异步电动机习题

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10/5/20231电气设备及系统（一）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n＜n1时为

运行状态；当n＞n1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。

A2；B4；C6；D8。10/5/20232电气设备及系统（一）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%；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。10/5/20233电气设备及系统（一）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n1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。10/5/20234电气设备及系统（一）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。10/5/20235电气设备及系统（一）定、转子磁动势之间的速度关系n1nn2n2=n1–n=sn1不论转子转速

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。10/5/20236电气设备及系统（一）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：10/5/20237电气设备及系统（一）NS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⊕）。10/5/20238电气设备及系统（一）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（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。NS10/5/20239电气设备及系统（一）功率与电磁转矩感应电动机的功率图10/5/202310电气设备及系统（一）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10/5/202311电气设备及系统（一）10/5/202312电气设备及系统（一）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（）。

A25%的转子铜耗；B75%是转子铜耗；

C75%是输出功率；D25%是总机械功率。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

。10/5/202313电气设备及系统（一）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、ηN、I1和f2。10/5/202314电气设备及系统（一）解：磁极对数：同步转速：额定转差率：10/5/202315电气设备及系统（一）总机械功率：转子铜损：输入功率：10/5/202316电气设备及系统（一）效率：定子电流：转子电动势频率：10/5/202317电气设备及系统（一）解:

（1）例：一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△结，额定数据为：P2N=45kW，nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=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。10/5/202318电气设备及系统（一）（2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）（3）10/5/202319电气设备及系统（一）上例中，如果负载转矩为510.2N•m,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=551.8N•m>510.2N•m，能起动在U′=0.9UN时，不能起动

10/5/202320电气设备及系统（一）T-s曲线电压下降时漏抗增大时转子电阻增大时10/5/202321电气设备及系统（一）异步电动机带额定负载运行，且负载转矩不变，若电源电压下降过多时，对电动机的Tmax、Tst、Φ1、I1、I2、s

及η有何影响？10/5/202322电气设备及系统（一）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。10/5/202323电气设备及系统（一）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Tm<TL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。10/5/202324电气设备及系统（一）电压下降Tm>TL，则稳定运行于b

点（不停转），但此时：Tmax减小、

Tst减小、Ф0减小、

s增大、I2增大、η降低10/5/202325电气设备及系统（一）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T

U12

，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，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

。10/5/202326电气设备及系统（一）运行与机械特性10/5/202327电气设备及系统（一）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10/5/202328电气设备及系统（一）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。10/5/202329电气设备及系统（一）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。10/5/202330电气设备及系统（一）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。10/5/202331电气设备及系统（一）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），用高速挡。2恒功率负载特性10/5/202332电气设备及系统（一）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。10/5/202333电气设备及系统（一）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。10/5/202334电气设备及系统（一）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。10/5/202335电气设备及系统（一）（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。Temabnanb0S12n10/5/202336电气设备及系统（一）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、cosφ1、η1、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。10/5/202337电气设备及系统（一）TemTmaxabSbSa0S112Sm（1）sN

增大，由图知，工作点由a（sa）变至b（sb）。（2）cosφ1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。10/5/202338电气设备及系统（一）（3）ηN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，cosφ1不变，ηN下降。（5）sm

增大，因为sm∝r2′。（6）Tmax不变。（7）Tst增大。TemTmaxabSbSa0S112Sm10/5/202339电气设备及系统（一）硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时，转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。

硬特性

（R2小）软特性（R2大）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。10/5/202340电气设备及系统（一）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。10/5/202341电气设备及系统（一）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。启动时间启动设备三相异步电动机的启动10/5/202342电气设备及系统（一）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10/5/202343电气设备及系统（一）启动电流大的原因10/5/202344电气设备及系统（一）启动转矩小的原因10/5/202345电气设备及系统（一）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10/5/202346电气设备及系统（一）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10/5/202347电气设备及系统（一）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。10/5/202348电气设备及系统（一）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。10/5/202349电气设备及系统（一）电机本身在设计时，已考虑到对其动稳定和热稳定的要求，只要线路压降不超过额定电压的（10～15）%

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。10/5/202350电气设备及系统（一）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。10/5/202351电气设备及系统（一）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10/5/202352电气设备及系统（一）定子回路串电抗器启动电抗器10/5/202353电气设备及系统（一）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。10/5/202354电气设备及系统（一）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。10/5/202355电气设备及系统（一）星角转接开关星角转接开关10/5/202356电气设备及系统（一）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。10/5/202357电气设备及系统（一）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。10/5/202358电气设备及系统（一）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。①、在转子回路串联启动变阻器②、在转子回路串频敏变阻器10/5/202359电气设备及系统（一）转子串联启动变阻器10/5/202360电气设备及系统（一）10/5/202361电气设备及系统（一）串联电阻，一方面增加转子回路电阻，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。10/5/202362电气设备及系统（一）当S=Sm

=1，启动转矩等于最大转矩，大大改善了启动性能。10/5/202363电气设备及系统（一）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10/5/202364电气设备及系统（一）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。10/5/202365电气设备及系统（一）黄铜紫铜深槽和双鼠笼式异步电动机趋肤（集肤）效应10/5/202366电气设备及系统（一）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速变频调速10/5/202367电气设备及系统（一）变频调速（无级调速）f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~10/5/202368电气设备及系统（一）变频调速(无级调速)变频调速方法恒转距调速（f1<f1N）恒功率调速（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。10/5/202369电气设备及系统（一）

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。10/5/202370电气设备及系统（一）

U11U21U12U22iip=2··U11U12U21U22··NNSS10/5/202371电气设备及系统（一）U11U21U12U22ii••p=1U11··U12U21U22SN10/5/202372电气设备及系统（一）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)10/5/202373电气设备及系统（一）Tonn'••TLTsoTLs

´s••10/5/202374电气设备及系统（一）1.21.00.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2三相异步电动机工作特性曲线10/5/202375电气设备及系统（一）定性分析：异步电动机空载时，转速n≈n1。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=ƒ(P2)为一条略微下降的曲线。1.转速特性n=ƒ(P2)或转差率特性s=ƒ(P2)