第四章三相异步电动机
思考题与习题
4.1三相异步电动机为什么会旋转，怎样改变它的转向。
什么是异步电动机的转差率如何根据转差率来判断异步电机的运行状态
在三相绕线转子异步电动机中，如将定子三相绕组短接，并且通过滑环向转子绕组通入三相交流电流，转子旋转磁场若为顺时针方向，问这时电动机能转吗如能旋转，其转向如何
异步电动机为什么又称感应电动机
异步电动机中的空气隙为什么做得很小
假如有一台星形联结的三相异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组（如U、V相）立即接入直流电源，这时异步电动机的工作状态如何，试画图分析。
一台三相单层绕组电机，极数2p=4，定子槽数Z=36，每相并联支路数a=2，试列出60o相带的分相情况，并画出三相单层交叉式绕组展开图。
一台交流电机，Z=36，2p=4，y=7，a=2。试列出60o相带分相情况，并画出双层叠绕组的展开图。
试述短距系数k y1和分布系数k q1的物理意义
交流电机一相绕组电动势的频率、波形、大小与哪些因素有关哪些由构造决定哪些由运行条件决定
一台三相双层绕组电机，Z=36，2p=4，?1=50H z，y1=7/9τ，试求基波、五次谐波与七次谐波的绕组系数，若完全消除五次谐波分量，y1应取多少实际中，本题采用短距的方法能否将五次谐波电动势完全消除
一台4极，Z=36的三相交流电机，采用双层叠绕组， a=1，y1=7/9τ，每个线圈匝数N c=20，每极气隙基波磁通Φ1= ×10-3Wb，试求每相绕组基波电动势的大小
交流电机单相绕组基波磁动势的幅值大小、位置和脉动频率与哪些因素有关其中哪些因素由构造决定哪些由运行条件决定交流电机三相绕组合成基波圆形旋转磁场的幅值、空间位置、转速和转向各与哪些因素有关其中哪些因素由构造决定哪些由运行条
件决定
一台50H z交流电机，通入60H z的三相对称交流电流，设电流的大小不变，问此时基波合成磁动势的幅值大小、转速和转向如何变化三相绕组中通入三相负序电流时，与通入幅值相同的三相正序电流时相比较，磁动势有何不同。若通入三相同相位的交流电流时又如何
若在两相对称绕组中（两相绕组匝数相同，在空间相隔90o电角度），通入对称的两相电流，试证明两相的合成磁动势为旋转磁动势。
一台三相交流电机， 2p=6，Z=36，定子双层叠绕组，y=5/6τ，每相串联匝数N=72，当通入50H z三相对称电流，每相电流I=20A时，试计算三相基波合成磁动势的幅值和转速。
一台异步电动机额定运行时，通过气隙传递的电磁功率约有3%转化为转子铜损耗，试问这时电动机的转差率是多少有多少转化为总机械功率
在异步电动机等效电路图中，Z m反映什么物理量是否为变量在额定电压下电动机由空载到满载，Z m如何变化
一台P N=、Y/D联结、380/220V、cosΦN=、ηN=、n N=1450r/min 的三相异步电动机，试求：（1）接成Y联结及D联结时的额定电流；（2）同步转速n1及定子磁极对数p；（3）带额定负载时的转差率s N。
一台6极异步电动机额定功率P N=28kW、额定电压U N=380V，频率为50H z，额定转速n N=950r/min，额定负载时cosΦ1=，P Cu1+P Fe=，P mec=，P ad=0，试计算在额定负载时的s N、P Cu2、ηN、I1和?2。
一台三相四极Y联结的异步电动机，P N=10kW、U N=380V，I N=11.6A，额定运行时，P Cu1=560W，P Cu2=310W，P Fe=270W，P mec=70W，P ad=200W，试求额定运行时的：（1）额定转速n N；（2）空载转矩T0；（3）输出转矩T2；（4）电磁转矩T em。
已知一台三相异步电动机定子输入功率为60kW，定子铜损耗为600W，铁损耗为400W，转差率为，试求电磁功率P em、总机械功率
P MEC和转子铜损耗P Cu2。
一台P N=、U N=380V，?1=50H z的三相四极异步电动机，在某运行情况下,自定子方面输入的功率为=341W， P Cu2=，P Fe=，P mec=45W, P ad=29W，试绘出该电动机的功率流程图，并计算在该运行情况下，电动机的效率、转差率、转速、空载转矩、输出转矩和电磁转矩。
有一台四极异步电动机，P N=10kW、U N=380V，?=50H z，转子铜损耗P Cu2=314W，附加损耗P ad=102W，机械损耗P mec=175W，求电动机的额定转速及额定电磁转矩。
电机与拖动许晓峰课后 答案 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】
第一章 直流电动机 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数 减少一半，电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 答：感应电动势（参见图）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流 和气隙磁通的乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两 头对调，且电枢反转，此时能自励。 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线 性变化，这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程 中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 解：额定电流： A A U P I N N N 48.4323010103=?== 额定负载时的输入功率： kW kW N N P P 76.1185.0101===η 图 题图
1.17 解：额定负载时的输入功率： kW kW N N P P 48.2083 .0171===η 额定电流： 解：（1）绕组节距计算 4 15154 24222121=-=-=== =-=±=y y p Z y y y y k ε （2）绕组展开图如图所示（采用右行短距绕组） （3）并联支路数如下： 422===a ，p a 54141921=+=±=εp Z y 解：（1）绕组节距计算 54141921=+=±=εp Z y 图 题图
第四章三相异步电动机 思考题与习题 4.1三相异步电动机为什么会旋转，怎样改变它的转向。 4.2 什么是异步电动机的转差率？如何根据转差率来判断异步电机的运行状态？ 4.3 在三相绕线转子异步电动机中，如将定子三相绕组短接，并且通过滑环向转子绕组通入三相交流电流，转子旋转磁场若为顺时针方向，问这时电动机能转吗？如能旋转，其转向如何？ 4.4 异步电动机为什么又称感应电动机？ 4.5 异步电动机中的空气隙为什么做得很小？ 4.6 假如有一台星形联结的三相异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组（如U、V相）立即接入直流电源，这时异步电动机的工作状态如何，试画图分析。 4.7 一台三相单层绕组电机，极数2p=4，定子槽数Z=36，每相并联支路数a=2，试列出60o相带的分相情况，并画出三相单层交叉式绕组展开图。 4.8 一台交流电机，Z=36，2p=4，y=7，a=2。试列出60o相带分相情况，并画出双层叠绕组的展开图。 4.9 试述短距系数k y1和分布系数k q1的物理意义？ 4.10 交流电机一相绕组电动势的频率、波形、大小与哪些因素有关？哪些由构造决定？哪些由运行条件决定？
4.11 一台三相双层绕组电机，Z=36，2p=4，?1=50H z，y1=7/9τ，试求基波、五次谐波与七次谐波的绕组系数，若完全消除五次谐波分量，y1应取多少？实际中，本题采用短距的方法能否将五次谐波电动势完全消除？ 4.12 一台4极，Z=36的三相交流电机，采用双层叠绕组，a=1，y1=7/9τ，每个线圈匝数N c=20，每极气隙基波磁通Φ1=7.5 × 10-3Wb，试求每相绕组基波电动势的大小？ 4.13 交流电机单相绕组基波磁动势的幅值大小、位置和脉动频率与哪些因素有关？其中哪些因素由构造决定？哪些由运行条件决 定？ 4.14 交流电机三相绕组合成基波圆形旋转磁场的幅值、空间位置、转速和转向各与哪些因素有关？其中哪些因素由构造决定？哪些由 运行条件决定？ 4.15 一台50H z交流电机，通入60H z的三相对称交流电流，设电流的大小不变，问此时基波合成磁动势的幅值大小、转速和转向如何变化？ 4.16 三相绕组中通入三相负序电流时，与通入幅值相同的三相正序电流时相比较，磁动势有何不同。若通入三相同相位的交流电流时又如何？ 4.17 若在两相对称绕组中（两相绕组匝数相同，在空间相隔90o 电角度），通入对称的两相电流，试证明两相的合成磁动势为旋转磁动势。
1.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电枢回路不串电阻的条件下，n 和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。 （二）判断题： 1. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×） 2. 直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都将突变。（√） 3. 提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（√） 4. 他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（×） 5. 他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（√）（三）选择题： 1. 电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②） ①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义； ②系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量； ③系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 1.他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化， 那么这条人为特性一定是:（③） ①串电阻的人为特性；②降压的人为特性； ③弱磁的人为特性。 3. 直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（②） ①为了使起动过程平稳；②为了减小起动电流； ③为了减小起动转矩。 4当电动机的电枢回路铜耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于（②） ①能耗制动状态；②反接制动状态；③回馈制动状态。 5. 他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（②） ① I1
第一章 直流电动机 1.6 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数减少一半， 电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 1.7 答：感应电动势（参见图1.3）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 1.8 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气隙磁 通的乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 1.14 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两头对调， 且电枢反转，此时能自励。 1.15 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线性变化， 这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 1.16 解：额定电流： 额 定负载时 的 输 入 功 率 ： 1.17 解：额定负载时的输入功率： k W k W N N P P 48.2083 .0171 === η kW kW N N P P 76.1185.0101 === ηA A U P I N N N 48.4323010103 =?= = 图1.3 题1.7图
额定电流： 1.18 解：（1）绕组节距计算 （2）绕组展开图如图1.4所示（采用右行短距绕组） （3 1.19解：（1）绕组节距计算 4 5992 1 1911 2 =-=-==-=-= = y y y y p K y k 541 41921=+=±= εp Z y 1 = y =a 4 151 54 2 42221 2 1 =-=-=== =-=±=y y p Z y y y y k ε图1.4 题1.18图
电机及拖动》课程项目 课程名称：电机及拖动 指导教师：肖莹 项目名称：异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性分析班级、组次：15 级过控二班第五组课题组的分工或贡献： 2017年12 月
异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性分析 吴永康 (燕山大学电气工程学院) 摘要：主要目的是拆解和观察绕线式异步电机的基本组成部分，熟悉绕线式异步电机的结构、类型及铭牌数据。强 调学生动手操作能力；增强学生对异步电机结构的感性认识，掌握异步电机内部结构及工作原理；掌握异步电机绕组组成、绕制、嵌线及异步电机装配过程。了解异步电机测试、检修方法，并能对异步电动机进行初步的维护保养及常见故障排除与检修；分析异步电机的基本工作原理，分析异步电机的制动特性。最终，对电机的结构及工作特性进一步熟悉并掌握。 前言： (1 )背景及目的: 为了深入了解并掌握电机及其拖动的相关知识，深入分析交流电机的结构及其交流电机的制动特性，提高解决工程实际问题的能力和独立思考问题的基本能力，本组以交流电机为例进行了相关的项目研究。 (2 )范围所研究的范围包括对于交流电机的拆解并记录相关数据；调查交流电动机在实际生化中的应用；研究鼠笼异步电机的结构和四象限运行的特性分析。 (3 )相关领域所做的工作特色：交流电机适用范围广，工作效率高，并向节能环保方向发展，电动机行业成为节能潜力最大的产业之一。同时随着机电一体化的发展，国际上技术领先的国家已经大量采用电力电子技术、计算机技术、传感器技术改造电机产品，新技术的应用给电机行业带来了新出的发展机遇。 (4 )项目切入点：主要研究异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性。 1任务实施及内容记录 1.1拆解电机步骤及数据记录 ( 1)复习鼠笼异步电机的结构及工作原理，了解内部基本结构，各部分所起的作用； (2) 观察鼠笼异步电机的结构，记录异步电机的铭牌数据，将有关数据填入下表中。根据名牌数据计算额定转矩并判断电机的极数和同步转速。
（一）填空题： 1. 当s在0～1范围内，三相异步电动机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。 2. 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机两类。 3. 一台六极三相异步电动机接于50H z的三相对称电源，其s=0.05，则此时转子 转速为950r/min，定子旋转磁动势相对于转子的转速为50r/min，定子旋转磁动势相对于转子旋转磁动势的转速为0r/min。 4. 一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50H z的对称交流电流，其合成磁动势为 圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min。 5. 一个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同而转向相反的旋转磁动势。 6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若用短距绕组，其节距y应选为4/5τ，此时基波短距系数为0.951。 7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为是模拟总机械功率的等 值电阻。 8. 三相异步电动机在额定负载运行时，其转差率s一般在 1. 不管异步电动机转子是旋转还是静止，定子旋转磁动势和转子旋转磁动势之间都是相对静止的。（√） 2. 三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为转子铜损耗。（√） 3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。（√） 4. 通常，三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转子异步电动机的定、转子相数则相等。（√） 5. 三相异步电动机转子不动时，转子绕组电流的频率与定 子电流的频率相同。（√） （三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i u=I m sinωt，i v=I m sin(ωt+120o)， i w=I m sin(ωt-120o)的三相电流，当ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（③） ① u相绕组轴线上；② v相绕组轴线上； ③ w相绕组轴线上；④在三相绕组轴线之外的某一位置。 2. 三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是：（③） ①异步电动机是旋转的；②异步电动机的损耗大； ③异步电动机有气隙；④异步电动机有漏抗。 3. 三相异步电动机空载时气隙磁通的大小主要取决于：（①） ①电源电压；②气隙大小； ③定、转子铁心材质；④定子绕组的漏阻抗。
1.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ=ΦN，电枢回路不串电阻的条件下，n和Tem 的关系。 2.直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3.如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗制动瞬间电枢电流的2倍。 4.当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5.拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。 （二）判断题： 1.直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×） 2.直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都将突变。（√） 3.提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（√） 4.他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（×） 5.他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（√） （三）选择题： 1.电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②） ①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义； ②系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量； ③系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 1.他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这 条人为特性一定是:（③） ①串电阻的人为特性；②降压的人为特性； ③弱磁的人为特性。 3.直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（②） ①为了使起动过程平稳；②为了减小起动电流； ③为了减小起动转矩。 4当电动机的电枢回路铜耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于（②） ①能耗制动状态；②反接制动状态；③回馈制动状态。 5.他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为I1和I2，那么：（②） ①I1
六、自测题参考答案 （一）填空题 1．拖动恒转矩负载运行的三相异步电动机，其转差率s 在 0～s m 范围内时，电动机都能稳定运行。 2．三相异步电动机的过载能力是指 T m /T N 。 3．星形—三角形降压起动时，起动电流和起动转矩各降为直接起动时的 1/3 倍。 4．三相异步电动机进行能耗制动时，直流励磁电流越大，则初始制动转 越大 。 5．三相异步电动机拖动恒转矩负载进行变频调速时，为了保证过载能力和主磁通不变，则U 1应随1f 按 正比 规律调节。 （二）判断题 1．由公式2'2cos ?γI C T m em Φ=可知，电磁转矩与转子电流成正比，因为直接 起动时的起动电流很大，所以起动转矩也很大。（×） 2．深槽式与双笼型三相异步电动机，起动时由于集肤效应而增大了转子电阻，因此具有较高的起动转矩倍数。（√） 3．三相绕线转子异步电动机转子回路串人电阻可以增大起动转矩，串人电阻值越大，起动转矩也越大。（×） 4．三相绕线转子异步电动机提升位能性恒转矩负载，当转子回路串接适当的电阻值时，重物将停在空中。（√） 5．三相异步电动机的变极调速只能用在笼型转子电动机上。（√） （三）选择题 1．与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的(B]。 A ．转子串接电阻的人为机械特性 B ．降低电压的人为机械特性 C ．定子串电阻的人为机械特性 2．一台三相笼型异步电动机的数据为，P N =20Kw ，U N =380V ，λT =1.15，k 1=6，定子绕组为三角形联结。当拖动额定负载转矩起动时，若供电变压器允许起动电流不超过12I N ，最好的起动方法是：（A ）。
第四章三相异步电动机 思考题与习题答案 4.3答：能转，转向为逆时针方向。 当转子绕组通入三相交流电流时，将产生旋转磁场，同步转速为n1，假定旋转磁场为顺时针方向，那么定子绕组便产生感应电动势和感应电流，此电流在磁场的作用下又会产生电磁转矩（顺时针方向），但因定子不能转动，故反作用于转子，使得转子向逆时针方向旋转。4.5 答：异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而提高电动机功率因数。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。4.6 答：U、V两相定子绕组通入直流电流I f方向如图4.2a所示，它产生恒定方向的磁场（如图4.2b所示，方向向左）。由于惯性转子仍以原转向（假定为顺时针方向）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“右手发电机”定则判定），此电流有的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，并形成逆时针方向的电磁转。
图4.2 题4.6图 4.9 答：基波短距系数k y1的物理意义：电机绕组采用短矩绕组后，其基波电动势比采用整距绕组时的感应电动势有所减少，短距系数k y1就表示所减少的程度。 基波分布系数k q1的物理意义：分布绕组的线圈组电动势等于集中绕组线圈组电动势打了一个折扣k q1，以此来计及分布绕组对基波电动势大小的影响。 4.11 解：要求绕组系数，首先应求出τ、q 和α。 五次谐波绕组系数k w5： 1736 .021405sin 25sin 5-=?== γk y 2176.02 20 5sin 32 2035sin 25sin 25sin 1=????== a q qa k q
《电机及拖动》课程项目 课程名称：电机及拖动 指导教师：肖莹 项目名称：异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性分析班级、组次：15级过控二班第五组 课题组的分工或贡献： 2017年12月
异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性分析 吴永康 （燕山大学电气工程学院） 摘要：主要目的是拆解和观察绕线式异步电机的基本组成部分，熟悉绕线式异步电机的结构、类型及铭牌数据。强调学生动手操作能力；增强学生对异步电机结构的感性认识，掌握异步电机内部结构及工作原理；掌握异步电机绕组组成、绕制、嵌线及异步电机装配过程。了解异步电机测试、检修方法，并能对异步电动机进行初步的维护保养及常见故障排除与检修；分析异步电机的基本工作原理，分析异步电机的制动特性。最终，对电机的结构及工作特性进一步熟悉并掌握。 前言： (1）背景及目的:为了深入了解并掌握电机及其拖动的相关知识，深入分析交流电机的结构及其交流电机的制动特性，提高解决工程实际问题的能力和独立思考问题的基本能力，本组以交流电机为例进行了相关的项目研究。 (2）范围所研究的范围包括对于交流电机的拆解并记录相关数据；调查交流电动机在实际生化中的应用；研究鼠笼异步电机的结构和四象限运行的特性分析。 (3）相关领域所做的工作特色：交流电机适用范围广，工作效率高，并向节能环保方向发展，电动机行业成为节能潜力最大的产业之一。同时随着机电一体化的发展，国际上技术领先的国家已经大量采用电力电子技术、计算机技术、传感器技术改造电机产品，新技术的应用给电机行业带来了新出的发展机遇。 (4）项目切入点：主要研究异步电机的结构及绕线式异步电机制动特性。 1 任务实施及内容记录 1.1拆解电机步骤及数据记录 （1）复习鼠笼异步电机的结构及工作原理，了解内部基本结构，各部分所起的作用； (2) 观察鼠笼异步电机的结构，记录异步电机的铭牌数据，将有关数据填入下表中。根据名牌数据计算额定转矩并判断电机的极数和同步转速。 鼠笼式异步电机的铭牌数据记录表
（一）填空题： 1. 并励直流发电机的自励建压条件是:（主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻）。 2. 可且下列关系来判断直流电机的运行状态：当（Ea
自测题 （一）填空题： 1. 同步发电机的短路特性为一直线，这是因为在短路时电机的磁路。 2. 同步发电机正常情况下并车采用，事故状态下并车采用。 3. 同步调相机又称为。实际上就是一台运行的同步电动机，通常工作于状态。 4. 同步发电机带负载时，如0o<Ψ<90o，则电枢反应磁动势F a可分解为 F ad= ，F aq= 。其中F ad电枢反应的性质为，F aq电枢反应的性质为。 5. 同步发电机与无穷大电网并联运行，过励时向电网输出无功功率，欠励时向电网输出性无功功率。 6. 一台汽轮发电机并联于无穷大电网运行，欲增加有功功率输出，应，欲增加感性无功功率输出，应。（填如何调节） 7. 汽轮发电机气隙增大时，则同步电抗X t，电压调整率?U ，电机制造成本，增加静态稳定性能。 8. 当同步电机作发电机运行时，在相位上，超前于；作电动机运行时，滞后于。 （二）判断题： 1. 凸极同步发电机由于其电磁功率中包括磁阻功率，即使该电机失去励磁，仍可能稳定运行。（） 2. 采用同步电动机拖动机械负载，可以改善电网的功率因数，为吸收容性无功功率，同步电动机通常工作于过励状态。（） 3. 同步发电机过励运行较欠励运行稳定，满载运行较轻载运行稳定。（） 4. 同步发电机采用准同期法并车，当其他条件已满足，只有频率不同时，调节发电机的转速，使其频率与电网频率相等时，合上并联开关，即可并车成功。（） 5. 汽轮同步发电机与无穷大电网并联运行，只调节气门开度，既可改变有功功率又可改变无功功率输出。（） （三）选择题：
1. 同步发电机带容性负载时，其调整特性是一条：（） ①上升的曲线；②水平直线；③下降的曲线。 2. 同步发电机的V形曲线在其欠励时有一不稳定区域，而对同步电动机的V形曲线，这一不稳定区应该在（）区域。 ①I f>I f0；②I f=I f0；③I f0o负载时端电压下降的原因。 2. 试简述功角的双重物理意义？ E 0U （五）作图题： 1. 与无穷大容量电网并联运行的汽轮发电机， 原运行于过励状态，现欲增加有功功率而保持无功功率输出不变，该如何调节，画出变化前后的电动势相量图。 （六）计算题： 1. 一台隐极三相同步发电机，定子绕组为Y联结,UN=400V，IN=37.5A，cosφN=0.85（滞后），Xt= 2.38Ω（不饱和值），不计电阻，当发电机运行在额定情况下时，试求：（1）不饱
课程名称：电机与电力拖动 适用专业：供用电技术 学时数：三年制52学时 执笔人：朱毅编写时间：2005年7月 一、课程的性质与任务 本课程是供用电技术专业的一门专业基础课程。它的任务是使学生掌握交直流电机及变压器基本结构、工作原理及电力拖动的基本理论，基本试验方法与技能。为学习《供配电系统与电气设备》、《电能计量》、《继电保护》等课程准备必要的基础知识。 二、课程教学目的与要求 通过学习本课程的学习应使学生掌握交直流电机及变压器的基本理论，工作原理、特性及用途；了解电动机机械特性及各种运动状态的基本理论；熟悉电动机的调速方法和技术经济指标；掌握选择电机的原则与方法；掌握电机与电力拖动的基本实验方法与技能。 三、学时分配 绪论 目的要求： 使学生对《电机与电力拖动基础》这门课程有初步认识。 内容： 电力拖动装置组成的基本概念，电机及拖动在国民经济中的作用，电机及拖动技术当今的技术发展概况，课程的性质、任务及要求，本课程与其它课程的关系。 1 直流电机 （1）直流电机基本原理
目的要求： 了解直流电机的基本结构及常见绕组的特点。掌握直流发电机及直流电动机的工作原理、运行特性。掌握电机参数对运行性能影响的分析方法。 内容： 直流电机工作原理、结构及铭牌； 电枢绕组； 直流电机磁场、电动势及电磁转矩； 直流电机的运行特性。 说明： 重点讲授直流电机工作原理、电磁转矩和运行特性，直流电机换向问题可只介绍些基本概念。 （2）直流电机的电力拖动 目的要求： 熟悉他激直流电动机的机械特性，了解其起动与制动的原理和方法；了解直流电动机调速性能；熟悉他激直流电机调速方法及技术经济指标。 内容： 电力拖动运动方程； 生产机械的负载转矩特性； 他激直流电动机机械特性； 他激直流电动机起动与制动； 他激直流电动机调速。 说明： 本章介绍电力拖动的基础知识，重点讲授直流电动机的机械特性，起动与调速。 2 变压器 （1）变压器基本知识 目的要求： 了解变压器的工作原理，分类及主要结构。 内容： 变压器的基本原理及分类； 变压器的基本结构； 变压器的铭牌。 （2）单相变压器 目的要求： 了解变压器空载运行及负载运行时物理过程；掌握变压器的工作原理及运行特性。 能运用电动势方程、等值电路等分析变压器运行问题。 内容： 单相变压器空载运行； 单相变压器负载运行； 说明： 本章是变压器的重点。电磁感应和磁动势平衡是变压器基础理论，应讲深、讲透。在此基础上，导出变压器的基本方程、等值电路。通过适当的习题加深学生对变压器运行性能的主要指标电压变化率及效率的理解。 （3）三相变压器 目的要求：
第一章 直流电动机 1.6 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数减少一半， 电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 1.7 答：感应电动势（参见图1.3）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 1.8 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气隙磁 通的乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 1.14 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两头对调， 且电枢反转，此时能自励。 1.15 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线性变化， 这种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 1.16 解：额定电流： A A U P I N N N 48.4323010103=?== 额 定负载时的输入功率： kW kW N N P P 76.1185.0101===η 1.17 解：额定负载时的输入功率： 额定电流： 1.18 解：（1）绕组节距计算 （2）绕组展开图如图1.4所示（采用右行短距绕组） 图1.3 题1.7图
（3）并联支路数如下： 1.19解：（1）绕组节距计算 （2）绕组展开图如图1.5所示（采用左行长距绕组） （3）并联支路数如下： 22=a 1.20 解： （1）n=1500r/min 时 （2）n=500r/min 时 1.21 解：（1）电枢绕组为单叠绕组 a=3 （2）电枢绕组为单波绕组 a=1 1.22 解：（1）额定电流 （2）电枢电动势 1.23 解：（1）发电机运行时 电枢电动势: ()V V I R U E aN a N a 7.2457.151230=?+=+= 又 n C E N e a Φ= 所以 励磁电流: （2）电动机运行时 电枢电动势： 又()V V U I R E aN a a 3.2047.151220=?-=-= 所以 图1.4 题1.18图 图1.5 题1.19图
第一章 直流电动机 答：电枢绕组为单叠绕组时，运行时去掉一个或相邻两个电刷，并联支路数减少一半， 电枢电流将减少一半。 电枢绕组为单波绕组时，并联支路数不受影响，电枢电流不变，但每个电刷通过的电流将增大，致使换向困难 答：感应电动势（参见图）。 电刷两端得到总的感应电动 势为零。 答：由Tem=CT ΦIa 知：对于已制造好的直流电机，其电磁转矩与电枢电流和气隙磁通的 乘积成正比。可用左手定则判断电枢导体的受力方向，从而确定电磁转矩的实际方向。对于直流发电机而言，电磁转矩为制动转矩，与转子转向相反；而对于直流电动机而言，电磁转矩为驱动性质，与转子转向相同。 答：并励直流发电机正转时能自励，反转时则不能自励。如果把并励绕组两头对调，且 电枢反转，此时能自励。 答：换向元件里合成电动势∑e 为零时, 换 向元件里的换向电流随时间线性变化，这 种换向称为直线换向。直线换向时不产生火花。 换向过程中换向元件里的合成电动势大于零，使换向电流变化延缓，不再是线性的，出现了电流延迟现象，这时的换向称为延迟换向。延迟换向时电刷下产生电火花。 解：额定电流： A A U P I N N N 48.4323010103=?== 额 定 负 载 时 的 输 入 功 率 ： kW kW N N P P 76.1185 .0101 ===η 1.17 解：额定负载时的输入功率： kW kW N N P P 48.2083.0171 === η 图 题图
额定电流： 解：（1）绕组节距计算 4 151 542 42221 2 1=-=-=== =-=±= y y p Z y y y y k ε （2）绕组展开图如图所示（采用右行短距绕组） （3）并联支路数如下： 422===a ，p a 541 41921 =+=±= εp Z y 解：（1）绕组节距计算 541 41921=+=±= εp Z y 4 5992 1 1911 2 =-=-==-=-= =y y y y p K y k 图 题图
第三章变压器 3.1 变压器是怎样实现变压的？为什么能变电压，而不能变频率？ 3.2 变压器铁心的作用是什么？为什么要用0.35mm厚、表面涂有绝缘漆的硅 钢片叠成？ 3.3 变压器一次绕组若接在直流电源上，二次侧会有稳定的直流电压吗，为什 么？ 3.4 变压器有哪些主要部件，其功能是什么？ 3.5 变压器二次额定电压是怎样定义的？ 3.6 双绕组变压器一、二次侧的额定容量为什么按相等进行设计？ 3.7 一台380/220V的单相变压器，如不慎将380V加在低压绕组上，会产生什 么现象？ 3.8 为什么要把变压器的磁通分成主磁通和漏磁通，它们有哪些区别？并指出 空载和负载时产生各磁通的磁动势？ 3.9 变压器空载电流的性质和作用如何，其大小与哪些因素有关？ 3.11 一台220/110V的单相变压器,试分析当高压侧加220V电压时，空载电流i0 呈何波形？加110V时又呈何波形？若110V加到低压侧，此时i0又呈何 波形？ 3.12 当变压器一次绕组匝数比设计值减少而其他条件不变时，铁心饱和程度、 空载电流大小、铁损耗、二次侧感应电动势和变比都将如何变化？ 3.13 一台频率为60H z的变压器接在50H z的电源上运行，其他条件都不变， 问主磁通、空载电流、铁损耗和漏抗有何变化？为什么？ 3.14 变压器的励磁电抗和漏电抗各对应于什么磁通，对已制成的变压器，它 们是否是常数？当电源电压降至额定值的一半时，它们如何变化？这两个电抗大好还是小好，为什么？并比较这两个电抗的大小。 3.15 一台220/110V的单相变压器，变比k=N1/N2=2，能否一次绕组用2匝， 二次绕组用1匝，为什么？ 3.16 变压器运行时电源电压降低，试分析对变压器铁心饱和程度、励磁电流、
第五章 自测题参考答案 （一）填空题： 1. 当s 在0～1范围内，三相异步电动机运行于电动机状态，此时电磁转矩性质为 驱动转矩，电动势的性质为反电动势；在 -∞～0范围内运行于发电机状态，此时电磁转矩性质为制动转矩，电动势的性质为电源电动势。 2. 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线型异步电动机 两类。 3. 一台六极三相异步电动机接于50H z 的三相对称电源，其s=0.05，则此时转子 转速为950r/min ，定子旋转磁动势相对于转子的转速为50r/min ，定子旋转磁动势相对于转 子旋转磁动势的转速为0r/min 。 4. 一个三相对称交流绕组，2p=2，通入f=50H z 的对称交流电流，其合成磁动势为圆形旋转磁动势，该磁动势的转速为3000r/min 。 5. 一个脉动磁动势可以分解为两个幅值和转速相同而转向相反的旋转磁动势。 6. 为消除交流绕组的五次谐波电动势，若用短距绕组，其节距y 应选为4/5τ， 此时基波短距系数为0.951。 7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻为 是模拟总机械功率的等值电阻。 8. 三相异步电动机在额定负载运行时，其转差率s 一般在0.01～0.06范围内。 （二）判断题： 1. 不管异步电动机转子是旋转还是静止，定子旋转磁动势和转子旋转磁动势之间 都是相对静止的。（ √ ） 2. 三相异步电动机转子不动时，经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部转化为 转子铜损耗。（ √ ） 3. 改变电流相序，可以改变三相旋转磁动势的转向。（ √ ） 4. 通常，三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等，而三相绕线转 子异步电动机的定、转子相数则相等。 （ √ ） 5. 三相异步电动机转子不动时，转子绕组电流的频率与定 子电流的频率相同。（ √ ） （三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i u =I m sin ωt ，i v =I m sin(ωt+120o )， i w =I m sin(ω t-120o )的三相电流，当ωt=210o 时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（ ③ ） ① u 相绕组轴线上； ② v 相绕组轴线上； ③ w 相绕组轴线上； ④ 在三相绕组轴线之外的某一位置。 2. 三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是：（ ③ ） ① 异步电动机是旋转的； ② 异步电动机的损耗大； ③ 异步电动机有气隙； ④ 异步电动机有漏抗。 3. 三相异步电动机空载时气隙磁通的大小主要取决于： R s s '-21
武汉纺织大学 第三章 3 . 1 三相异步电动机的结构主要是哪几部分?它们分别起什么作用? 答: 三相异步电动机的结构分定子和转子两部分,定、转子之间有空气隙。定子是由 定子铁心、定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分, 同时用来嵌放定子绕 组; 定子绕组通电时能产生磁场; 机座用来固定与支撑定子铁心。转子部分有转子铁心和转 子绕组。转子铁心也是磁路的一部分, 同时用来嵌放转子绕组; 转子绕组的作用是产生感应 电动势、流过电流并产生电磁转矩。 3 . 2 异步电动机的基本工作原理是什么?为什么异步电动机在电动运行状态时,其转 子的转速总是低于同步转速? 答: 异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动机在工作时 定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动,否则在转子绕组中不能产生感应电动势, 不能产生电流,也就没有电磁转矩,所以在电动运行状态时,转子的转速不能等于同步转速,只能低于同步转速。 3 . 3 什么叫转差率?三相异步电动机的额定转差率为多少?为什么转差率是异步电动 机最重要的一个技术参数? 答: 旋转磁场转速即同步转速1n 与转子转速n 之差(1n - n)称为转差。转差(1n - n)与同步转速1n 之比,称为转差率,用s 表示,即 s= 1 1n n n 额定转差率N s 很小,约为0.015~0.05。转子转速n=1n ( 1 - s),用转差率s 能表示转子转速, 转子的感应电动势也与转差率相关,所以转差率是最重要的一个技术参数。
3 . 4 已知一台三相异步电动机的额定功率N P =10 kW ,额定电压N U =380 V ,额定功 率因数cos N ?=0 . 7 5 ,额定效率N η=8 6 %,问其额定电流N I 为多少? 解: 由 N P =3N U N I cos N ?N η× 3 10-kW 则有75 .086.038031010cos 3103 3????= ?=N N N N N U P I ?η=23.6A 3 .5 一台异步电动机定子绕组有6根引出线,其铭牌上标明“电压380 /220 V ,接法 Y/Δ”。如果三相电源电压是380 V ,定子绕组应采用哪种接法?出线盒内的接线端子应如 何连接? 答: 应采用Y 接法, 出线盒内三个绕组的末端2U 、2V 、2W 连接在一起,三个首端出线头1U 、1V 、1W 接三相电源, 3 . 6 三相异步电动机的定子绕组是如何组成的?按什么规律连接?有什么特点? 答: 三相异步电动机的定子绕组由三个匝数相等、相位互差0 120的绕组组成。三个绕组可以连接成Y 联接(星形联接),也可以连接成?联接(三角形联接)。其特点是对称的三相绕组。 3 .7 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 是输入功率还是输出功率?是电功率 还是机械功率? 答: 三相异步电动机铭牌上标注的额定功率N P 不是输入功率,而是输出功率, 不是电功率,而是机械功率。 3 . 8 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生什么性质的磁场?三相对称绕组通以三 相对称电流将在气隙中产生什么性质的磁场?两种磁场之间有何内在联系? 答: 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生脉动磁场。三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生旋转磁场。脉动磁场可以分解为基波与高次谐波磁场, 三相对称绕组的基波
1.1.1 某铁心的截面积A=10cm 2，当铁心中的H=5A/cm ，Φ=0.001Wb,且可认为磁通在铁心内均匀分布，求铁心的磁感应强度B 和磁导率μ。 m H m H H B T T A B /002.0/1051110 10001 .02 4=?===?=Φ= -μ 1.2.1求下述两种情况下的铸钢中的磁场强度和磁导率：（1）B=0.5T; （2）B=1.3T ，并比较饱和与不饱和两种情况谁的μ大。 （1）B=0.5T ：由磁化曲线查得H=4A/cm ， m H m H H B /00125.0/1045 .02 =?== μ （2）B=1.3T ：由磁化曲线查得H=16A/cm ， m H m H H B /0008125.0/10 163.12=?== μ 由于B=0.5T 时，磁路未饱和，B=1.3T 时，磁路已经饱和。所以磁路不饱和时μ大。 1.2.2 已知硅钢（含硅4%）的H=4A/cm ，铸铁的H=9A/cm 。求它们的B 和μ，并比较谁的导磁能力强。 （1）H=4A/cm 时，由磁化曲线查得B=1.1T ，且磁路已经饱和。 m H m H H B /00275.0/1041.12 =?== μ （2）H=9A/cm 时，由磁化曲线查得B=0.2T ，且磁路未饱和。
m H m H H B /000222.0/1092.02 =?== μ 所以硅钢的磁导率强。 1.3.1在图1.01所示恒定磁通磁路中，铁心的平均长度l =100cm ，铁心各处的截面积均为A=10cm 2，空气隙长度l 0=1cm 。当磁路中的磁通为0.0012Wb 时，铁心中磁场强度为6A/m 。试求铁心和空气隙部分的磁阻、磁位差和线圈的磁通势。 A A U U F A A l B l H U A A l H U H H A l R H H A l R H m H H B T T A B m mc m c mc m c c c mc c c c 10150)9550600(955010110 42 .160010061096.710 10104101105.010 10102.010100m /102.0/1062.12.110100012.0027 00 000c 1 614 720000 1 614 222 -2 4=+=+==???= = ==?==?=????==?=????==?=?===?=Φ=-------------πμπμμμ 图1.01