异步电动机习题

2020/2/8电气设备及系统（一）1异步电动机习题课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2020/2/8电气设备及系统（一）21.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。2020/2/8电气设备及系统（一）32.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。2020/2/8电气设备及系统（一）4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。2020/2/8电气设备及系统（一）5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。2020/2/8电气设备及系统（一）6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。2020/2/8电气设备及系统（一）7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：电刷滑环UVWuvwNU12020/2/8电气设备及系统（一）8电刷滑环UVWuvwNU11nNSn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⊕）。2020/2/8电气设备及系统（一）9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。1nNSn2020/2/8电气设备及系统（一）103.功率与电磁转矩2cupmecP1cupFepemP1P1U1I0I2I1r1x2r2xmrmx21rss感应电动机的功率图1P1cupFep2cupemPmecP2Padmecpp2020/2/8电气设备及系统（一）11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11111cosIUmP12111rImpcumFerImp201srImppPPFecuem'22'2111'22'2122222rImrImpcu'22'21222211rssImrssImPmec02pPppPPmecadmecmecsPpemcu2sPPemmec12020/2/8电气设备及系统（一）1211)1()1(ememmecemPsPsPT02pPPmec02TTTem02TTTem22122112211)()(2xxsrrfsrpUmTem2'21cosICPTmTemem2020/2/8电气设备及系统（一）13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。2020/2/8电气设备及系统（一）14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。880cos1.1P1cupFep2cupemPmecP2Padmecpp2020/2/8电气设备及系统（一）15解：磁极对数：同步转速：额定转差率：36011ppfnnNr/mpfn10006011050-11.nnnsN2020/2/8电气设备及系统（一）16总机械功率：转子铜损：输入功率：kW.pPPmecNmec129kWPsspmecNNcu1.53212kWppppPPFecucumecN32.8321212020/2/8电气设备及系统（一）17效率：定子电流：转子电动势频率：3%851001.%PPNA.UPINN6856cos31111Hz.fsfN52122020/2/8电气设备及系统（一）18解:（1）A...ηUPINNNNN284923088038031045cos310332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。2020/2/8电气设备及系统（一）19（2）由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）min15001r/n013015001480150011.nnnNs（3）mN429014804595509550NN2N.nPTmN9638429022)(NNmaxmax...TTTTmN8551429091)(NNstst...TTTT2020/2/8电气设备及系统（一）20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•m510.2N•m，能起动在U′=0.9UN时，不能起动mN.mN..Tst251044785519022020/2/8电气设备及系统（一）21T-s曲线22122112211)()(2xxsrrfsrpUmTemS1smsNs0sTmTNTstT电压下降时S1smsNs0sTmTNTstT漏抗增大时1sms0sTmaxTstT转子电阻增大时2020/2/8电气设备及系统（一）22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？2020/2/8电气设备及系统（一）23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。21UTemS1smsNs0sTmTNTstT2020/2/8电气设备及系统（一）24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TmTL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。S1smsas0sTmTLTstT2020/2/8电气设备及系统（一）25电压下降TmTL，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S1smsas0sTmTLTbsab2020/2/8电气设备及系统（一）26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。TIISnUTU12211)(2020/2/8电气设备及系统（一）274.运行与机械特性S1smsNs0sTmTNTstTnNn0TmTNTstT2020/2/8电气设备及系统（一）28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。)(LTfn生产机械的负载转矩特性2020/2/8电气设备及系统（一）291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。2020/2/8电气设备及系统（一）30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。2020/2/8电气设备及系统（一）31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。2020/2/8电气设备及系统（一）32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CnTnTTPLLLL602602LTLT2020/2/8电气设备及系统（一）333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。2KnTL2020/2/8电气设备及系统（一）34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