下降30%30%时（即电源电压只有额时（即电源电压只有额定电压的定电压的70%70%）时，电动机轴上的负载为额定）时，电动机轴上的负载为额定负载的一半，问电动机能否起动起来？为什负载的一半，问电动机能否起动起来？为什么么？第三组第三组 T Tstst=1.3=1.3* *(0.7)(0.7)* *(0.7)(0.7)* *T TN N=0.637T=0.637TN N T TL L=0

12、.5T=0.5TN N T TststTTL L 故，能起动故，能起动 221221221112xxrrrUfPmTst 1. 1. 一台三相异步电动机，一台三相异步电动机，星型接法星型接法，电压，电压380V380V，频率频率50Hz50Hz；现在把它改为；现在把它改为三角形接法三角形接法后接在后接在220V220V、50Hz50Hz的电源上运行，问电机的的电源上运行，问电机的额定功率、额定额定功率、额定转速转速等运行数据是否会发生变化？为什么？等运行数据是否会发生变化？为什么？第四组第四组采用这两种接线时，相电压采用这两种接线时，相电压U U相同相同，均为，均为220V220V；相；相电流

13、电流I I=U=U/Z/Z相同；效率相同；效率N N、功率因数、功率因数 、功率、功率P PN N及及转速转速n nN N均相等均相等。结论结论： 380/220V 380/220V，Y/Y/接线的三相异步电动机，每相绕组接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压均为所受的电压均为220V220V，故当电源线电压为，故当电源线电压为380V380V时定子绕时定子绕组接成组接成Y Y 接线，当电源电压为接线，当电源电压为220V220V时，定子绕组接成时，定子绕组接成形接线。形接线。2. 如果电源如果电源电压电压显著显著不对称不对称，三相异步电动机，三相异步电动机运行有什么现象？运行有什么现象？能

14、否带能否带额定额定负载负载长期长期运行，运行，为什么？为什么？第四组第四组1) 电压不对称运行电压不对称运行 负序旋转磁动势叠加在正序旋转磁动势上负序旋转磁动势叠加在正序旋转磁动势上 产生椭圆形旋转磁动势产生椭圆形旋转磁动势其幅值时大时小其幅值时大时小,电磁转矩也时大时小电磁转矩也时大时小 引起电机振动，转速不均，并有电磁噪声引起电机振动，转速不均，并有电磁噪声.2) 负序旋转磁场产生反向电磁转矩负序旋转磁场产生反向电磁转矩 对正向电磁转矩起制动作用对正向电磁转矩起制动作用总合成转矩减小总合成转矩减小电机出力减小，过载能力下降严重时会导电机出力减小，过载能力下降严重时会导致电机停转致电机停转.

15、 电压不对称运行电压不对称运行负载不变负载不变定、转子电流增大，定、转子电流增大，温升升高温升升高效率下降。效率下降。4) 电压不对称运行电压不对称运行可能使某相负序分量电流与正序分量电流可能使某相负序分量电流与正序分量电流同相（或相位差很小）同相（或相位差很小）该该相电流过大相电流过大不能带额定负载长期运行不能带额定负载长期运行3.两台两台相同相同的的笼型笼型异步电动机同轴拖动同一个异步电动机同轴拖动同一个负载。起动时把两台电机的负载。起动时把两台电机的定子绕组串联定子绕组串联后接后接至电网，至电网，起动完毕后再改为并联接到电网起动完毕后再改为并联接到电网。与。与并联起动方式相比，串联起动方

16、式对电机的起并联起动方式相比，串联起动方式对电机的起动转矩和电流以及电网电流有什么影响？动转矩和电流以及电网电流有什么影响？第四组第四组ABCABC答：串联起动，每台电机的答：串联起动，每台电机的电压电压为并联起动的为并联起动的1/2，因此电机的，因此电机的电流电流也是也是1/2，转矩转矩是是1/4，电电网电流是网电流是1/4。22222111)(kxsrsrUpmT 2211221112)()(xCxsrCrUI 1 1、三相异步电动机接三相电源的三根引线中、三相异步电动机接三相电源的三根引线中的的两根对调两根对调，启动后此电动机是否会反转？为，启动后此电动机是否会反转？为什么？什么？第五组

17、第五组电动机的旋转方向会发生改变。对调两根线旋转磁场方向改变相序改变转子绕阻受力方向相反反转2 2、一台星形接法的异步电动机，在一台星形接法的异步电动机，在运行中突然运行中突然切断三相电流切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组立即，并同时将任意两相定子绕组立即接入接入直流电源直流电源，这时异步电动机的工作状况如何，这时异步电动机的工作状况如何，试用图分析之。，试用图分析之。第五组第五组答：答：U U、V V两相定子绕组通入直流电流两相定子绕组通入直流电流I If f方向如图方向如图所示，它产生恒定方向的磁场（如图表示，方向所示，它产生恒定方向的磁场（如图表示，方向向左）。由于转子惯性仍以原转向

18、向左）。由于转子惯性仍以原转向 （假定为顺（假定为顺时针方向）旋转，则转子导体便切割定子恒定磁时针方向）旋转，则转子导体便切割定子恒定磁场感应电动势和电流（方向由场感应电动势和电流（方向由”右手发电机右手发电机”定定则判定），此电流的有功分量与定子恒定磁场相则判定），此电流的有功分量与定子恒定磁场相互作用，转子导体受到图示方向力的作用，并形互作用，转子导体受到图示方向力的作用，并形成成逆时针逆时针方向的电磁转矩方向的电磁转矩T Temem，它对转子起制动作，它对转子起制动作用，使转子很快用，使转子很快停止停止下来。下来。3. 3. 异步电动机的气隙为什么要尽可能地小？它与异步电动机的气隙为什么

19、要尽可能地小？它与同容量变压器相比，为什么空载电流较大？同容量变压器相比，为什么空载电流较大？ 第五组第五组（1 1）异步电动机气隙小的目的是为了异步电动机气隙小的目的是为了减小其减小其励磁电流励磁电流( (空载电流空载电流) )，从而，从而提高电动机功率因提高电动机功率因数数。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，。因异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，磁电流又属于感性无功性质，故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。相应就能提高电机的功率因数。（2 2）异步电动机与变压器一样，均为交流异步电动机与变压器一样，均为交流励磁的电机。它们励磁的电机。它们U U1 1-E-E1 1-0 0-I-I0 0的分的分析思路相同。析思路