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第五章 异步电机

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8第五章(异步电机基本知识)

8第五章(异步电机基本知识)


i A 2 I cos t
iB 2 I cos(t 120 )
0
iC 2I cos(t 240 )
0
规定电流为正时，由绕组的末端流进，首端流出。
3 F ph 2
Y A Z B C Y C X A Y C X
30
X
3 F ph 2
0
A
Z
B
Z
B
t 0
iA I m 1 iB I m 2 1 iC I m 2
5、异步电动机的基本结构 6、异步电动机的额定值主要有功率、电压、电流、 转速等。
PN 3U N I N cos NN
异步电机能不能工作在s=0的状态？什么是 异步电动机工作的必要条件？ 异步电动机的转向主要取决于什么？如何使 一台异步电动机反向旋转？ 一转子绕组开路绕线式异步电动机，定子绕 组通入三相交流电流，旋转磁场正转，此时 电机会（ ） A正转 B反转 C不会旋转
PN 3U N I N cos NN
4、额定频率fN。我国工业频率为50Hz
5、额定转速。指电动机在额定运行状态时，电动机轴转 速。单位r/min
二、技术数据
1、额定温升0 。指电机在额定状态下运行时，绕组、铁心 等部分允许的温度升高。 2、额定效率N、额定功率因数cosN。效率和功率因数是衡 量电机质量的技术指标，涉及电机制造成本和运行费用，国家 对其有严格的规定。 3 、起动电流倍数Ist/IN和起动转矩倍数Tst/TN。这两个指标 是衡量电机起动性能好坏的标准，国家对其也有明确的规定。 一般中小型电机Ist /I N=5~7,Tst/TN=0.7~2.2
B
同步发电机
异步电动机
1、电动势频率
一 对 极 时
华中科技大学_电机学_第五章_异步电机(完美解析)资料

华中科技大学_电机学_第五章_异步电机(完美解析)资料


在运行中不发生机械摩擦所允许
；气隙磁场谐波含量（漏磁引 起附加损耗）减少，改善起动
的最小值。
性能。
➢ 中、小型异步电机中，气隙长度 ✓气隙小：受加工可能及机械
一般为0.2～1.5mm。
安全所限制。
16
二、异步电机的基本工作原理
➢异步电机定子三相对称绕组接在三 相对称交流电网上，转子绕组对称 短路。
斜槽形式
鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图
13
ห้องสมุดไป่ตู้
➢ 绕线型绕组：与定子绕组具有相同相数、极数的三相对称绕 组，一般采用双层波绕组或叠绕组。
➢ 一般接成星形，将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三 个滑环上，再通过电刷与外电路接通。
➢ 绕线型转子特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加 电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。
➢ 通常采用双层短距绕组，小型电机可采用单层绕组； ➢ 对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个
出线头都引出，可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。
U1
V1
W1
W2 U 2
V2
Y联结
U1
V1
W1
W2
U2
V2
D联结
9
④ 机座：固定和支撑定子铁心。 ➢ 要求有足够的机械强度。
10
2. 转子 ① 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。 ➢ 由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成； ➢ 在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。
➢ 右手定则 -> e2产生 -> i2与e2同方向 ➢ 左手定则 -> Tem产生 -> Tem与n同转向，Tem为
驱动转矩 ➢ 旋转磁场拖动转子：电动机
第5章 异步电动机电压-频率协调控制

第5章 异步电动机电压-频率协调控制

对图5-2所示电压型逆变器A相电压uan进行傅立叶分 析，得
u an = 2U d 1 1 1 1 sin ω1t + sin 5ω1t + sin 7ω1t + sin 11ω1t + sin 13ω1t + ... π 5 7 11 13
它的相电压有效值Ua=0.471Ud， U 相电压基波有效值Ua1=0.45Ud（√2Ud /π ）。 对图5-2所示逆变器线电压uab进行傅立叶分析，得
图5-6 给定积分器原理电路
2.函数发生器（GF）
函数发生器的功能是实现调速时V/f协调所需要的函 数关系，它的工作原理示于图5-7 中。 对运算放大器A的虚地点列电流平衡方程式，可推导 出函数发生器输出Uo和输入Ui之间的关系式为
R2 + R p 2 R2 + R p 2 U o = −U i +Uk R1 R5
5.4 谐波的影响 电动机期望有正弦电压和正弦电流，但是 前述方波或者准方波逆变器所产生的却不是正 弦波，这对电动机的运行有什么影响呢？应用 傅立叶分析的方法对方波或准方波进行分解， 可以得到有用的基波和不期望的谐波。一般说 来，谐波有四个有害的影响，它们是： 转矩脉动 谐波发热 参数变化 噪音
1.转矩脉动(torque pulsation)
图5-7 函数发生器原理电路
3.电压频率转换器（GVF）
电压频率转换器的功能是将与速度给定对应的电压 Ui输入信号转换成相应频率f0的输出脉冲信号。对它的基 本要求是：有比较好的稳定性；有满足要求的线性控制 范围。
图5-8 电压频率转换器原理电路
4.环形分配器（DRC）
图5-9 环形分配器原理电路
D端输入状态 Qn Qn+1 ----------------------------------------1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 ------------------------------------------
第五章异步电机

第五章异步电机


原因：起动时 n=0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势
转子电流
定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累 大电流使电网电压降低
电机过热
影响其他负载工作
二、三相异步机的起动方法：
（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。
（2） 降压起动。 Y－ 起动
自耦降压起动 （3）转子串电阻起动。
T U2
单位 （N .m）
5.3.2 机械特性
T
K
sR2 U12 R22 (sX 2s )2
在U1 及R 2 一定时， T 仅随 S 变化
将 s n1 n 代入上式 n1
得特性曲线：
得特性曲线：
T T f (S)
n n f (T )
n
s1
0
1
T
最大转速n=n1时
启动时n=0
三个重要转矩
启动前的漏磁感抗
5 转子功率因数
cos2
R2
R22 X 22
R2 R22 (sX 2s )2
6 定子电流和定子功率因数
空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。 当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这 一点与变压器类似。
电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。
Tst
K
R2U
2 1
R22
X
2 20
R2 Tst
第五章 异步电机
5.1 三相异步电动机的结构与工作原理 5.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 5.3 三相异步电动机的启动、调速和制动
5.1 三相异步电动机的结构及工作原理
电动机的分类 交流电动机
第五章 三相异步电动机

第五章 三相异步电动机


4.2 三相异步电动机的启动
所谓三相异步电动机的启动过程是指三相异步电动机从接入 电网开始转动时起，到达额定转速为止这一段过程。 根据上一节的分析知，三相异步电动机在启动时启动转矩 Tst 并 不大，但转子绕组中的电流 I很大，通常可达额定电流的 4～ 7倍， 从而使得定子绕组中的电流相应增大为额定电流的4～7倍。这么 大的启动电流将带来下述不良后果。 （1）启动电流过大使电压损失过大，启动转矩不够使电动机 根本无法启动。 （2）使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的使 用寿命。 （3）造成过流保护装置误动作、跳闸。 （4）使电网电压产生波动，进而形成影响连接在电网上的其 他设备的正常运行。 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下， 还要求限制启动电流在允许的范围内。
（三）旋转磁场的转速
定子磁场的转速称为同步转速，大小为： f1 —电网频率； P —磁极对数
60 f1 n1 p
同步转速与极对数之间对应关系 (f1=50HZ)
极对数 p 同步转速 n1（r/min）
1 3000
2 1500
3 1000
4 750
5 600
6 500
二、三相异步电动机的转动原理
7、转速
8、绝缘等级
A
E
120
B 130
极限温度（0C） 105
9. 工作制
铭牌上的“工作制”又称“定额”，按规定分为“连续” （代号为S1）、“短时”（代号为S2）和“断续”（代 号为S3）等。连续工作制的含义为该电动机可以按铭牌上 标定的功率长时间连续运转，而温升不会超过允许值。
10. 防护等级
二、三相电动机的铭牌数据

要正确使用电动机，必须要看懂铭牌。今以 Y132M-4型电动机为例，来说明铭牌上各个数 据的意义。
第五章异步电机

第五章异步电机


三相异步电动机的基本工作原理与结构
5.1.2三相异步电动机的基本工作原理 一1、基本工作原理 1、电生磁：三相对称绕组通 往三相对称电流产生圆形旋转 磁场。 2、磁生电：旋转磁场切 割转子导体感应电动势和 电流。 3、电磁力：转子载流（有功分 量电流）体在磁场作用下受电磁 力作用，形成电磁转矩，驱动电 动机旋转。 W1
电 机 学
第五章异步电机
第五章异步电机
三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制 造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。 但是，功率因数低、起动和调速性能差。 5.1 三相异步电动机的基本类型和基本结构 5.2 异步电机的基本工作原理 5.3 异步电机的运行特性 5.4 三相异步电机的启动与调速 5.5 单相异步电机
鼠笼转子照片 在转子铁芯每个槽中放置导体，在铁芯两端放 置两个端环，把所有导体伸出槽外的部分与端 环连接起来
绕线式绕组
与定子绕组相似的对称三相绕组，一般接成星型。 将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再通过 电刷引出电流。可以在转子回路接入附加电阻
鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改 变电动机的机械特性。


2 转子绕组短路电磁关系
实际电机气隙中的旋转磁场是由F2与F1共同建立 的。F2与F1可以空间矢量合成为一等效励磁的 磁动势Fm。即

.
→ Bm → Фm
+I1R1 U1
.
1
.
I1 I2
.
.
E1
.
F1 Fm F2 Bm
m 2
.
.
N1 E1 N2 E2
E2
第5章异步电动机二

第5章异步电动机二

第五章 异步电动机（二）—— 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
以变压器的运行理论为基础，分析异步电动 机运行时的电磁物理过程，导出电动势和磁动势 的平衡方程式，画出相量图，求出真等效电路。 最后分析它的电磁转矩和运行性能。
§5-1 三相异步电动机运行时的电磁过程
一、异步电动机空载运行时的物理情况
N1 N2 为定子、转子绕组一相串联的匝数
f1
是定子通电频率。
Kw 是绕组因数。
在这种运行状态下，转子绕组中呈有感应电动势，
但由于开路转子电流的为？不会产生电磁转矩，转子 呈禁止不动的（ ）n。 0同此转子绕组切割磁场的速 度和定子绕组相同。
由于定子电流除了产生磁通 m 之外，还产生定 子漏磁通 1 ，它必然在定子绕组中产生漏电动势和 变压器一样用漏抗压降来表示：
U1
I0 F10
I2 F2 0
1 E1 Fm0 m
E1 E 20
二、异步电动机负载运行时的物理情况
特点 转子绕组中出线电流,这一电流也要形成磁动
势和磁场。 （一） 转子磁动势的分析
转子磁动势 F2也是一个旋转磁动势，并在空间 按正弦规律分布，以绕线式异步电动机为例。
（二）绕组归算
用一个相数、每相串联的匝数以及绕组因数 和定子绕组一样的绕组代替经过频率归算后的转 子绕组。
归算后转子各量的归算值用加“ ′”表示。
1、转子电流的归算
根据转子磁动势不变，可得
0.9
m1 2
N1Kw1 p
I2

0.9
m2 2
N2Kw2 p
I2
I I I m2N2Kw2
F1 F2 Fm Bm (m )
或
F1 Fm (F2 )
电机学 异步电机

电机学 异步电机


5.2异步电机的基本工作原理
当异步电机定干绕组接到三相电源上时， 定子绕组中将流过三相对称电流，隙中将 建立基波旋转磁动势，从而产生基波旋转 磁场，其同步转速决定于电网频率和绕组 的极对数
这个基波旋转磁场在短路的转子绕组（若是 笼型绕组则其本身就是短路的，若绕线式转子则 通过电刷短路）中感应电动势并在转子绕组中产 生相应的电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互 作用而产生电磁转矩。由于这种电磁转矩的性质 与转速大小相关，下面将分三个不同的转速范围 来进行讨论。
电机学
异步电机
第五章 异步电机
异步电机是一种交流电机，也叫感应电
机，主要作电动机使用。异步电动机广泛 用于工农业生产中，例如机床、水泵、冶 金、矿山设备与轻工机械等都用它作为原 动机，其容量从几千瓦到几千千瓦。日益 普及的家用电器，例如在洗衣机、风扇、 电冰箱、空调器中采用单相异步电动机， 其容量从几瓦到几千瓦。在航天、计算机 等高科技领域，控制电机得到广泛应用。 异步电机也可以作为发电机使用，例如小 水电站、风力发电机也可采用异步电机。
将式（5．13）、式（5．14）代人式 （5．1）中，得到
式（517）表明，在al。一0时，转子磁动势人的 大小、性质与a1。＝0时相同，即转子自动势矢 量民与al。无关，只是转于绕组相电动势、相电 流相对于a。。一0的工况均滞后了a1。电角度 （见式（5．15》。；这对研究转子的电气性能
无任何影响。庐于转子是通过转子磁动势而影响 走子，因此可以认定a；。等于任何值时定子方各
放置两个瑞环，分别把所有的导体伸出粮
外部分与端环联接起来。如果去掉铁心， 则剩下来的绕组的形状就像一个松鼠笼子。 这种笼型绕组可以用钢条焊接而成，见图4， 也可以用铝浇铸而成，见图5。
第5章异步电机2

第5章异步电机2

n st eb s2f1N y21 sin[st 120 ] ec s2f1N y21 sin[st 240 ]
可以看出，不管转速为多少，感应电动势总是三相对称的。
Department of Electrical Engineering, HFUT
电机学 Electric machinery
F2
m2 2
F 2
0.9 m2 2
N2kW 2 p
I2
若将转子改为静止以后，同时 修改转子电阻和电抗值，则可 以保证转子转子电流幅值不变。
I2
E2
(r2 / s)2 x22
E2s r22 (x2s)2
I2
从旋转磁动势幅值的计算公式中可以看出，若保持两者电流幅值相 等，则可以使两者产生的旋转磁动势幅值为相等。
Department of Electrical Engineering, HFUT
电机学 Electric machinery
若转子回路闭合，则转子内将有电流流通，转子电流的频 率与转子感应电动势频率一致，并且也互差120o；
因此转子也是对称三相对称电流流过对称三相绕组，所产 生的磁动势也为旋转磁动势。 1、转子磁动势F2的旋转方向
异步电动机的负载 运行时的电磁关系
电机学 Electric machinery
二、基本方程式
（一）磁动势平衡方程式
F1 F2 Fm
F1
0.9
m1 2
N1kW 1 p
I1
Fm
0.9
m1 2
N1kW 1 p
Im
F2
0.9 m2 2
N2kW 2 p
I2
式流中 。m1、m2为定子、转子的相数；Im为对应于励磁磁动势的励磁电
异步电动机基本原理

异步电动机基本原理


（一）频率归算
所谓频率归算就是指保持整个电磁系统的电磁 性能不变，把一种频率的参数及有关物理量换算成 另一种频率的参数及有关物理量。就异步电动机而 言，须将转子电路中的参数归算为定子频率下的参 数。
转子绕组频率折算的目的：
把定、转子两个不同频率的电路转换成同一频 率的电路。
转子绕组频率的折算方法：
式中N1、kw1分别为定子每相绕组的串联匝数和基波绕 组系数。 2、转子绕组每相基波感应电势的有效值为： 式中N2、kw2分别为转子每相绕组的串联匝数和基波绕 组系数。
E1 j 4.44 f1 N1kw1m
E2s j 4.44 f2 N2kw2m j 4.44 f1N2kw2m s
其中，
E1 ImZm Im (rm jxm )
E1 jI1 x1 E2 s jI 2 x2 s
E2 s 4.44 f2 N2kw22 4.44sf1 N2kw22
f 2 sf1 ,当转子不动时，n=0，s=1，f1 f 2 用E2 4.44 f1 N 2 kw2 2 表示转子不动时转 子绕组内漏电动势E2的有效值. 则转子转动时的漏电动势E2 s sE2
I2 0

异步电动机空载运行时的电磁关系为：
E1 U （相电压） I1 （相电流） F10 Fm0 m（主磁通） 1 0 E2s I2 0
当异步电动机带上负载后，转子的转速就会降 低，即 n n0 ，相对转速增大，此时不能再 认为 E2s 0 、 ，而且 2 I 也形成了磁动 势 F2 。
频率折算后异步机的等值电路
经频率折算后的异步电动机等值电路
（二）绕组归算

转子绕组折算的方法是： 用一个相数为m1、匝数为N1kw1的绕组，代替 原来的转子绕组（转子绕组原来的相数为m2，匝 数为N2kw2）。
电工学 第五章第二节 三相异步电动机

电工学 第五章第二节 三相异步电动机


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电动机的铭牌
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异步电动机产品名称代号
产品名称 异步电动机 绕线型异步电动机 防爆型异步电动机 高起动转矩异步电动机 新代号 Y YR YB YQ 汉字意义 异 异绕 异爆 异起
老代号
J、JO JR、JRO JB、JBO JQ、JQO
返回
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Im
1
U1 W2 U2 V2
O
t
L2 L3 W1
i2 i3
V2
W1
U1 W2
V1
旋转磁场是沿着：
U1 V1
◆ 与三相绕组中的三相电流 的相序：L1 → L2 → L三相异步电动机定子产生旋转磁场的磁极个数，称为极数
对于每相只有一个线圈的电动机，绕组始端之间相差120°的 空间角，则产生的旋转磁场只有一对磁极。磁极对数用p表示， 则p=1。
若每相定子绕组由两个线圈串联组成(如图所示)，则绕组 始端之间相差60°空间角，因而旋转磁场具有两对磁极， A p=2 A Y´ A Z´
Y´ C´ B
X´
B´ Z A´ Y
X
C C
A ´ X Y ´Z ´ ´
X
C´ X´ B´
Z´
转子 P=2 A´ Y
B X
B
Z
C
磁场位置(t=0)
§5-2 三相异步电动 机
概述
异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与 转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实 现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。 异 步电动机按照转子结构分为两种形式:有鼠笼式、 绕线式异步电动机。 作电动机运行的异步电机。 因其转子绕组电流是感应产生的，又称感应电动机。 异步电动机是各类电动机中应用最广、需要量最大 的一种。在中国，异步电动机的用电量约占总负荷 的60％多。

第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制


5.1.2交-直-交电压型方波逆变器的工作原理
180º导电型方波逆变器中晶闸管的导通顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1 各触发信号相隔60º的电角度，在任意瞬间有三 只晶闸管同时导通，每只晶闸管导通时间为180º电 角度所对应的时间，两只晶闸管的换流是在同一支 路内进行。从波形图可以求出相电压的有效值Uan和 线电压的有效值Uab分别为
图5-6 给定积分器原理电路
2.函数发生器（GF）
功能--是实现调速时V/f协调所需要的函数关系，它的工 作原理示于图5-7 中。 对运算放大器A的虚地点列电流平衡方程式，可推导出函 数发生器输出Uo和输入Ui之间的关系式为
R R R R 2 p 2 2 p 2 U U U o k i R R 1 5
在实际应用中,由于负载大小不同,需要的 补偿量也不一样,应该给用户留有选择的余地。 在通用变频器中,作为一个参数,用户可以设定 一个合适的补偿量。 在基频以上调速时,受电源能力和电机耐压 的限制,电压不再能继续随频率上升,通常的作 法是保持Us=UsN，这将迫使磁通随频率上升成 反比地下降,相当于直流电动机弱磁升速。 如果电动机在不同转速时所带的负载都能 使电流达到额定值,则转矩基本上随磁通变化。 所以概括地总结为：基频以下,恒磁通意味着恒 转矩；基频以上,弱磁升速意味着恒功率,类似 直流电动机。
5.1.4 逆变器的电压控制方式
1.晶闸管移相调压
2.斩波调压
5.1.4 逆变器的电压控制方式
图5-4 方波逆变器的电压调节 a) 可控整流 b) 斩波调压
5.2 速度开环交-直-交电压型变频调速系统
它的特点是结构简单，用于调速性能要求不高或功率较大的 场合，例如风机、水泵、输送带传动等。

第501章_异步电机(01_08_结构、运行原理和参数)


武汉大学电气工程学院刘启胜
3. 机座
主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分 。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。
对中、小型异步电动机，通常用 铸铁机座。对大型电机，一般采 用钢板焊接的机座，整个机座和 轴承都固定在同一个底板上。
*
武汉大学电气工程学院刘启胜
二、气隙
与笼型转子相比较，绕线型 转子结构稍复杂，价格稍贵，因 此只在要求起动电流小，起动转 距大，或需平滑调速的场合使用 。
*
武汉大学电气工程学院刘启胜
5.1.3 异步电动机的铭牌数据
异步电动机的型号：
电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯 数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表 意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三 相异步电动机表示如下
*
武汉大学电气工程学院刘启胜
如果用的是铜料，就需要把事先做好的裸铜条插 入转子铁心上的槽里，再用铜端环套在伸了两端的铜 条上，最后焊在一起。
如果用的是铸铝，就连同端环、风扇一次 铸成。
笼型转子结构简单、制造方便、是一种经济、 耐用的电机，所以应用极广。
*
武汉大学电气工程学院刘启胜
2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成 Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。 这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动 机的转速。
1、定子铁心：
定子铁心是电动机磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定 子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。
*
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1． 异步电动机的转子有哪两种类型，各有何特点? 答：一种为绕线型转子，转子绕组像定子绕组一样为三相对称绕组， 可以联结成星形或三角形。绕组的三根引出线接到装在转子一端轴上的 三个集电环上，用一套三相电刷引出来，可以自行短路，也可以接三相 电阻。串电阻是为了改善起动特性或为了调节转速． 另一种为鼠笼型转于。转子绕组与定子绕组大不相同，在转子铁心 上也有槽，各槽里都有一根导条，在铁心两端有两个端环，分别把所有 导条伸出槽外的部分都联结起来，形成了短路回路，所以又称短路绕 组。
1. ★绕线型异步电机转子绕组的相数、极对数总是设计得与定子 相同，鼠笼型异步电机的转子相数、极对数又是如何确定的呢? 与鼠笼条的数量有关吗？
答：鼠笼型异步电机转子相数就是鼠笼转子上的导条数；转子极对 数是靠定子绕组磁动势感应而得的，因此它始终与定子绕组的极对数相 等，与鼠笼转子的导条数无关．
2. 三相异步电动机的堵转电流与外加电压、电机所带负载是否有 关?关系如何？是否堵转电流越大堵转转矩也越大?负载转矩的 大小会对起动过程产生什么影响？
额定转速时的电磁转矩 最大转矩为
起动电流为
起动线电流 起动转矩
2. 一台、八极的三相感应电动机，额定转差率sN=0.043，问该机的 同步转速是多少？当该机运行在时，转差率是多少？当该机运 行在时，转差率是多少？当该机运行在起动时， 转差率是多 少？
解 同步转速 额定转速 当时，转差率 当时，转差率 当电动机起动时，，转差率
答：堵转电流与外加电压成正比关系，与负载大小无关。 若电机参数不变，则堵转电流越大，堵转转矩也越大。
负载转矩的大小会对起动时间的长或短产生影响。
五、计算
1. 一台三相感应电动机，额定功率，额定电压，型接法，额定转 速，定、转子的参数如下： ； 。
试求在额定转速时的电磁转矩、最大转矩、起动电流和起动转矩。 解：转差率
的起动转矩为原来的。 12. 绕线式感应电动机在转子回路串电阻起动时，为什么既能降低起动
电流，又能增大起动转矩？所串电阻是否越大越好？ 答 从等效电路可以看出，增加转子电阻使总的阻抗增加了，所以 起动电流减小。转子电阻增加，使得提高；起动电流减小使得定子漏抗 电压降低；电势增加，使气隙磁通增加。起动转矩与气隙磁通、起动电 流、成正比，虽然起动电流减小了，但气隙磁通和增加，使起动转矩增 加了。 如果所串电阻太大，使起动电流太小，起动转矩也将减小。 13. ★一台笼型感应电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝 的。如输出同样转矩，电动机运行性能有什么变化？ 答 转子由铜条改为铝条后，相当于转子回路电阻增大，使得电动 机起动电流减小、起动转矩增大，最大转矩不变，临界转差率增大。在 负载转矩不变的情况下，增大，转速下降，效率降低。 14. ★感应电动机定子绕组与转子绕组之间没有直接的联系，为什么负 载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。 从空载到满载电机主磁通有无变化？ 答 负载增加时，电动机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力 线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势也 增加。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加，定子电流上升，即从电网 吸收的电功率增加。这一过程直到转子电流产生的转矩与负载转矩重新 平衡为止。 在不变的情况下，的增加导致增加，使减小，主磁通略有减小。 15. ★感应电动机在轻载下运行时，试分析其效率和功率因数都较额定 负载时低的原因。如定子绕组为联接的感应电动机改为联接运行， 在轻载下其结果如何？此时所能负担的最大负载必须少于多少？ 答 （1）轻载时功率因数低的原因是由于轻载时定子负载电流小， 定子电流主要取决于无功的励磁电流，而在感应电动机中，由于空气隙 的存在，励磁电流较大，一般为.。 (2) 效率低的原因是由于轻载在输入的电功率中输出的有功功率 小，而不变损耗（铁耗和机耗）所占的分量较大，因此效率低。 （3）轻载时如将接改为接，由于相电压只为原来的，因此，励磁电 流及铁耗都大为减少，功率因数及效率将显著改善。此时最大转矩必须 小于联接时电动机的最大电磁转矩的。 16. ★为什么相同容量的感应电机的空载电流比变压器的大很多？ 答 变压器的主磁路全部用导磁性能良好的硅钢片构成，感应电机 的主磁路除了用硅钢片构成的定、转子铁心外，还有空气隙。气隙的长
答 定子电流的频率为，转子电流的频率为，定子磁动势以速度切 割定子，以（）速度即速度切割转子；转子磁动势也以速度切割定
子，以速度切割转子。定、转子基波磁动势同步旋转，相对静止。 7. 说明三相感应电动机转子绕组折算和频率折算的意义，折算是
在什么条件下进行的？ 答 转子绕组折算就是用新绕组替换原绕组。为了导出等效电路， 用一个与定子绕组的相相数、匝数和绕组因数相同的等效绕组替换 实际转子绕组，折算前后转子绕组的磁动势和 各种功率及损耗不 变，因而从定子边看转子，一切未变。频率折算即用静止的转子替 换旋转的转子，折算条件也是磁动势和各种功率及损耗不变。为 此，只要将转子电阻换成。 8. ★普通笼型感应电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流
2． ★异步电动机的气隙比同步电动机的气隙大还是小?为什么？ 答：异步电动机的气隙比同步电动机的气隙小，因为异步电动机的 励磁电流由三相交流电源提供，如果气隙大，则磁阻大，所需的励磁电 流就大，因励磁电流为无功电流，所以励磁电流大就使异步电动机功率 因数变坏，即降低。而同步电动机励磁电流由直流电源提供，从同步电 动机的v形曲线可知，当励磁电流从小增大，励磁状态从欠励到过励 时，功率因数可由滞后的转变为超前的，而异步电动机的功率因数永远 为滞后的。
相对转子的转速是否改变？
答 转子磁势相对定子转速不变,相对转子转速改变。
3. ★绕线型感应电动机，若⑴转子电阻增加；⑵漏电抗增大；⑶
电源电压不变，但频率由变为；试问这三种情况下最大转矩，
起动转矩，起动电流会有什么变化？
答 (1)最大转矩不变，起动转矩上升，起动电流下降；
(2) 最大转矩下降，起动转矩下降，起动电流下降；
第五章 异步电机
1. 感应电动机等效电路中的)代表什么含义？ 能否用电抗或电容
代替﹖为什么？
答 代表与转子所产生的机械功率相对应的等效电阻，消耗在此电
阻中的功率将代表实际电机中所产生的全（总）机械功率；不能；
因为电抗、电容消耗无功功率，而电机转子所产生的全（总）机械
功率为有功功率。
2. ★感应电机转速变化时，转子磁势相对定子的转速是否改变？
3. ★有一台三相四极感应电动机，，，接法，，，，，机械损耗与附 加损耗之和为。设，求此电动机额定运行时的输出功率、电磁功 率、电磁转矩和负载转矩。 解： 全机械功率
3． 三相异步电动机的主磁通指什么磁通？它是由各相电流分别 产生的各相磁通，还是由三相电流共同产生的？在等效电路中哪
个电抗参数与之对应?该参数本身是一相的还是三相的值?它与同 步电动机的哪个参数相对应?这与变压器中的励磁电抗是完全相 同的概念吗？ 答：三相异步电动机的主磁通指的是由三相电流合成的基波旋转磁 动势产生井通过气隙到达转子的磁通，它是由三相电流共同产生的，等 效电路中励磁电抗Xm与之对应，该参数本身是一相的值，它与同步电 动机的电枢反应电抗相对应，与变压器中励磁电抗的概念是不完全相同 的，变压器中的励磁电抗，为一相励磁电流产生的主磁通所感应的电动 势与该相励磁电流的比值，即(忽略铁损耗)。 4． 如果电源电压不变，则三相异步电动机的主磁通大小与什么 因素有关? 答：如果电源电压不变，则三相异步电动机的主磁通大小就与定子 电流I1有关。根据
电源电压下降，则最大转矩下降到原来的，起动转矩也下降到 原来的。磁通下降到原来的，不考虑饱和的影响时，空载电流下降 到原来的。在负载转矩不变的情况下，上升，定子电流相应上升， 电动机的转速有所降低，增大，不变。 10. ★漏抗大小对感应电动机的起动电流、起动转矩、最大转矩、
功率因数等有何影响？ 答 当电源电压和频率一定时，最大转矩近似与漏抗成反比，漏抗 越大，起动电流、起动转矩越小，功率因数越低。 11. 两台型号完全相同的笼型感应电动机共轴联接，拖动一个负载。如 果起动时将它们的定子绕组串联以后接至电网上，起动完毕后再改 为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和起动转矩有何影响？ 答 定子绕组串联，每台电动机的端电压为。由于起动电流与电压 成正比，起动转矩与电压平方成正比，使得总的起动电流为原来的，总
很大，而起动转矩并不大？ 答 起动时，，旋转磁场以同步速度切割转子，在短路的转子绕组 中感应很大的电动势和电流，引起与它平衡的定子电流的负载分量 急剧增加，以致定子电流很大；起 动时，很小，电动机的等效阻 抗很小，所以起动电流很大。由于，当、时，使转子功率因数角接 近，很小，并不大；另外，因起动电流很大，定子绕组漏抗压降 大，使感应电动势减小，与之成正比的也减小。起动时，减小，并 不大，使得起动转矩并不大。 9. 感应电动机带负载运行，若电源电压下降过多，会产生什么严重后 果？如果电源电压下 降，对最大转矩、起动转矩、转子电流、气 隙磁通、转差率有何影响（设负载转矩不 变）？ 答 最大转矩和起动转矩与电压平方成正比。如果电源电压下降过 多，当起动转矩下降到小于负载转矩时，电动机不能起动。当最大 转矩下降到小于负载转矩时，原来运行的电动机将停转。
意义？
答 定子绕组电阻；定子绕组漏抗，表征定子绕组漏磁效应；激
磁电阻，表征铁心损耗；激磁电抗，表征铁心磁化性能；归算到
定子侧的转子绕组电阻；归算到定子侧的转子绕组漏抗；代表与
转子所产生的机械功率相对应的等效电阻。
6. 感应电动机运行时，定子电流的频率是多少？由定子电流产生的 旋转磁动势以什么速度 切割定子和转子？由转子电流产生的旋 转磁动势基波以什么速度切割定子和转子？两个基波磁动势的相 对运动速度多大？
度尽管很小，但磁阻很大，使得感应电机主磁路的磁阻比相应的变压器 大，感应电机空载电流标么值为，变压器空载电流的标么值为 。
17. 感应电机中，主磁通和漏磁通的性质和作用有什么不同？ 答 主磁通通过气隙沿铁心闭合，与定、转子绕组同时交链，它是 实现能量转换的媒介，它占总磁通的绝大部分。主磁通可以由定子电流 单独产生。也可以由定、转子电流共同产生。主磁通路径的磁导率随饱 和程度而变化，与之对应的励磁电抗不是常数。 除主磁通以外的磁通统称为漏磁通，它包括槽漏磁通。端部漏磁通 和谐波漏磁通。仅与定子交链的称为定子漏磁通，仅与转子交链的称为 转子漏磁通。漏磁通在数量上只占总磁通的很小的一部分，没有传递能 量作用。漏磁通路径的磁导率为常数，与之对应的定子漏电抗、转子漏 电抗是常数。 18. 分析转差率对感应电动机效率的影响。 答 空载到额定转差时，定子铁耗与机耗很小，可看成不变损耗， 而定子、转子铜耗则与定、转子电流的平方成正比，是随负载变化的损 耗，因此，电动机的效率也随负载而变化。当负载从零开始增加时，逐 渐增加，总损耗增加缓慢，效率上升很快。由于，当负载超过一定值， 急剧增加，降低，故此时随或增加而降低。