异步电动机习题

1.类别、结构和

基

本

概

念2.

工

作

原

理3.

功

率

与

电

磁

转

矩4.

运

行

与

机

械

特

性异

步

电

动

机

习

题

课25.05.2020

1n₁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7

3

5

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

。A

2;

B4;

C6;

D

8。1.

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<25.05.2020

2

2.

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

1

0

%

;

C上升1/

(

1+

1

0%)

;

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。25.05.2020

3■

答：定子电动勢频率为f₁;

转子电动勢频率为

fz=sfi;■

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。■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?25.05.2020

4■

一台

三

相

异

步电

动

机，

其

额定

转

速

为1

4

7

0r/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

.

0

2

时

三

种

情

况

下，

试

求

：(1)

定子旋转磁场对定子的转速n₁-;(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n₂z;(4)

转子旋转磁场对定子的转速n₂-;(5)

转子旋转磁场对定子旋转磁场的转速。25.05.2020

5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。

25.05.2020

6不论转子转速n

等于多大，转子旋转磁场和定子旋转磁场定、转子磁动势之间的速度关系

n₂=n₁-n=sn₁N₁N₂N■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：25.05.2020

7JLAWWV1N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◎,左面三个导体为田)。25.05.2020

8滑环电刷转子磁场旋转结果，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

。25.05.2020

9DmecPcuz

Pmec+Paa3.

功

率

与

电

磁

转

矩感应电动机的功率图25.05.2020

10pcu

1

P

FeP

emD21I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Pkn=Poe=mGn■■

■

■

■

■

■25.05.2020

111

急-o25.05.2020

12TC,Z+6

T2=TC

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(

)。A

25%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

。25.05.2020

13■

一台6极异步电动机，Pv=28kW,Uv=380V,fi=50Hz,nv=950

转/分。■

额定负载时，

cox=

08:Pcui+pFe=2.2kW,Pmec=1.1kW

。

(机械和附加损耗)■

计算额定负载时的svPcu₂、Mv、I₁和fz。Pcu₂Pmec+Paap

cui

P

Fe25.05.2020Pemmec142■

解

：■

磁

极

对

数

：■

同

步

转

速

：■

额

定

转

差

率

：25.05.2020

15机

械

功

率

：子

铜

损

：入

功

率

：■总■转■

输25.05.202016■

定

子

电

流

：■

转

子

电

动

势

频

率

：25.05.2020

17■效

率

：■例

：

一台Y225M-4

型的三相异步电动机，定子绕组△结，额定数据为：P₂v=45kW,nx=1480r/min,Uv=380V,nn=92.3%,cosqn=0.88,

Is/In=7.0,Ts/Tv=1.9,Tmax/Tv=2.2,

求

：■(

1

)

额

定

电

流I?

(2)

额

定

转

差

率sx?

(3)

额

定

转

矩T

、

最大

转

矩Tmax

、和

起

动

转

矩T。25.05.2020

18解

：

(1)=84

.2

A

(2)由nv=1480r/min,

可知p=2(四极电动机)H

150Omj25.05.2020

19(3)■

上例中，如果负载转矩为510.2N·m,问在U=U和U'=0.9U两种情况下电动机能否起动?■

解：

U=U时，Ts=551.8N·m>510.2N·m,

能起

动■

在U'=0.9U

时，■

不能起动25.05.2020

20漏抗增大时25.05.2020

21T-s曲

线电压下降时异

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Tm

T①₁

、I₁

、I

₂、s

及η有何影响?25.05.2020

22答：因为Tm?,

而

sm与U₁无关，

因而电源电压下降后其Tm-s曲线如图所示。25.05.2020

23■

正常工作时，

稳定运行于

a

点，其对应转差率为s。。■当电压下降过多，

则电磁

转矩下降更多，当T<Tz

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

。25.05.2020

24■电压下降■

Tm>T₁,

则稳定运行于b

点(不停转),但此时：Tmax减小、

T

减小、D₀

减小、

s增大、

I₂

增大、η降低25.05.2020

25

■

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TcU₁²,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。25.05.2020

264.

运

行

与

机

械

特

性25.05.2020

27生产机械的负载转矩特性■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T

之间的关系

n=f(T)。■

各种生产机械特性大致可归纳为以下3种类型。25.05.2020

281

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

。25.05.2020

29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。25.05.2020

30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25.05.2020

31转

。2

恒

功

率

负

载

特

性

■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

，

((T,

大),用低速挡；

>精加工时，切削量小，

(T,

小),用高速挡。25.05.2020

32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Z=K式中

K

比例常数风机、水泵、油泵等。3■■25.05.2020

33■

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

。25.05.2020

341)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

。一台50Hz、380伏的异步电动机若运行于60Hz、3

8

0

伏的电

网

上

，设

输

出

功

率

保

持

不

变，

问

下

列

各

量

怎

么

变

化

?25.05.2020

35(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nv增加。(3)最大转矩下降，临界转差率减小。(

4

)

起

动

转

矩

下

降

。

T

em(5)

电动机效率升高。25.05.2020

36N■

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、γ1、l₁

N、Sm、Tmar、T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Tm-s曲线如图曲线1。25.05.2020

37(1)sv

增大，

由图知，工作点由a(sa)

变至b(sp)。(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

。25.05.2020

38S(3)ηv

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)I₁

N有所增大，因P₂

不变，

cosφ₁不变，

ηv下降。(5)sm

增大，因为sm≈rz'。

(6)T

不变。(7)T,增大。25.05.2020

39S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

。不同场合应选用不同的电机。7如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。机

械

特

性

的

软

硬■

硬特性：

负载变化时，转速变化不大，运行特性25.05.2020

40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

。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，25.05.2020

41三

相

异

步

电

动

机

的

启

动定

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25.05.2020

42鼠笼式电机启动性能■

鼠笼式电机启动性能不好，表现为：>启动

电

流

大

，,/√—5>启

动

转

矩

不

大

，

7/

=H225.05.2020

43启

动

电

流

大

的

原

因25.05.2020

44&S=Z₁G--

启

动

转

矩

小

的

原

因25.05.2020

45■

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25.05.2020

46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25.05.2020

47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。25.05.2020

48三相电源K开关熔

断

器俗称“保险”M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。25.05.2020

49b〇δBδ(Q6010口

工■

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

。25.05.2020

50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

。降

压

启

动■

降压启动就是在启动时，降低加在电动机定子25.05.2020

51降

压

启

动

常

用

方

法①定子回路串电抗器启动②星

-

角

(Y-△)换接启动③

串

接

自

耦

补

偿

器

(

自

耦

变

压

器

)

启

动25.05.2020

52定

子

回

路

串

电

抗

器

启

动25.05.2020

53K₂■

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

。星

-

角

(Y-△)

换

接

启

动25.05.2020

542

■

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

。&st△25.05.2020

55&.

LFh星

角

转

接

开

关25.05.2020

56星角转接开关■

目前，

国产γ系列三相异步电动机容量在4kW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

500V

以下的电动机。25.05.2020

57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

。25.05.2020

58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25.05.2020

59①

转

子

串

联

启

动

变

阻

器25.05.2020

60转子铁心转轴轴承一3

25.05.2020

61短

路

环滑

环串

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

。25.05.2020

62■

当

S=Sm=1,启动转矩等于最大转矩，大大改善

了启动性能。25.05.2020

63■

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25.05.2020

64结构原理图等效电路■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

。25.05.2020

65深

槽

和

双

鼠

笼

式

异

步

电

动

机>

趋

肤

(

集

肤

)

效

应25.05.2020

66黄

铜

紫

铜异

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25.05.2020

67f=50Hz十整流器变

频

调

速

(

无

级

调

速

)25.05.2020

68f₁

、U₁

可调逆

变

器IM

3

~变

频

调

速(

无

级

调

速

)·

变

频

调

速

方

法1.

恒转距调速

(f₁

<fiv)2.恒功率调速

(f₁>fiv)·

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。25.05.2020

69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

。25.05.2020

70U₂₁UuoU₂₁O

U1₂O

U₂₂à12p=225.05.2020

71U₂U₁₁J01UnOU₂₁ΩUi₂óU₂₂bp=1ÖU₂₂SNU₂₁U₁

11J.

1225.05.202072变

转

差

率

调

速

(

无

级

调

速

)■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

。25.05.2020

7325.05.2020