电机学第五篇异步电机
单相异步电机 原理
单相异步电机原理
单相异步电机是一种常见的电动机，其工作原理主要基于磁场的旋转。
首先，在单相异步电机中，有一对定子绕组，称为主绕组。
这对定子绕组中的一条绕组与电源相连接，另一条绕组与一组电容器并联连接。
在电源供电的情况下，电容器会产生一个相位差，从而在定子绕组中形成一个旋转磁场。
其次，单相异步电机中还有一个旋转子，它位于定子绕组内部，并与定子绕组之间存在一定的间隙。
当旋转子静止时，由于旋转子的形状不对称，定子绕组中的旋转磁场将产生一个磁力，使得旋转子开始转动。
然而，单相异步电机由于缺乏旋转磁场的自激励，无法自动启动运行。
因此，在启动过程中，通常需要一种辅助装置来帮助启动电机。
例如，可以通过加装一个起动绕组或者一个辅助磁极来产生旋转磁场，并通过电容器来实现相位差。
综上所述，单相异步电机的工作原理主要基于磁场的旋转，通过定子绕组中的旋转磁场产生磁力，使得旋转子开始转动。
三相异步电机的工作原理
三相异步电机的工作原理
三相异步电机的工作原理基于电磁感应和旋转磁场的原理。
它由定子和转子组成。
定子是由三个绕组组成，每个绕组均连接到一个独立的三相交流电源。
当电流通过绕组时，它们会产生一个旋转磁场，该旋转磁场的频率与电源的频率相同，通常为50赫兹或60赫兹。
转子由导体条或铜棒制成，并放置在定子的磁场中间。
当定子的旋转磁场通过转子时，导体条中的电流会受到感应，这样就会在转子中产生一个磁场。
由于定子的磁场是旋转的，它会产生一个旋转磁场，在转子中产生的磁场与定子的旋转磁场相互作用。
这个作用力会使得转子开始旋转，从而驱动机械装置的运动。
值得注意的是，转子的旋转速度通常略低于定子的旋转磁场的速度，因此，它被称为“异步”电机。
这个差异速度被称为“滑差”，滑差是通过电机的设计和负载的特性来控制的。
总体而言，三相异步电机工作原理是基于电磁感应和旋转磁场之间的相互作用，通过这种作用驱动转子旋转，实现机械装置的运动。
异步电机等效电路的简化(精)
2 Xm 2 Rk R1 R2 (Xm X2 ) 2 R2
X k X 1
X m R X X 2 X m 2 2 2 (Xm X2 ) 2 R2
2 2
（ 1 ）对于一般电机， X1＝X 2
利用空载 X 0 X m X 1 试验 X m X 0 X 1
P 1 P 2 pcu1 pFe pcu 2 pmec pad 0 P2 p
cu1
p p
pFe pcu2 pmec pad 0
第五章 异步电机 23
《电机学》
※ 功率流程图
P1
Pem pCu2 pad pmec
P2
pCu1
pFe1
※异步电动机的功率平衡方程：
2 P0 pCu1 P0 m1I 0 R1 pFe
《电机学》
第五章 异步电机
12
4、参数计算
Z0
U 0 I 0
空载时的额定相 电压及相电流
p0 R0 m1 I 02
X 0 Z 02 R02
电动机空载，转子支路近似开路
X 0 X m X 1 X m X 0 X 1
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
异步电机
转矩系数：
(电机结构参数所决定的常数)
《电机学》
第五章 异步电机
33
pm1 N1k N 1 cos 2 CM m I 2 cos 2 Tem m I2 2
pCu 2 sPem
or
Pmec Pem
1 s R2 s 1 s R2 s
异步电动机实验报告
异步电动机实验报告异步电机实验报告四川大学电气信息学院实验报告书课程名称：实验项目：专业班组：实验时间：成绩评定：评阅教师：报告撰写：电气工程及其自动化105，109班电机学老师：曾成碧三相异步电动机的空载及堵转实验一．实验目的1.掌握异步电动机空载和堵转实验方法及测试技术。
2.通过空载及堵转实验数据求取异步电动机的铁耗和机械损耗。
3.通过空载及堵转实验数据求取异步电动机的各参数二．问题思考：1.试就下列几个方面与变压器相比较，有何相同与相异之处？（1）空载运行状况及转子堵转状况。
（2）空载运行时的cos?0，I0，P0。
（3）转子堵转实验时测得的Xk?X1?X2'。
答：变压器空载运行是指二次侧绕组开路时的变压的运行状态，此时二次侧绕组电流i2=0，空载电流的无功分量远大于有功分量，所以电流大多用于励磁。
等效电路如下图：?rm xm异步电机的空载运行状况实际中并不存在，因为空载运行是指输出的机械功率为零，也就是转差率s=0，转子侧电流为0，转子转速n与旋转磁场的转速n1相同，这种情况下转子不受磁场力，所以不可能存在。
实际中的空载是指轻载，即s?0，n?n1，i2?0，输出功率P2?0，Pm?pm?ps?0。
等效电路可近似看为：? rm xm异步电机堵转的时候转子侧三相绕组断路，转子堵住不动，定子侧接三相交流电r2，,r2源，此时因为转子不转，转子侧输出功率为零，电流较大，二次侧等效电阻s最小等效电路如下图所示：，I 与变压器短路试验运行时等效电路类似。
变压器短路运行时等效电路如下：I，在变压器中，Xk的值等于一次侧漏抗和二次侧漏抗折算到一次侧的和，x1?+x，xx2?，在异步电机中1,2分别是定子电流产生的磁场在定子侧的漏电抗和转子侧感应电流产生的磁场在转子侧的漏电抗。
在变压器中，x1?和x2?近似相等，但远小于xm，在异步电动机中，x1和x2要根据定、转子实际材料，接线方式确定。
《电机学》课件 第五章异步电机3
5. 今有一台8极同步电机与一台4极绕线式感应电机同轴联接， 两台电机定子都接在50Hz的电源上。绕线式感应电机的转子引出 三相接线作为电源输出。求输出的电流频率是多少？
6. 在直流电机中铁耗是什么供给？感应电动机中铁耗又由什么 供给？为什么？
7.一台三相感应电动机，P=17kW, V=380V，定子绕组三角形接法， 4极，I=19A，f=50Hz，额定运行时有 定子铜耗=700W，转子铜耗 =500W，铁耗=450W,机械损耗=15W, 附加损耗=200W, 计算该机 在额定状态下的电磁转矩。
2、1 定子绕组串电抗起动
UX 1 U N a
2 k
I st UX 1 I stN U N a
2
Tst UX 2 1 ( ) 2 TstN U N a
2 k 2
R ( Xk X ) a R Xk
2、2 用Y-Δ起动器起动
UX 1 U N 3
I st 1 I stN 3
5.10 电磁转矩的三种表达式
1、物理表达式
pm1 N 1 k N1 ) ' ' Tem ( ) m I 2 cos 2 C M m I 2 cos 2 2
2、参数表达式
Tem
' R2 2 m1 pU 1 s ' R2 2 2 f 1 [( R1 ) ( X 1 X '2 ) 2 ] s
Tem
Pmec
2 n 2 (1 s )n1 ( 1 s ) 1 60 60
P2 T2
Tem T2 T0
pmec pad T0
Pmec Pmec Pem Tem ( 1 s ) 1 1
异步电机的工作原理
异步电机的工作原理
异步电机是一种常见的交流电动机，它广泛应用于工业生产、家用电器以及各种机械设备中。
异步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用，下面将详细介绍异步电机的工作原理。
首先，异步电机由定子和转子两部分组成。
定子是由绕组和铁芯构成的，绕组上通有交流电流，产生旋转磁场；而转子则是由绕组和铁芯构成，绕组通有感应电流，感应电流与定子的旋转磁场相互作用，从而产生转矩，使电机转动。
其次，当三相交流电源加在定子上时，定子中会产生旋转磁场。
这个旋转磁场的产生原理是基于三相交流电的相位差，使得定子绕组中的电流产生正弦分布，从而产生旋转磁场。
而转子中的绕组则感应出感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，产生转矩，从而使得转子跟随旋转磁场一起旋转。
再者，根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，会产生感应电动势。
在异步电机中，由于转子绕组感应出的感应电流是由定子旋转磁场产生的，所以转子绕组中会产生感应电动势。
这个感应电动势会产生感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，从而产生转矩，使得转子跟随旋转磁场一起旋转。
最后，异步电机的工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用。
当定子上通有交流电流时，产生旋转磁场；而转子中感应出感应电流，感应电流与旋转磁场相互作用，产生转矩，使得转子跟随旋转磁场一起旋转。
这样，异步电机就能够实现动力传递和机械运动。
总之，异步电机是一种广泛应用的电动机，其工作原理是基于电磁感应和磁场作用的相互作用。
通过定子和转子之间的相互作用，异步电机能够实现动力传递和机械运动，为各种机械设备的正常运行提供了重要的动力支持。
电机学第5章 异步电机基本理论
32
二、转子堵转时的电磁关系
– 异步电机正常运转时总是要旋转的，但是在转子不动
用 时，各种电磁关系也存在。先分析转子不动时的情况
，有助于理解其电磁物理过程
使 – 从电路分析角度来看，转子静止时的异步机的电路与 习 变压器副边短路时的变压器的电路相似
学 供 仅
33
– 定转子基波磁动势空间相对静止
8
定子铁心
用
转子铁心
使
习
学
供
仅
9
用 使 习 学 供 仅
10
用 定子冲片 使 习 学 供 仅
11
定子
使用 线圈 习 学 供 仅
12
用 使铭牌 习 学 机壳 供 仅
13
用 – 转子 • 转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分 使 • 转子绕组： –笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导 习 条，形成一个多相对称短路绕组。 –绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在 学 转子铁心槽内。 • 其他部件：轴，轴承，风扇等 供 仅
用 通大小的主要因素
– 比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部
习使 漏磁通大 学
供 仅
26
用 – 励磁电流与励磁磁动势 • 异步电动机转子绕组开路时的定子电流与变压器一 使 样，由两部分组成 » 用来产生主磁通 0 的无功分量 I0r 习 » 用来供给铁心损耗的有功分量 I0a I0 I0r I0a 学 由于I0r I0a，所以I0基本为一无功性质电流，即I0 I0r 供 仅
学习 子导体感应电动势和电流。 供 3.电磁力：转子载流（有功分
量电流）体在磁场作用下受电
仅 磁力作用，形成电磁转矩，驱
动电动机旋转。
3
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。
电机学知识点
气隙线 磁化曲线
2.直流电机的电枢绕组
0
2Ff (I f )
直流电机的电枢绕组是直流电机产生感应电势和电磁转矩，
从而实现机电能量转换的重要部件。直流电机的电枢绕组，
无论什么形式，都是将各元件通过相应的换向片依次连接起
来而构成的闭合绕组。直流电机的电枢绕组通过电刷引入或
引出电流，并在正负极性电刷间形成偶数条并联支路。
影响变压器电压调整率U的因素有：___负__载_的__大__小___、 ___负__载_的__性__质____和_短__路_阻__抗__参__数_R_k_、_X_k _。
2）变压器的损耗和效率
变压器的损耗有铁耗和铜耗。
铁耗不随负载的大小而改变，也称为不变损耗， pPe p0
铜耗随负载的大小而改变，也称为可变损耗， pCu I 2 2
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
基本知识：
1. 直流电机的磁化曲线 2. 单叠绕组和单波绕组的特点 3. 单叠绕组和单波绕组节距的计算方法 4. 直流电机的电枢绕组电动势和电磁转矩
第七章 直流电机的磁路和电枢绕组
1.直流电机的空载磁场和磁化特性
直流电机空载运行时的气隙磁场由励磁磁势建立，该磁势由 主极上的励磁绕组通以直流电流所产生。
k 1 Qu 1
p
p
的一类电枢绕组，它是把
上层元件边在同极性主极下的各元件串联起来成一条支路，
所以单波绕组的并联支路对数_a_=_1______。
直流电机电枢绕组的电势是通过电刷引出的，电刷的位置应 使正负电刷间的感应电动势最大。当元件几何形状对称时， 电刷在换向器表面的位置应对准磁极中心线。此时正、负电 刷间感应电势最大，被电刷短路的元件感应电势为零。
E1 j4.44 fN1 m E2 j4.44 fN 2 m
《电机学课件》PPT课件
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
• 参考书：汪国梁主编《电机学》
05.12.2020
.
12
《电机学》（二）课程简介
• 课程名称： 中文名称：电机学（二） • 英文名称：Electrical Machinery （Part 2） • 教学对象：电气工程类专业、本科 • 课程定位：《电机学》是本专业的一门主要技
• 使用教材：胡虔生、胡敏强、杜炎生合编《电 机学》，中国电力出版社
•
Stephen J.Chapman, Electric Machinery
Fundamentals, McGRAW-HILL International
Editions
• 参考书：汪国梁主编《电机学》 返回
05.12.2020
.
15
变压器图片、图形、动画
变压器的空载运行 变压器运行特性 三绕组变压器 三绕组变压器向量图 变压器外特性 TR三次谐波磁通路径 YYN变压器组中性点浮动 三相变压器组铁芯磁通波形 相量图
变压器参数测定 变压器暂态运行 自耦变压器 互感器 对称分量合成 变压器并联运行 T形电路 三相变压器
05.12.2020
术基础课，定位为：
* 电气工程的基础 * 电力系统的核心
• 课程特点：课程特点是概念多、理论性强，与 工程联系密切。
05.12.2020
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13
《电机学》（二）课程简介
主要内容：本课程主要讲述：同步电机的结构， 工作原理、运行等到方面的内容。具体为：
❖同步电机的基本理论与运行特性 ❖同步发电机在大电网上运行 ❖同步发电机不对称运行 ❖同步发电机的突然短路。
第5章 电机学
P2 P 1
3U N I N cos
鼠笼电机 =72－93％
P 1
UN和IN为额定线电压和线电流
7. 功率因数(cos1)： 额定负载时一般为0.7 ~ 0.9 ， 空载时功率因数很 低约为0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最大。
cos 1
P2
PN
注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马” 拉“小车”的现象。 此外还有绝缘等级等参数，不一 一介绍。
感应电机分类
单相感应电动机
按定子绕组供电电源相数 三相感应电动机
异步电机
结构简单，坚固， 两相感应电动机 成本低，运行性能 不如绕线式 鼠笼式异步电动机 按转子绕组的结构 绕线式异步电动机
通过外串电阻改善电机 的起动，调速等性能
感应电机的结构
定子铁心
定子
定子绕组
机座
感应电机
转子铁心
绕线型，结构 笼型，结构
•电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁 通大小的主要因素。
• 比如，槽口宽，在槽口漏磁通小；端部长，则 端部漏磁通大。
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
转子磁动势 转子切割磁场的速度为 转子感应电动势和电流的频率f2应为
转子电流产生的旋转磁动势F2相对于转子的转速 为
二、负载运行时的转子磁动势和磁动势方程
5.1 感应电机的 结构和运行状态 5.2 三相感应 电动机的磁场 5.3 转子静 止时的异步 电机
5.4 转子旋转时 的异步电机及等 效电路
第五章 感应电机的稳态Байду номын сангаас析
5.5 感应电动机参数的测定
5.7 笼型转子 的参数计算
5.8 异步电动 机功率、转矩 平衡方程式
《电机学》学习指导及习题解答
∴
dφ dt
<0
∴
i 增大
dφ dt
接在交流电源上，同上 直流电源：∵ 但 φ 仍然减小。
=0
∴
i 不变
1．10 一个有铁心的线圈，电阻为 2Ω 。当将其接入 110V 的交流电源时，测得输入功率为 90W，电流为 2.5 A ，试求此铁心的铁心损耗。
电功率平衡可知（或能量守恒） ，输入的功率一部分消耗在线圈电阻上，一部分为铁耗
= BA
∴ ev = − b [ B ( a + c + vt ) − B ( a + vt ) ] v
+ c + vt = b ∫a a + vt Bx dx
B (a + c + vt ) = μ0 H (a + c + vt ) = μ0
∵I =
I 2π (a + c + vt )
∫
H l = H (a + c + vt) ⋅ 2π (a + c + vt)
Φ = 10.9 × 10 −4 Wb 时所需的励磁磁动势和励磁电流。
磁密 B =
Φ A 10.9×10 = 12.25 = 0.89(T ) ×10−4
−4
查磁化曲线 H F e = 299( A 气隙： H δ = 0.89 磁动势:
m
)
4 π × 10 − 7
= 7.08599 × 10 − 5 ( A
dΦ dt
产生感应电动势.
(2) 磁通方向：右手螺旋定则，全电流定律 e1 方向：阻止线圈中磁链的变化，符合右手螺 旋定则：四指指向电势方向，拇指为磁通方向。
电机学第五章
第五章：感应电机的稳态分析主要内容：三相感应电机的结构原理，及磁势，磁场。
感应电机的基本方程式，等效电路。
工作特性，及启动调速问题，最后介绍单相感应电机。
5-1 感应电动机的结构，原理和运行状态为了更好的理解感应电动机的工作原理，首先介绍结构。
一、感应电动机的结构主要由静止的定子和转动的转子两大部分组成，定、转子之间有一很小的气隙。
1、定子：由定子铁心，定子绕组和机座三部分组成定子铁心：是主磁路的一部分，为了减少磁滞损耗和涡流损耗，铁芯由0.5mm的硅钢片叠成。
在定子铁心内圆上均匀的冲有一定槽形的槽，用来嵌放定子绕组槽形分：半闭口，半开口，开口从提高效率和功率因数来看，半闭口槽最好，因为它可以减少气隙磁阻，使产生一定数量的旋转磁场所需的励磁电流最少。
但绕组的绝缘和嵌线工艺比较复杂，因此只用于低压中小型异步电动机中。
对于中型异步电动机通常采用半开口槽。
（500伏以下）对于高压中型和大型异步机，一般采用开口槽，以便于嵌线。
定子绕组：定子铁心槽内对称的放置三相绕组，当三相绕组中通入对称三相交流电流时产生旋转磁场。
机座：用来支撑整个电机。
2、转子：由转子铁心，转子绕组，和转轴组成。
转子铁心：也是主磁路的一部分，由厚0.5mm的硅钢片叠成，在铁心外缘冲有一圈开口槽，外表面成圆柱形。
转子绕组：分笼型：一般采用铸铝，结构简单，制造方便。
应用广泛。
绕线形：转子槽内嵌有三相绕组，通过集电环和电刷与外电路接通。
这样可以在转子绕组中接入外加电阻，改善启动和调速性能。
此种结构较笼型复杂，只用于启动性能要求较高和需调速的场合。
3、 气隙：在定、转子之间有一气隙，气隙大小对异步机的性能有很大的影响。
气隙大磁阻大，要产生同样大小的旋转磁场就需较大的励磁电流，由于激磁电流基本上是无功电流，所以为了降低电机的空载电流，提高功率因数，气隙应尽量减少。
一般气隙长度应为机械条件所容许达到的最小值。
中小型电机气隙一般为0.2-0.7二、异步电动机的工作原理。
电机学知识点
3.直流电机由定子和转子两大部分组成，定子部分包括主磁 极、机座、换向极、电刷装置、端盖等。转子部分包括转轴 、电枢铁心、电枢绕组、换向器等。定子的作用是建立主磁 场和进行机械固定。转子的作用是产生电动势，流过电流， 产生电磁转矩。
4.直流电机的额定值
电机的额定值是电机长期运行时允许的各物理量的值。直流 电机的额定值主要有额定功率、额定电压、额定电流、额定 转速等。 •额定功率PN(kW)：额定运行状态下电机的 输出功率 。 •额定电压UN(V) ：额定运行状态下电机出线端的平均电压。
1）电枢绕组的节距
第一节距y1：每个元件的两个元件边在电枢表面的跨距， 用虚槽数计算。
y1
Qu 2p
整数
式中： —小于1的分数。
第二节距y2：相串联的两个元件中，第一个元件的下层边 与第二个元件的上层边在电枢表面上所跨的距离，用虚槽
数计算。
合成节距y：相串联的两个元件对应边在电枢表面上所跨
电机学
第一篇 变压器 第二篇 直流电机 第三篇 交流电机的绕组电动势和磁动势 第四篇 同步电机 第五篇 异步电机
第一章 变压器的用途、分类与结构
1.变压器的基本作用原理
变压器是根据__电__磁__感__应___原理，将一种电压等级的交流电能 变换为同频率的另一种电压等级的的交流电能的静止电机。
2.变压器的主要额定值
第二章 变压器的运行分析
1.变压器的磁场
为了便于研究，根据变压器内部磁场的实际分布和所起作 用的不同，通常把磁通分为___主__磁__通___和_漏__磁__通____。
主磁通的性质和作用：主磁通沿铁心闭合，其磁路是一 种非线性磁路，m与I0 呈非线性关系，主磁通在一、二次 绕组中分别感应电势E1和E2，将电磁功率从一次绕组传递 到二次绕组，起__传__递__能__量_______的作用。
第五章 闭环异步机调压调速
1 2 f1 np为电动机极对数
异步电动机稳态数学模型—稳态等值电路 根据电机学原理，在下述三个假定条件下：
忽略空间和时间谐波 忽略磁饱和 忽略铁损
异步电机的T型稳态等效电路示于图5-3。
5
异步电动机稳态数学模型—稳态等值电路
• 异步电动机等效电路
图5-3 异步电动机的T型稳态等效电路
0.7UsN
1
0
TL
Te
优点：调压调速范围增大，堵转工作也不致烧坏电机 图5-5 交流力矩电动机在不同电压下的机械特性 25 缺点：机械特性较软
第五章 闭环控制的异步电动机调压调速系统
5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法 5.2 异步电动机调压调速原理
5.3 异步电动机调压调速电路
将式（ 5-3 ）对 s 求导，并令 dTe/ds=0 ，可求出对应 于临界静差率和临界最大转矩
sm
Te max
R
2 s 2 1
' r ' 2 lr
R ( Lls L )
（5-4）
21 Rs R ( Lls L )
2 s 2 1
3npU s2
' 2 lr
（5-5）
能够改变的参数可分为3类： 电动机参数 电源电压 电源频率（或角频率）
16
第五章 闭环控制的异步电动机调压调速系统
5.1 异步电动机稳态数学模型和调速方法 5.2 异步电动机调压调速原理
5.3 异步电动机调压调速电路
5.4 闭环控制的调压调速系统及其静特性 5.5 闭环调压调速系统的近似动态结构图(*) 5.6 转差功率损耗分析 5.7 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用
电机学答案第5章
第五章 异步电机5．1 什么叫转差率如何根据转差率来判断异步机的运行状态转差率为转子转速n 与同步转速1n 之差对同步转速1n 之比值11n n n s-=0s <为发电机状态。
01s <<为电动机状态，1s >为电磁制动状态。
5．2 异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样怎样区分这两种运行状态发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。
5．3 有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为1f ，旋转磁场相对于转子以p f n /6011=（p 为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何转差率如何计算假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。
11n nn s +=（n 为转子转速）5．4 为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50﹪左右。
这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。
5．5 三相异步电机的极对数p 、同步转速1n 、转子转速n 、定子频率1f 、转子频率2f 、转差率s 及转子磁动势2F 相对于转子的转速2n 之间的相互关系如何试填写下表中的空格。
1601f Pn =11n nn s -=21f sf =2F 相对于转子的转速21n n n =- 2F 相对于定子的转速1n5．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度1n 。
转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为2F 相对于转子的转速n ，转差率为s 时，转子电流的频率21f sf =，则这个磁动势相对转子的转速为1sn ，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为11111n nn sn n n n n -+=+=，即永远为同步速。
驱动电机内部构成.ppt
了解知识：
铜料：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
环套在伸出两端的铜条
上，最后焊在一起
铝料：用熔化了的铝
液直接浇铸在转子铁心
上的槽里，连同端环、
风扇一次铸成。铸铝鼠
笼转子可节约用铜，工
艺简单，可提高生产率，
所以容量在100kW以下的
小型异步机一般都采用
它。
12
绕线式转子绕组
❖绕线式绕组为对称三相绕组，一般接成星形，出线端 经滑环、电刷引出电流。
8. 转子额定电流I2N：指电动机额定运行、转子短路状 态下，滑环之间流过的线电流，单位：A。
《电机学》 第五章 异步电机
36
绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时容 许的极限温度来分级的。所谓极限温度，是指电动机 绝缘结构中最热点的最高容许温度。
绝缘等级
A
极限温度（0C）
105
E
B
120
130
《电机学》 第五章 异步电机
21
异步电动机特点
转子实际n与旋转磁场n1 不相等。 旋转磁场的转速用n1表示，称为同步转速； 转子的实际转速用n表示 定义转差Δn=n1-n。
nn1是异步电机产生电磁转矩的必要条件。
解释：n＝n1，则旋转磁场与转子导体之间将无相对运动， 于是转子导体中将不产生电动势和转子电流，从而不产生 电磁转矩。无法维持电机旋转。因此n和n1之间总是存在着 差异。
现代感应电机主要作为电动机。 电磁制动往往只是感应电动机在完成某一生产过程
而出现的短时运行状态，例如交流起重机下放重物 时，为限制下放速度，往往使感应电机运行于电磁 制动状态； 感应发电机，有时用于农业小型水电站和风力发电 站。
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第五篇 异步电机一、 填空1. 如果异步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. ★当三相异步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 503. 三相异步电动机，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. ★异步电动机起动时，转差率=s ，此时转子电流2I 的值 ，2cos ϕ ,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. ★一台三相八极异步电动机的电网频率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0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。
答 0.02，Hz 1，min /720r ，Hz 26. 三相异步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. 三相异步电机转速为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 =的三相异步电动机，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⎪⎭⎫ ⎝⎛，265⎪⎭⎫ ⎝⎛ 11. 异步电动机最大转矩公式 =max T 。
答 []221111211)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. ★若异步电动机的漏抗增大，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，则异步电机的激磁电抗m X 。
答 减小15. 深槽和双笼型异步电动机是利用 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. 绕线型异步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， 增大二、 选择1. 绕线式三相异步电动机，转子串电阻起动时（ ）。
A 起动转矩增大，起动电流增大；B 起动转矩增大，起动电流减小；C 起动转矩增大，起动电流不变；D 起动转矩减小，起动电流增大。
答 B2. 一台50Hz 三相异步电动机的转速为min /720r n =，该电机的级数和同步转速为（ ）。
Ａ ４极，min /1500r ； Ｂ ６极，min /1000r ；Ｃ ８极，min /750r ； Ｄ １０极，min /600r 。
答 C3. ★笼型三相异步电动机的额定状态转速下降%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 %)101/(1+；D 不变。
答 D4. 国产额定转速为min /1450r 的三相异步电动机为（ ）极电机。
A 2；B 4；C 6；D 8。
答 B5. ★一台三相异步电动机拖动额定恒转矩负载运行时若电源电压下降%10此时电机的电磁转矩（ ）。
A N T T = ；B N T T 81.0=；C N T T 9.0= ；D N T T >。
答 A6. ★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。
答 A7. 三相异步电动机等效电路中的附加电阻 '-2)1(R ss 上所消耗的电功率应等于（ ）： A 输出功率2P ； B 输入功率1P ；C 电磁功率em P ；D 总机械功率ΩP 。
答 D8. 与普通三相异步电动机相比，深槽、双笼型三相异步电动机正常工作时，性能差一些，主要是（ ）。
A 由于2R 增大，增大了损耗；B 由于2X 减小，使无功电流增大；C 由于2X 的增加，使2cos ϕ下降；D 由于2R 减少，使输出功率减少。
答 C9. ★适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻2R 时，电动机的（ ）。
A st I 减少, st T 增加, max T 不变, m s 增加；B st I 增加, st T 增加, max T 不变, m s 增加；C st I 减少, st T 增加, max T 增大, m s 增加；D st I 增加, st T 减少, max T 不变, m s 增加。
答 A10. ★三相绕线式异步电动机拖动恒转矩负载运行时，采用转子回路串入电阻调速，运行时在不同转速上时，其转子回路电流的大小（ ）。
A 与转差率反比 ；B 与转差率无关；C 与转差率正比 ；D 与转差率成某种函数关系。
答 B11. 三相异步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 全机械功率 。
答 A12. ★设计在Hz f 501=电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为Hz 60的电网上，其电动机的（ ）。
A st T 减小，max T 减小，st I 增大；B st T 减小，max T 增大，st I 减小；C st T 减小，max T 减小，st I 减小；D st T 增大，max T 增大， st I 增大。
答 C13. 一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻22R R '=,测得转差率将为（ ）（R 已折算到定子边）。
A 等于原先的转差率s ；B 三倍于原先的转差率s ；C 两倍于原先的转差率s ；D 无法确定。
答 B14. 国产额定转速为min /960r 的异步电动机为（ ）电机。
A 2极；B 4极；C 6极；D 8极。
答 C15. ★如果有一台三相异步电动机运行在转差率为25.0=s ，此时通过气隙传递的功率有（ ）。
A %25的转子铜耗；B %75是转子铜耗；C %75是输出功率；D %75是全机械功率。
答 A三、判断1. 三相异步电动机转子为任意转数时，定、转子合成基波磁势转速不变 。
（ ） 答 对2. ★三相绕线式异步电动机在转子回路中串电阻可增大起动转矩，所串电阻越大，起动转矩就越大。
（ ） 答 错3. 当三相异步电动机转子绕组短接并堵转时，轴上的输出功率为零，则定子边输入功率亦为零 。
（ ） 答 错4. 三相异步电动机的功率因数1cos ϕ总是滞后的 。
（ ） 答 对5. ★异步电动机运行时，总要从电源吸收一个滞后的无功电流。
（ ） 答 对6. ★只要电源电压不变，异步电动机的定子铁耗和转子铁耗基本不变。
（ ） 答 错7. 异步电动机的负载转矩在任何时候都绝不可能大于额定转矩。
（ ） 答 错8. 绕线型异步电动机转子串电阻可以增大起动转矩；笼型异步电动机定子串电阻亦可以增大起动转矩。
（ ）答 错9. 三相异步电动机起动电流越大，起动转矩也越大。
（ ） 答 错10. ★三相绕线式异步电动机在转子回路中串电阻可增大起动转矩，所串电阻越大，起动电流就越小。
（ ） 答 对11. 深槽型和双笼型异步电动机与普通笼型电动机相比，能减小起动电流的同时增大起动转矩。
（ ） 答 对12. ★绕线型异步电动机转子回路串电阻调速在空载或轻载时的调速范围很大。
（ ）答 错13. 三相异步电动机的起动电流很大，所以其起动转矩也很大。
（ ） 答 错14. 三相异步电动机的起动电流和起动转矩都与电机所加的电源电压成正比。
（ ） 答 错15. 在机械和工艺容许的条件下，异步电机的气隙越小越好。
（ ） 答 对16. ★对于异步电动机，转差功率就是转子铜耗。
（ ） 答 错17. 定、转子磁动势相对静止是一切电机能正常运行的必要条件。
（ ） 答 对18. ★异步电动机空载运行时的功率因数很高。
（ ） 答 错四、简答1. 异步电动机等效电路中的s s -1()'2R 代表什么含义？ 能否用电感或电容代替﹖为什么？答 '21R ss -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2'22111R ss I m -将代表实际电机中所产生的全（总）机械功率；不能；因为电感、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. ★异步电机转速变化时，转子磁势相对定子的转速是否改变？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. ★绕线型异步电动机，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Hz 50变为Hz 60；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；(3) 最大转矩下降，起动转矩下降，起动电流下降。
4. ★三相异步电动机运行时，若负载转矩不变而电源电压下降%10，对电机的同步转速1n ，转子转速n ，主磁通m Φ，功率因数1cos ϕ，电磁转矩em T 有何影响？答 同步转速不变；转子转速下降；主磁通下降；功率因数下降；电磁转矩不变。
5. 说明三相异步电动机等效电路中，参数'2'211,,,,,X R X R X R m m 以及'21R ss -各代表什 么意义？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. 异步电动机运行时，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？答 定子电流的频率为1f ，转子电流的频率为12sf f =，定子磁动势以1n 速度切割定子，以（n n -1）速度即1sn 速度切割转子；转子磁动势也以1n 速度切割定子，以1sn 速度切割转子。
定、转子基波磁动势同步旋转，相对静止。