第5章 异步电机
电机与拖动基础教学课件第五章异步电动机的原理和仿真
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
4. 其他部件
（1）端盖。端盖安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座 相同，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以 使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。
（2）轴承。轴承用于连接转动部分与不动部分，目前都采用滚
（3）轴承端盖。轴承端盖用于保护轴承，使轴承内的润滑油不
5.2
交流绕组
6）槽距角 槽距角(α)是指相邻的两个槽之间的电角度，可
α
360 p Z1
7）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定 方式串联成的线圈组。
5.2
交流绕组
2. 交流绕组的基本要求
（1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上 应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
3. 气隙
异步电动机的气隙是很小的，中小型电动机的气隙一般为 0.2～2 mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就 需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电动机的磁路磁阻 远比变压器大，因而异步电动机的励磁电流也比变压器的大得多。 变压器的励磁电流约为额定电流的3%，异步电动机的励磁电流约 为额定电流的30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电动机的功率因数，必须减小它的励 磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是，气隙过小 会使装配困难，还有可能使定子、转子在运行时发生摩擦或碰撞， 因此，气隙的最小值由制造工艺及运行安全可靠等因素来决定。
图5-1 三相笼型异步电动机的组成部件
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
1. 定子
定子由定子三相绕组、定子铁心和
第5章 异步电动机电压-频率协调控制
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
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 异步电机
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： ； 。
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5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
第5章 异步电动机变频调速系统
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示于下图中的 b 线，无补偿的
控制特性则为a 线。
2014年5月18日星期日
返回目录
返回第一张 上一张幻灯片 下一张幻灯片
第5章
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us Us
N
b —带定子压降补
偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-1 恒压频比控制特性
f1
2014年5月18日星期日
第5章
第五章 异步电机变频调速系统
第一节 交流电动机变频调速的基本理论
第二节正弦波脉宽调制(SPWM)
2014年5月18日星期日
返回目录
返回第一张
上一张幻灯片
下一张幻灯片
第5章
概
述
异步电机的变压变频调速系统一般简称为变频调速 系统。由于在调速时转差功率不随转速而变化，调速范 围宽，无论是高速还是低速时效率都较高，在采取一定 的技术措施后能实现高动态性能，可与直流调速系统媲 美。因此现在应用面很广，是本书的重点。
2014年5月18日星期日
返回目录
返回第一张
上一张幻灯片
下一张幻灯片
第5章
（一） 变压变频调速的基本控制方式
• 定子每相电动势
E1 4.44 f1 N1k w Φ m
f1 —定子频率，单位为Hz； N1 —定子每相绕组串联匝数； Kw —基波绕组系数；
（5-1）
式中：E1 —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，单位为V；
返回目录
返回第一张 上一张幻灯片 下一张幻灯片
第5章
常用的交-交变压变频器输出的每一相都是一个由正、 反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。 也就是说，每一相都相当于一套直流可逆调速系统的 反并联可逆线路（下图a）。
《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
第5章异步电动机二
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
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机
异步电动机空载运行时，建立气隙磁场Bm的励磁磁场Fm0就是定 子绕组产生的三相基波合成磁动势F10即Fm0=F10
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 空载的情况下：n≈ns, I2≈0
当电机带有机械负载后：n<ns, I2增大。 （一）转子磁动势分析 不论转子是绕线型还是笼 型，转子磁动势F2都是一种旋 转磁动势。
f2 60 60 ns sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δ n，而相对于 定子的转速为Δ n+n=ns
第五章 三相异步电动机的运行原理及单相异步电动机 （二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
RΩ 为转子电阻的外加电阻
E1 Im Zm Im (Rm jXm )
Zm为表征铁心磁化特性和铁耗的一个综合参数，称为励磁阻 抗；Xm称为励磁电抗；Rm为反映铁耗的励磁电阻。 E1 jI1 X1 E2s jI2 X 2s
定子漏电抗 转子漏电抗
E2s j4.44 f 2 N2kW 2m j4.44 f1N2kW 2m s
异步电动机的负载运 行时的电磁关系
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：三相异步电动机 拖动与控制
Tm mTN
s m s N m 2 1 m
xk
2 3U p r1 r12 4f T 1 m N
2
（5）转子电阻折算值。 绕线转子
r2 s NU 2 N 3I 2 N
r2 s m r12 x 2
ke ki
电机拖动与控制
第5章
三相异步电动机 拖动与控制
5.1三相异步电动机的机械特性
机械特性是指转速与电磁转矩n=f(T)之间的关系。 对于异步电动机，由于转速与转差率之间存在着
一定的关系，机械特性亦可表示为T=f(s)。
5.1.1固有机械特性的分析 固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率 下，按规定的接线方式接线，定、转子回路外接
4）额定运行点C:，一般额定转差率（0.02～0.06 ）
5.1.2人为机械特性的分析
三相异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电源参数 或电动机参数而得到的机械特性。 1．降低定子电压时的人为 机械特性
n1
s m 不变， Tm 变小
线性工作段斜率变大，即特 性变软。电动机起动转矩倍 数和过载能力均显著下降。
3.点动控制电路
图a为既可实现电动机
连续运转又可实现电动
机点动控制的电路，由 手动开关SA来选择。 当SA闭合时为连续控 制，SA断开时为点动 控制 。 图b为用连续运转按钮SB2、点动按钮SB3来选择连续与点 动,点动控制是用SB3按钮的常闭触头断开自保电路实现。
4.可逆运行控制电路
倒顺转换开关控制电动机 正反转电路。图a为倒顺开 关手动操作控制电动机正 反转，由于倒顺开关无灭 弧装置，适用于5.5kW以 下的小容量电动机 。 对于5.5kW以上的电动机，则用图b来控制，引入倒顺开关 预选电动机旋转方向，而由接触器来接通与断开电源，实 现电动机的起动与停止。
第五章 自编异步电机习题与答案
9.感应电动机最大转矩公式 。
答
10.一台三相异步电动机的额定功率 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，增加
11.★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
12.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
二、选择
1.绕线式三相感应电动机，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B
2.一台50 三相感应电动机的转速为 ，该电机的级数和同步转速为（）。
A 减少, 增加, 不变, 增加；
B 增加, 增加, 不变, 增加；
C 减少, 增加, 增大, 增加；
D 增加, 减少, 不变, 增加。
答A
9.★三相绕线式感应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。
答错
4.三相感应电动机的功率因数 总是滞后的。（）
答对
5.★感应电动机运行时，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，感应电动机的定子铁耗和转子铁耗基本不变。（）
答错
7.感应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.绕线型感应电动机转子串电阻可以增大起动转矩；笼型感应电动机定子串电阻亦可以增大起动转矩。（）
电工电子技术(第5版)dg5mm
转轴
一般用45号钢制成， 用来传递电磁转矩。
第5章 异步电动机及其控制
绕线式异步电动机的转子结构中，转子铁芯与鼠笼式相
类似，但转子绕组与定子绕组相同，也是采用漆包线绕制 成对称三相绕组，嵌放到转子铁芯中。绕线式转子三相绕 组必须连接成星形，三个向外的引出端子与固定在转轴上 的三个相互绝缘的铜环相接，如下图所示：
第5章 异步电动机及其控制
异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有：
机座是电动机 的支架，通常 用铸铁或铸钢 制成。
机座 定子绕组
定子绕组是由 漆包线绕制而
成，嵌入到定 子铁芯槽中。 构成电机电路 的一部分。
定子铁芯 铁芯硅钢片
异步电动机的定子铁芯 是由0.5mm厚的硅钢片叠 压制成的。定子铁芯内圆 冲有分布的槽。定子铁芯 构成异步电动机磁路的一 部分。
异步机的转子不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转
矩为零。
第5章 异步电动机及其控制
如何使单相异 步电动机旋转 起来呢？
电容分相法可让单相异步机转动
电容分相式异步电动机的定子有两个
绕组：一个是工作绕组；另一个是起动绕组，两个绕
组在空间对称嵌放。起动绕组与电容C串联，使起动
绕组电流i2和工作绕组电流i1产生90°的相位差，即：
你会做吗？
三相异步电动机起动前 有一根电源线断开，接 通电源后该三相异步电 动机能否转动起来 ？
第5章 异步电动机及其控制
2. 三相异步电动机的工作原理
设三相异步电动机模型的
三相异步
电动机是
如何转动 起来的？
定子磁极是顺时针转动的。
固定不动的转子绕组和旋转的 定子磁场相切割而感应电动势。
转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应电流。 感应电流的方向与感应电动势的方向相同。
电机学第五章课后答案
n1 n n1
（ 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 n1 、转子转速 n 、定子频率 f 1 、转子频率 f 2 、 转差率 s 及转子磁动势 F2 相对于转子的转速 n 2 之间的相互关系如何？试填写下表 中的空格。
Tm a 不变 x
5．14 绕线式三相异步电动机转子回路串人适当的电阻可以增大起动转矩， 串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？ 转子侧串入电抗， 不能增大起动转矩∵串如电抗后 I 2 虽然 m 增大了， 但 cos 2 下降∴总起来起动转矩 Tst Cm m I 2 cos 2 仍然不能增大。 5．15 普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩不大？ 但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时， 起动电流较小而起动转矩较大， 为什 么？
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 n1 之差对同步转速 n1 之比值 s 为发电机状态。
n1 n n1
s0
0 s 1 为电动机状态， s 1 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 f 1 ，旋转磁场相对于转子以 n1 60 f1 / p （ 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。 s
第5章 异步电动机恒压频比(VF)控制
这就是恒压频比控制方式。
低频时，Us和Eg都比较小,定子电阻和漏抗压降所占的 份额就比较显著，不能忽略。这时，可以人为的把定子电压 升高一些，以便近似补偿定子阻抗上的压降。带定子压降补 偿的恒压频比控制特性示于图5-1(a)中的1线，而2线为不带 定子压降补偿的恒压频比控制特性。
图5-1 U/f关系 a) 恒压频比控制特性 b) 变压变频控制特性
2 U an Ud 3
U ab
2 3
Ud
图5-2 电压型准方波逆变器主电路及波形
图5-3 电流型准方波逆变器主电路及波形
R
ห้องสมุดไป่ตู้
图5-3示出了一个120º导电型交-直-交电流型逆变 器的主电路及其波形。 这种主电路拓扑称为串联二极管式，六个电容起 强迫换流的作用。电动机正转时，逆变器中晶闸管的 触发顺序是 VT1→VT2→VT3→VT4→VT5→VT6→VT1…，
5.3.2 系统的基本单元
系统的单元很多，但是大部分与电压型的相同，仅就几个不同的给 以介绍。
1.绝对值运算器（GAB）
绝对值运算器的功能是：将正负极性的输入信号转换为单一极性， 但大小保持不变，工作原理如图5-13所示。
图5-13 绝对值运算器
本系统是可逆系统,可逆运行需要逻辑开 关的配合。 逻辑开关的功能是：根据给定积分器输出 信号的极性和大小决定触发脉冲是正相序(正 转)运行、逆相序(反转)运行或者完全封锁(自 由滑行)。正极性时正相序,反极性时逆相序, 零速附近(死区)完全封锁。 用逻辑电路、模拟电路不难实现这个功能。
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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= 。
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 。
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 。
4. ★感应电动机起动时，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 。
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0.04时，转子的转速为 ，转子的电势频率为 。
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。
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。
8. 增加绕线式异步电动机起动转矩方法有 ， 。
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 。
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 。
11. 感应电动机最大转矩公式 =max T 。
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 。
13. ★若感应电动机的漏抗增大，则其起动转矩 ，其最大转矩 。
14. ★铁心饱和程度增加，则感应电机的激磁电抗m X 。
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。
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 。
二、 选择1. 绕线式三相感应电动机，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。
2. 一台50Hz 三相感应电动机的转速为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 。
3. ★笼型三相感应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 相对于定子转速（ ）。
A 上升 %10；B 下降%10；C 上升 %)101/(1+；D 不变。
4. 国产额定转速为min /1450r 的三相感应电动机为（ ）极电机。
A 2；B 4；C 6；D 8。
5. ★一台三相感应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 >。
6. ★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。
7. 三相感应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 。
8. 与普通三相感应电动机相比，深槽、双笼型三相感应电动机正常工作时，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。
9. ★适当增加三相绕线式感应电动机转子电阻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。
10. ★三相绕线式感应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。
11. 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 全机械功率 。
12. ★设计在Hz f 501=电源上运行的三相感应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。
13. 一台绕线式感应电动机，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。
14. 国产额定转速为min /960r 的感应电动机为（ ）电机。
A 2极；B 4极；C 6极；D 8极。
15. ★如果有一台三相感应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。
三、判断1. 三相感应电动机转子为任意转数时，定、转子合成基波磁势转速不变 。
（ ）2. ★三相绕线式感应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。
（ ）3. 当三相感应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 。
（ ）4. 三相感应电动机的功率因数1cos ϕ总是滞后的 。
（ ）5. ★感应电动机运行时，总要从电源吸收一个滞后的无功电流。
（ ）6. ★只要电源电压不变，感应电动机的定子铁耗和转子铁耗基本不变。
（ ）7. 感应电动机的负载转矩在任何时候都绝不可能大于额定转矩。
（ ）8. 绕线型感应电动机转子串电阻可以增大起动转矩；笼型感应电动机定子串电阻亦可以增大起动转矩。
（ ）9. 三相感应电动机起动电流越大，起动转矩也越大。
（ ）10. ★三相绕线式感应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。
（ ）11. 深槽型和双笼型感应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。
（ ）12. ★绕线型感应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。
（ ）13. 三相感应电动机的起动电流很大，所以其起动转矩也很大。
（ ）14. 三相感应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。
（ ）15. 在机械和工艺容许的条件下，感应电机的气隙越小越好。
（ ）16. ★对于感应电动机，转差功率就是转子铜耗。
（ ）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。
（ ）18. ★感应电动机空载运行时的功率因数很高。
（ ）四、简答1. 感应电动机等效电路中的ss -1()'2R 代表什么含义？ 能否用电感或电容代替﹖为什么？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？相对转子的转速是否改变？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？4. ★三相感应电动机运行时，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？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？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？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？8. 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%20，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）？9. 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？五、计算1. 一台Hz 50、八极的三相感应电动机，额定转差率04.0=N s ，问该机的同步转速是多少？当该机运行在min /700r 时，转差率是多少？当该机运行在min /800r 时，转差率是多少？当该机运行在起动时， 转差率是多少？2. ★有一台三相四极感应电动机，Hz 50，V U N 380=，Y 接法，83.0cos =N ϕ，Ω=35.01R ，Ω='34.02R ，04.0=N s ，机械损耗与附加损耗之和为W 288。
设A I I N N 5.2021='=，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。
3. ★一台三相感应电动机，W P N 5.7=，额定电压V U N 380=，定子∆接法，频率为Hz 50。
额定负载运行时，定子铜耗为W 474，铁耗为W 231，机械损耗W 45，附加损耗W 5.37，已知min /960r n N =，824.0cos =N ϕ，试计算转子电流频率、转子铜耗、定子电流和电机效率。
4. ★★一台三相异步电动机，额定电压为V 380，Y 联接，频率为Hz 50，额定功率为kW 28，额定转速为min /950r ，额定负载时的功率因数为88.0，定子铜损耗及铁损耗共为kW 2.2，机械损耗为kW 1.1，忽略附加损耗，计算额定负载时的：（1） 转差率；（2） 转子铜损耗； （3）效率； （4）定子电流；（5）转子电流的频率。
填空1， s :s)(1:1-2，Hz 50，Hz 50，sHz 50，sHz 503，1， σσ21X X '+4，1，很大，很小，小一些，不大5，0.02，Hz 1，min /720r ，Hz 26，定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗7，电动机， 发电机，电磁制动8，转子串适当的电阻， 转子串频敏变阻器9，大，同步电机为双边励磁10，265⎪⎭⎫ ⎝⎛，265⎪⎭⎫ ⎝⎛ 11，[]221111211)X X (R R f 4pU m σσπ'+++12，输出的机械功率，减小13，减小， 减小14，减小15，集肤效应， 功率因数16，减小， 增大选择1，B2，C3，D4，B5，A6，A7，D8，C9，A10，B11，A12，C13，B14，C15，A判断1，对2，错3，错4，对5，对6，错7，错8，错9，错10，对11，对12，错13，错14，错15，对16，错17，对18，错简答1，'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。