第5章_感应电机

电机学

第五章感应电机

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§5-1．感应电机的结构和运行原理

§5-2．感应电机的方程式、等效电路和相量图

§5-3．感应电机的功率方程和转矩方程

§5-4．感应电机的参数测试

§5-5．感应电机的转矩-转差率曲线

§5-6．感应电机的工作特性

§5-7．感应电机的起动要求和特殊结构

§5-8．单相感应电机

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第一节感应电机的结构和运行原理

一、感应电机的基本结构

?按转子的结构，分成绕线型和笼型

?主要结构部件：定子、转子、气隙

4

一、感应电机的基本结构

1 、笼型感应电机结构

?定子

–三相对称交流绕组，下在定子铁芯中

–铁芯：用硅钢片叠成；特点：“内圈开槽”

5

6

一、感应电机的基本结构

?转子

-转子铁芯特点：“外圈开槽”，槽中下多相对称绕组

-笼型：槽中用铜条，两头用端环焊接；现多用“铝浇铸”方法-注意：转子绕组是短路的

?气隙

-和其它电机相比较小，一般在零点几毫米

一、感应电机的基本结构

2 、绕线型感应电机结构

?和笼型感应电机，只是转子不同，其他基本相同

?星形三相绕组，外接滑环，电阻器，铜排

?正常工作时要短路，起动、调速时用电阻器

短路铜排

电阻器

7

8

二、感应电机的工作原理

?定子：三相对称绕组，通三相对称电流

-旋转磁场（同步转速）

N

S

s

n A

B

C

9

二、感应电机的工作原理

?转子上用永磁体形成恒定磁场

-转子必然随旋转磁场转动而且转速相同-永磁同步电动机

N

S

s

n A

B

C

10

二、感应电机的工作原理

?转子绕组通直流电

-形成恒定磁场，同样旋转-电励磁同步电动机

N

S

s

n A

B

C

二、感应电机的工作原理

?转子绕组直接短路

-导体切割旋转磁场

-电势（右手定则）

-电流

-导体受力（左手定则）-形成转矩

-转子旋转

-感应电动机

N

S

s

n

A

B C

11

12

二、感应电机的工作原理

?特点

-转速n 必须小于n s ，否则无法切割磁力线

-转子上是无源的，全靠感应才有能量交换！

N

S

s

n A

B

C

13

三、感应电机的工作状态

?对比理解的方法

?直流电机有什么工作状态？根据什么判断？-电动机、发电机、电磁制动，感应电机与之相似-判断标准？

?感应电机的特点：转子必须与旋转磁场保持一定的速度差，才可能切割磁力线，则定义：

s s

n n

s n ?=

转差率：

14

-电磁转矩T 是主动力矩，-，--转子上T ,n 同向，输出机械功率

三、感应电机的工作状态

根据s 判断电机的工作状态和各物理量的方向

1、电动机状态s n n <10s >>20

P >s

n n

T

15

三、感应电机的工作状态

2、发电机状态

-转子被拖得转得更快-，-定子绕组e ,i 同向-输出电功率-转子上T ,n 反向，电磁转矩起制动作用

s n n >0

s <10

P >s

n n

T

16

三、感应电机的工作状态

3、电磁制动状态

-外界因素使得转子转速同电动机时相反，和电动机时相似-，-电磁转矩T 也起制动作用

1

s >0n

n n

T

三、感应电机的工作状态

17

四、感应电机的铭牌值

?就是额定值

?铭牌：在电机外壳上

18

四、感应电机的铭牌值

1、额定电压U

N

，加在定子绕组上的线电压，V, kV

2、额定电流I

N

，额定状态时，定子绕组的线电流, A

3、额定功率P

N

，额定运行时，输出的机械功率, kW

4、额定转速n

N ，加额定负载时转子的转速, r/min

?最主要的：

19

20

四、感应电机的铭牌值

1、输入电功率

?注意以下问题：

13cos N N N

P U I ?=1

3cos N N N N N N P P U I ηη?==额定输入功率额定输出功率

电机与拖动第五章自测题答案

（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=，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。 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 （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 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）

电机学课后习题答案第五章感应电机的稳态分析

第五章 感应电机的稳态分析 5-3 三相感应电机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变为什 么 答：不变。设气隙磁场旋转速度为1n ，转子的转速为n ，转差率为11n n n s -=，则转子感应电动势和电流的频率为12sf f =，由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为1126060sn P f s P f n === ?，则相对于定子的转速为1n n n =+?，与转子转速无关。即转速变化时，转子产生的磁动势在空间的转速不变。 5-6 感应电动机等效电路中的'21R s s -代表什么能否不用电阻而用一个电抗去代替为什么 答：'21R s s -代表与转子所产生的机械功率对应的等效电阻，消耗在该电阻上的功率代表总的机械功率。它不能由电抗代替，因为电抗上损耗的是滞后的无功功率，不能代替转换成机械功率的有功功率。 5-11 试写出感应电动机电磁转矩的三种表达形式:(1)用电磁功率表达；(2)用总 机械功率表达；(3)用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达。 答：（1）用电磁功率表达1 Ω=em em P T （2）用总机械功率表达Ω =ΩP T em （3）用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达22 1cos ?φI C T T em '= 5-14 有一台Y 联结，380V ，50Hz ，额定转速为1444r/min 的三相绕线型感应电 动机，其参数为1R =Ω，'2R =Ω，σ1X ='2σX =1Ω，m X =40Ω，m R 略去不计， 定，转子的电压比为4。试求：(1)额定负载时的转差率；(2)额定负载时的定，转子电流；(3)额定负载时转子的频 率和每相电动势值。 解：（1）额定转差率 0373.01500 14441500=-=-=s N s N n n n s （2）T 形等效电路图如右

第五章 自编异步电机习题与答案

第五章 感应电机 一、 填空 1. 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 2::Cu e p P P Ω= 。 答 s :s)(1:1- 2. ★当三相感应电动机定子绕组接于Hz 50的电源上作电动机运行时，定子电流的频率为 ，定子绕组感应电势的频率为 ，如转差率为s ，此时转子绕组感应电势的频率 ，转子电流的频率为 。 答 Hz 50，Hz 50，sHz 50，sHz 50 3. 三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时m s = ,转子总电阻值约为 。 答 1， σσ21X X '+ 4. ★感应电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ， 2cos ? ,主磁通比，正常运行时要 ，因此起动转矩 。 答 1，很大，很小，小一些，不大 5. ★一台三相八极感应电动机的电网频率Hz 50，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 。当转差率为时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。 答 ，Hz 1，min /720r ，Hz 2 6. 三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括 ， ， ，和 ，电动机空载输入功率0P 与这些损耗相平衡。 答 定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗 7. 三相感应电机转速为n ，定子旋转磁场的转速为1n ，当1n n <时为 运行状态；当1n n >时为 运行状态；当n 与1n 反向时为 运行状态。

答 电动机， 发电机，电磁制动 8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。 答 转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器 9. ★从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要 ，其原因是 。 答 大，同步电机为双边励磁 10. ★一台频率为 160Hz f =的三相感应电动机，用在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 答 265??? ??，2 65?? ? ?? 11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。 答 [ ] 2 211112 1 1) X X (R R f 4pU m σσπ'+++ 12. 一台三相异步电动机的额定功率N P 是指额定运行时的 功率，如果撤换其定子绕组，将每相匝数减小了，在电源电压不变的条件下，气隙中的每极磁通将 。 答 输出的机械功率，减小 13. ★若感应电动机的漏抗增大，则其起动转矩 ，其最大转矩 。 答 减小， 减小 14. ★铁心饱和程度增加，则感应电机的激磁电抗m X 。 答 减小 15. 深槽和双笼型感应电动机是利用 原理来改善电动机的起动性能的，但其正常运行时 较差。 答 集肤效应， 功率因数 16. 绕线型感应电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流 ，起动转矩 。 答 减小， 增大

第五章电动机及其接触器控制复习题

第五章：三相异步电动机及其接触器控制 一、基本概念： 1、额 定 电 压 为380 /220 V 的 三 相 异 步 电 动 机，在 接 成 Y 形 和 接 成 ? 形 两 种 情 况 下 运 行 时，其 额 定 输 出 功 率 P Y 和 P ? 的 关 系 是 ( ) 。 (a) P P ?=3Y (b) P P Y =3? (c) P P Y =? 2、电 动 机 的 过 载 系 数 定 义 为（ ）。 (a) T max /T N (b) T st /T N (c) T max /T st 3、三 相 异 步 电 动 机 产 生 的 电 磁 转 矩 是 由 于 ( ) 。 (a) 定 子 磁 场 与 定 子 电 流 的 相 互 作 用 (b) 转 子 磁 场 与 转 子 电 流 的 相 互 作 用 (c) 旋 转 磁 场 与 转 子 电 流 的 相 互 作 用 4、为 使 某 工 作 台 在 固 定 的 区 间 作 往 复 运 动，并 能 防 止 其 冲 出 滑 道，应 当 采 用 ( )。 (a) 点动 控 制 (b)速 度 控 制 和 终 端 保 护 (c) 行 程 控 制 和 终 端 保 护 5、 关于三相异步电动机的机械特性，下列说法错误的是（ ） ( a ) 转速与电磁转矩的关系称为机械特性。 (b )转矩增加时,转速下降不多的机械特性称为硬特性。 (c )转矩增加时,转速下降多的机械特性称为硬特性。 6、关于三相异步电动机，下列说法错误的是（ ） (a) 三相异步电动机有一定的过载能力。 (b) 三相异步电动机一旦发生过载，不一定会烧坏电机。 (c) 三相异步电动机发生“堵转”现象时，就象电动机还没有接通电源时一样。 7、 在 空 载 下 运 行 的 三 相 异 步 电 动 机，如 果 断 开 一 根 电 源 线，该 电 动 机 将( )。 (a) 继 续 旋 转 (b) 反 转 (c) 停 转 8、三 相 异 步 电 动 机 的 定 子 端 电 压 降 低 到 额 定 值 的 90％ 时。其 起 动 转 矩 将 ( )。 (a) 减 小 到 额 定 值 的 81％ (b) 不 变 (c) 减 小 到 额 定 值 的 90％ 9、小 型 鼠 笼 式 异 步 电 动 机 常 用 的 起 动 方 式 是( )。 (a) 降 压 起 动 法 (b) 直 接 起 动 法 (c) 转 子 串 电 阻 起 动 法 10、在 电 动 机 的 继 电 器 接 触 器 控 制 电 路 中，零 压 保 护 的 功 能是 ( )。 (a) 防 止 电 源 电 压 降 低 烧 坏 电 动 机 (b) 防 止 停 电 后 再 恢 复 供 电 时 电 动 机 自 行 起 动 (c) 实 现 短 路 保 护 11、 在 电 动 机 的 继 电 器 接 触 器 控 制 电 路 中，热 继 电 器 的 正 确 连 接 方 法 应 当 是( )。 (a) 热 继 电 器 的 发 热 元 件 串 接 在 主 电 路 内，而 把 它 的 动 合 触 点 与 接 触 器 的 线 圈 串 联 接 在 控 制 电 路 内

第五章三相异步电动机绕组试题及答案

第五章 三相异步电动机绕组 一、填空（每空1分） 1. 一台50HZ 的三相电机通以60 HZ 的三相对称电流，并保持电流有效值不变，此时三相基波合成旋转磁势的幅值大小 ，转速 ，极数 。 答：不变，变大，不变。 2. ★单相绕组的基波磁势是 ，它可以分解成大小 ，转向 ，转速 的两个旋转磁势。 答：脉振磁势，相等，相反，相等。 3. 有一个三相双层叠绕组，2p=4, Z 1=36, 支路数a=1，那么极距τ= 槽，每极每相槽数q= ，槽距角α= ，分布因数1d k = ，18y =，节距因数1p k = ,绕组因数1w k = 。 答：9，3，20°，0.96，0.98，0.94 4. ★若消除相电势中ν次谐波，在采用短距方法中，节距1y = τ，ν 次谐波磁势在定子绕组中感应电势的频率是 。 答：1,νν -1f 5. ★三相对称绕组通过三相对称电流，顺时针相序（a-b-c-a ）,其中ia ＝１０Sin(wt)，当Ia=10A 时，三相基波合成磁势的幅值应位于 ；当Ia =-5A 时，其幅值位于 。 答：A 相绕组轴线处，B 相绕组轴线处。 6. ★将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为 。 答：脉振磁势。 7. ★对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为 。 答：1 n ν 8. 三相合成磁动势中的五次空间磁势谐波，在气隙空间以 基波旋转磁动势的转速旋转，转向与基波转向 ，在定子绕组中，感应电势的频率为 ，要消除它定子绕组节距1y = 。 答：1/5,相反，f 1,45τ 9. ★★设基波极距为τ，基波电势频率为f ，则同步电动机转子磁极磁场的3次谐波极距为 ； 在电枢绕组中所感应的电势频率为 ；如3次谐波相电势有效值为E 3，则线电势有效值为 ；同步电机三相电枢绕组中一相单独流过电流时，所产生的3次谐波磁势表达式为 。三相绕组流过对称三相电流时3次谐波磁势幅值为 。 答：3τ，f,0,3F cos3cos x t φπωτ ,0

第五章异步电动机

第五章异步电动机 交流旋转电机可分为同步电机和异步电机两大类。转子转速与旋转磁场转速相同的称为同步电机，不同的称为异步电机，异步电机主要作为电动机运行。异步电动机具有结构简单、制造容易、运行可靠、维护方便、成本较低、效率较高等优点，是现代化工农业生产中应用最广泛的一种动力设备。 异步电动机的缺点主要是不能经济地实现范围较广的平滑调速，且异步电动机是一感性负载，需从电网吸收无功电流建立磁场，从而使电网的功率因数降低，必须采用相应的无功补偿措施。因而对一些调速性能要求较高的机械负载，仍须使用调速性能较好的直流电动机拖动，对于单机容量较大、恒转速运转的机械负载，常采用改善系统功率因数的同步电动机拖动。 异步电动机种类很多，根据其特征可作以下分类：按电源相数可分为单相、两相、三相异步电动机；按转子结构型式可分为鼠笼式、绕线式异步电动机；按外壳的防护形式可分为开启式、防护式、封闭式异步电动机。 第一节三相异步电动机的工作原理和基本结构 一、三相异步电动机的基本结构 异步电动机有鼠笼式和绕线式两类，结构如图5—1及5—2所示。它们的区别在于转子结构不同。异步电动机结构主要由固定不动的定子和旋转的转子所组成，定子与转子间存在很小的间隙，称为气隙。 图5—1 鼠笼式异步电动机的结构 1—定子；2—定子绕组；3—转子； 4—线盒；5—风扇；6—轴承；7—端盖； 8—内盖；9—外盖；10—风罩

图5—2 绕线式异步电动机的结构 1—定子；2—定子绕组；3—转子；4—转子绕组； 5—滑环风扇；6—出线盒；7—轴承； 8—轴承盒；9—端盖；10—内盖；11—外盖 （一）定子 异步电动机定子由定子铁芯、定子绕组和机座等部件组成，定子的作用是用来产生旋转磁场。 1．定子铁芯 定子铁芯是电机磁路的一部分，由于异步电动机中的磁场是旋转的，定子铁芯中的磁通为交变磁通。为了减小磁场在铁芯中引起的涡流及磁滞损耗，定子铁芯由导磁性能较好的0.5mm厚、表面具有绝缘层(涂绝缘漆或硅钢片表面具有氧化膜绝缘层)的硅钢片叠压而成。定子铁芯叠片内圆冲有均匀分布的一定形状的槽,用以嵌放定子绕组。中小型电机的定子铁芯采用整圆冲片,如图5—3所示。大、中型电机常采用扇形冲片拼成一个圆。 图5—3 定子机座和铁芯冲片 （a）定子机座；（b）定子铁芯冲片 2．定子绕组 定子绕组是电机的电路部分，由许多线圈按一定的规律连接而成。小型异步电动机的定子绕组由高强度漆包圆铜线或铝线绕制而成，一般采用单层绕组；大、中型异步电机的定子绕组用截面较大的扁铜线绕制成型，再包上绝缘，一般采用双层绕组。 3．机座 机座是电机的外壳，用以固定和支撑定子铁芯及端盖，机座应具有足够的强度和刚度，同时还应满足通风散热的需要。小型异步电机的机座一般用铸铁铸成，大型异步电机机座常用钢板焊接而成。为了增加散热面积、加强散热，封闭式异步电动机机座外壳上面有散热筋，防护式电动机机座两端端盖开有通风孔或机座与定子铁芯间留有通风道等。 （二）转子 转子由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件构成。转子的作用是用来产生感应电流，形成电磁转矩，从而实现机电能量转换。 １．转子铁芯 转子铁芯也是电机磁路的一部分。通常用定子冲片内圆冲下来的原料做转子叠片，即一般仍用0.5mm厚的硅钢片叠压而成，套装在转轴上，转子铁芯叠片外圆冲有嵌放转子绕组的槽。如图5—4所示。

电机学课后习题答案 第五章感应电机的稳态分析讲课稿

第五章 感应电机的稳态分析 5-3 三相感应电机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变?为什 么? 答：不变。设气隙磁场旋转速度为1n ，转子的转速为n ，转差率为11n n n s -=，则转子感应电动势和电流的频率为12sf f =，由此电流产生的磁动势相对于转子的速度为1126060sn P f s P f n === ?，则相对于定子的转速为1n n n =+?，与转子转速无关。即转速变化时，转子产生的磁动势在空间的转速不变。 5-6 感应电动机等效电路中的'21R s s -代表什么？能否不用电阻而用一个电抗去代替?为什么? 答：'21R s s -代表与转子所产生的机械功率对应的等效电阻，消耗在该电阻上的功率代表总的机械功率。它不能由电抗代替，因为电抗上损耗的是滞后的无功功率，不能代替转换成机械功率的有功功率。 5-11 试写出感应电动机电磁转矩的三种表达形式:(1)用电磁功率表达；(2)用总机 械功率表达；(3)用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达。 答：（1）用电磁功率表达1 Ω=em em P T （2）用总机械功率表达Ω =ΩP T em （3）用主磁通，转子电流和转子的内功率因数表达22 1cos ?φI C T T em '= 5-14 有一台Y 联结，380V ，50Hz ，额定转速为1444r/min 的三相绕线型感应电 动机，其参数为1R =0.4Ω，'2R =0.4Ω，σ1X ='2σX =1Ω，m X =40Ω，m R 略 去不计，定，转子的电压比为4。试求：(1)额定负载时的转差率；(2)额定负载时的定，转子电流；(3)额定负载时转 子的频率和每相电动势值。 解：（1）额定转差率 0373.01500 14441500=-=-=s N s N n n n s （2）T 形等效电路图如右