第二次討論：異步機 (1)

1、電機學討論課電機學討論課2013.122013.12異步電機要求要求 每個組每個組3題，每道題題，每道題25分，共計分，共計75分為全組基礎得分為全組基礎得分，評分考量討論分析過程，不僅僅是正確答案分，評分考量討論分析過程，不僅僅是正確答案，討論激烈組額外加討論激烈組額外加5分分，討論時間，討論時間30分鐘分鐘 每組代表上臺發(fā)言（三題代表不能是一個人，時每組代表上臺發(fā)言（三題代表不能是一個人，時間控制在三分鐘內(nèi)），其他同學可針對代表發(fā)言間控制在三分鐘內(nèi)），其他同學可針對代表發(fā)言進行糾正或補充，上述進行糾正或補充，上述個人額外加個人額外加5分分 討論課上請不要保持安靜（他人發(fā)言的時候除外討論課上

2、請不要保持安靜（他人發(fā)言的時候除外），鼓勵提出自己的分析和想法），鼓勵提出自己的分析和想法1 1、電動機拖動額定負載運行時，若電源電壓、電動機拖動額定負載運行時，若電源電壓下降過多下降過多，往往會使電動機過熱甚至燒毀，試，往往會使電動機過熱甚至燒毀，試說明原因。說明原因。第一組第一組定轉子電流超過額定值，引起電機溫度升高甚定轉子電流超過額定值，引起電機溫度升高甚至燒毀電機。至燒毀電機。112212222()pmemfkrsTUrxs1UemTns2rs22cosTmemTCIm瞬間2cosLT 不變2I1I2 2、異步電動機在相同電源電壓下，滿載和空載異步電動機在相同電源電壓下，滿載和空載起動

3、時，起動電流是否相同？起動轉矩是否相同起動時，起動電流是否相同？起動轉矩是否相同？為什么？為什么？第一組第一組答：三相異步電動機在相同電源電壓下，滿載和答：三相異步電動機在相同電源電壓下，滿載和空載啟動時，啟動電流和啟動轉矩都相同空載啟動時，啟動電流和啟動轉矩都相同。 221221221112xxrrrUfPmTst 221221121xxrrUIIIst 3.3.同一臺鼠籠異步電動機若將轉子同一臺鼠籠異步電動機若將轉子銅銅導條改為導條改為鑄鋁導條鑄鋁導條，試問，試問轉差率、功率因素轉差率、功率因素各有什么影各有什么影響？（假定響？（假定恒恒功率功率負載且供電電壓保持不變）。負載且供電電壓保持

4、不變）。第一組第一組 鋁的電阻率比銅大，故轉子由鋁的電阻率比銅大，故轉子由銅條改為鋁條銅條改為鋁條，實為實為增加轉子繞組電阻增加轉子繞組電阻r r2 2，其，其T-sT-s曲線如圖曲線曲線如圖曲線1 1。輸出同樣功率（如額定功率。輸出同樣功率（如額定功率），），由由 得曲線得曲線2 2。160122(1)60PPPTnnsT2221rr 0 sTmaxsk =1sasb210（1 1）s s增大增大，由圖知，工作點由，由圖知，工作點由a a（s sa a）變至）變至b b（s sb b）。）。（轉差率增大，轉子銅耗也增大）（轉差率增大，轉子銅耗也增大）（2 2） 不變，因轉子電阻改變不變，因轉

5、子電阻改變不影響電機從不影響電機從電網(wǎng)吸取的勵磁功率電網(wǎng)吸取的勵磁功率，故無功功率不變，由于，故無功功率不變，由于輸出功率不變，則電機從電網(wǎng)吸取的有功功率輸出功率不變，則電機從電網(wǎng)吸取的有功功率基本不變，忽略電機損耗，所以基本不變，忽略電機損耗，所以 基本不變基本不變。cos1 1、異步電動機異步電動機斷了一根電壓線斷了一根電壓線（電源進線）（電源進線）后，后，為什么為什么不能啟動不能啟動？而在？而在運行時斷了一根線運行時斷了一根線，為，為什么能什么能繼續(xù)轉動繼續(xù)轉動？這兩種情況對電動機有何影？這兩種情況對電動機有何影響？響？第二組第二組 只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長，燒只能聽到嗡嗡聲

6、，這時電流很大，時間長，燒壞電動機。壞電動機。 運行時斷一根線，單相運行，轉子轉動，脈動運行時斷一根線，單相運行，轉子轉動，脈動磁場對轉子產(chǎn)生的作用力在兩方向上不同，所以電磁場對轉子產(chǎn)生的作用力在兩方向上不同，所以電動機仍能繼續(xù)轉動。若此時還帶動額定負載，則勢動機仍能繼續(xù)轉動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。斷一根線單相電源脈振磁場不能正常啟動2 2、異步電動機采用轉子串電阻啟動時，異步電動機采用轉子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉矩是否也愈大？所串電阻愈大，啟動轉矩是否也愈大？第二組第二組TT232221rrr

7、0 sTmaxsk =1Tst1Tst2Tst3=Tmax 221221121xxrrUIIIst 221221221112xxrrrUfPmTst 轉子串轉子串合適合適電阻啟動，既能減少啟動電流又能增大電阻啟動，既能減少啟動電流又能增大啟動轉矩啟動轉矩3. 為什么異步電動機不宜為什么異步電動機不宜長期輕載長期輕載運行？運行？第二組第二組1） 輕載輕載轉差率小，；轉子側電流接近于轉差率小，；轉子側電流接近于0定子電流幾乎全部都是定子電流幾乎全部都是勵磁電流勵磁電流功率因數(shù)低功率因數(shù)低維持氣隙中主磁場和定、維持氣隙中主磁場和定、轉子的漏磁場都需無功功轉子的漏磁場都需無功功率率(2) 效率低。效率

8、低。 原因是由于輕載原因是由于輕載時，時，輸出的有功功率小，輸出的有功功率小，而不變損耗（鐵耗和機耗）占而不變損耗（鐵耗和機耗）占輸入功率輸入功率較較大，因此效率低。大，因此效率低。不宜長期輕載運行，避免不宜長期輕載運行，避免“大馬拉小車大馬拉小車”。1 1、異步電動機異步電動機正在運行正在運行時，轉子突然時，轉子突然被被卡住卡住，這時電動機的，這時電動機的電流電流會如何變會如何變化？為什么？有何影響？化？為什么？有何影響？第三組第三組電流將是巨大的，其值為電機的啟動電流，電流將是巨大的，其值為電機的啟動電流，一般是一般是5-75-7倍的額定運行電流。倍的額定運行電流。 突然卡住s=1r1 x

9、 KIkNUU2x2r2(1)0s rs2 2. . 一臺三相六極交流電機通以三相對稱正弦電一臺三相六極交流電機通以三相對稱正弦電流，頻率為流，頻率為50Hz50Hz，請問：，請問：（1 1）氣隙中是否存在三次諧波磁勢？是否存在）氣隙中是否存在三次諧波磁勢？是否存在5 5次和次和7 7次諧波磁勢？為什么？次諧波磁勢？為什么？（2 2）假定基波的旋轉方向為正，那么）假定基波的旋轉方向為正，那么5 5次諧波次諧波和和7 7次諧波的旋轉方向如何？轉速多大？次諧波的旋轉方向如何？轉速多大？第三組第三組IPNkFWm39 . 033 xtFFmA3sinsin33 xtFxtFFmmB3sin)120s

10、in(1203sin)120sin(030033 xtFxtFFmmC3sin)120sin(1203sin)120sin(030033 03333 CBAFFFf(1)(1)通三相對稱正弦電流，三次諧波合成磁勢為通三相對稱正弦電流，三次諧波合成磁勢為零，氣隙不存在三次諧波磁勢；但存在零，氣隙不存在三次諧波磁勢；但存在5 5次和次和7 7次次諧波磁勢。諧波磁勢。(2)5(2)5次轉向為負，次轉向為負，n n5 5=n=n1 1/5=1000=200r/min/5=1000=200r/min7 7次為正次為正,n,n7 7=n=n1 1/7=1000/7=143r/min/7=1000/7=14

11、3r/min)7cos(23)5cos(237m75m5xtFfxtFf )cos(2311xtFFm 3.3.某一臺三相異步電動機，其某一臺三相異步電動機，其起動能力起動能力為為1.31.3，當電源電壓下降，當電源電壓下降30%30%時（即電源電壓只有時（即電源電壓只有額定電壓的額定電壓的70%70%）時，電動機軸上的負載為）時，電動機軸上的負載為額定負載的一半，問電動機能否起動起來額定負載的一半，問電動機能否起動起來？為什么？為什么？第三組第三組 T Tstst=1.3=1.3* *(0.7)(0.7)* *(0.7)(0.7)* *T TN N=0.637T=0.637TN N T TL

12、 L=0.5T=0.5TN N T TststTTL L 故，能起動故，能起動 221221221112xxrrrUfPmTst 1. 1. 一臺三相異步電動機，一臺三相異步電動機，星型接法星型接法，電壓，電壓380V380V，頻率頻率50Hz50Hz；現(xiàn)在把它改為；現(xiàn)在把它改為三角形接法三角形接法后接在后接在220V220V、50Hz50Hz的電源上運行，問電機的的電源上運行，問電機的額定功率、額定額定功率、額定轉速轉速等運行數(shù)據(jù)是否會發(fā)生變化？為什么？等運行數(shù)據(jù)是否會發(fā)生變化？為什么？第四組第四組采用這兩種接線時，相電壓采用這兩種接線時，相電壓U U相同相同，均為，均為220V220V；相

13、；相電流電流I I= =U U/Z/Z相同；效率相同；效率N N、功率因數(shù)、功率因數(shù) 、功率、功率P PN N及及轉速轉速n nN N均相等均相等。結論結論： 380/220V 380/220V，Y/Y/接線的三相異步電動機，每相繞組接線的三相異步電動機，每相繞組所受的電壓均為所受的電壓均為220V220V，故當電源線電壓為，故當電源線電壓為380V380V時定子繞組時定子繞組接成接成Y Y 接線，當電源電壓為接線，當電源電壓為220V220V時，定子繞組接成時，定子繞組接成形接形接線。線。2. 如果電源如果電源電壓電壓顯著顯著不對稱不對稱，三相異步電動機，三相異步電動機運行有什么現(xiàn)象？運行有

14、什么現(xiàn)象？能否帶能否帶額定額定負載負載長期長期運行，運行，為什么？為什么？第四組第四組1) 電壓不對稱運行電壓不對稱運行 負序旋轉磁動勢疊加在正序旋轉磁動勢上負序旋轉磁動勢疊加在正序旋轉磁動勢上 產(chǎn)生橢圓形旋轉磁動勢產(chǎn)生橢圓形旋轉磁動勢其幅值時大時小其幅值時大時小,電磁轉矩也時大時小電磁轉矩也時大時小 引起電機振動，轉速不均，并有電磁噪聲引起電機振動，轉速不均，并有電磁噪聲.2) 負序負序旋轉磁場產(chǎn)生反向電磁旋轉磁場產(chǎn)生反向電磁轉矩轉矩 對對正向電磁轉矩起制動正向電磁轉矩起制動作用作用總合總合成轉矩成轉矩減小減小電機電機出力減小出力減小，過載，過載能力能力下降嚴重下降嚴重時會導時會導致電機停致

15、電機停轉轉.3) 電壓不對稱運行電壓不對稱運行負載不變負載不變定定、轉子電流增大，、轉子電流增大，溫升溫升升高升高效率效率下降下降。4) 電壓不對稱運行電壓不對稱運行可能使某相負序分量電流與正序分量電流可能使某相負序分量電流與正序分量電流同相（或相位差很?。┩啵ɑ蛳辔徊詈苄。┰撛撓嚯娏鬟^大相電流過大不能帶額定負載長期運行不能帶額定負載長期運行3.兩臺兩臺相同相同的的籠型籠型異步電動機同軸拖動同一個異步電動機同軸拖動同一個負載。起動時把兩臺電機的負載。起動時把兩臺電機的定子繞組串聯(lián)定子繞組串聯(lián)后接后接至電網(wǎng)，至電網(wǎng)，起動完畢后再改為并聯(lián)接到電網(wǎng)起動完畢后再改為并聯(lián)接到電網(wǎng)。與。與并聯(lián)起動方式相

16、比，串聯(lián)起動方式對電機的起并聯(lián)起動方式相比，串聯(lián)起動方式對電機的起動轉矩和電流以及電網(wǎng)電流有什么影響？動轉矩和電流以及電網(wǎng)電流有什么影響？第四組第四組ABCABC答：串聯(lián)起動，每臺電機的答：串聯(lián)起動，每臺電機的電壓電壓為并聯(lián)起動的為并聯(lián)起動的1/2，因此電機的，因此電機的電流電流也是也是1/2，轉矩轉矩是是1/4，電電網(wǎng)電流是網(wǎng)電流是1/4。22222111)(kxsrsrUpmT 2211221112)()(xCxsrCrUI 1 1、三相異步電動機接三相電源的三根引線中、三相異步電動機接三相電源的三根引線中的的兩根對調兩根對調，啟動后此電動機是否會反轉？為，啟動后此電動機是否會反轉？為什么

17、？什么？第五組第五組電動機的旋轉方向會發(fā)生改變。對調兩根線旋轉磁場方向改變相序改變轉子繞阻受力方向相反反轉2 2、一臺星形接法的異步電動機，在一臺星形接法的異步電動機，在運行中突然運行中突然切斷三相電流切斷三相電流，并同時將任意兩相定子繞組立即，并同時將任意兩相定子繞組立即接入接入直流電源直流電源，這時異步電動機的工作狀況如何，這時異步電動機的工作狀況如何，試用圖分析之。，試用圖分析之。第五組第五組答：答：U U、V V兩相定子繞組通入直流電流兩相定子繞組通入直流電流I If f方向如圖方向如圖所示，它產(chǎn)生恒定方向的磁場（如圖表示，方向所示，它產(chǎn)生恒定方向的磁場（如圖表示，方向向左）。由于轉子

18、慣性仍以原轉向向左）。由于轉子慣性仍以原轉向 （假定為順（假定為順時針方向）旋轉，則轉子導體便切割定子恒定磁時針方向）旋轉，則轉子導體便切割定子恒定磁場感應電動勢和電流（方向由場感應電動勢和電流（方向由”右手發(fā)電機右手發(fā)電機”定定則判定），此電流的有功分量與定子恒定磁場相則判定），此電流的有功分量與定子恒定磁場相互作用，轉子導體受到圖示方向力的作用，并形互作用，轉子導體受到圖示方向力的作用，并形成成逆時針逆時針方向的電磁轉矩方向的電磁轉矩T Temem，它對轉子起制動作，它對轉子起制動作用，使轉子很快用，使轉子很快停止停止下來。下來。3. 3. 異步電動機的氣隙為什么要盡可能地小？它與異步電動

19、機的氣隙為什么要盡可能地小？它與同容量變壓器相比，為什么空載電流較大？同容量變壓器相比，為什么空載電流較大？ 第五組第五組（1 1）異步電動機氣隙小的目的是為了異步電動機氣隙小的目的是為了減小其減小其勵磁電流勵磁電流( (空載電流空載電流) )，從而，從而提高電動機功率因提高電動機功率因數(shù)數(shù)。因異步電動機的勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，。因異步電動機的勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，故氣隙越小，電網(wǎng)供給的勵磁電流就小。而勵故氣隙越小，電網(wǎng)供給的勵磁電流就小。而勵磁電流又屬于感性無功性質，故減小勵磁電流，磁電流又屬于感性無功性質，故減小勵磁電流，相應就能提高電機的功率因數(shù)。相應就能提高電機的功率因數(shù)。（2 2）異步電動機與變壓器一樣，均為交流異步電動機與變壓器一樣，均為交流勵磁的電機。它們勵磁的電機。它們U U1 1-E-E1 1-0 0-I-I0 0的分的分析思路相同。析思路