第五章三相异步电动机基本工作原理和结构 5-1三相异步电动机为什么会转,怎样改变它的极性? 答:(1)电生磁:定子三相绕组通以三相正弦交流电流产生一个以同步速n、转向与相序一致(顺时 针方向)的旋转磁场。假定此瞬间旋转磁场极性由上到下(如图所示) (2)(动)磁生电:由电磁感应理论:静止的转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势,其方向 由”右手发电机”定则确定,如图所示(转子上面三个导体为⊙,下面三个导体为由)。由于转子绕 组自身闭合,便有电流通过,并假定电流与电动势同相(即为有功分量电 (3)电磁力(矩;转子载(有功)电流导体在定子旋转磁场作用下受到○ 电动机”定则确定(转子上面三个导体受力方向向右,下面三个导体受力方向向左些万对转轴形 成电磁转矩(顺时针方向)Tcm,它与旋转磁场方向相同(即与相序一致),于是在该转矩驱动下,转 子沿着转矩方向旋转,从而实现了能量转换。 改变相序即可改变三相异步电动机的转向 5-2为什么异步电动机的转速一定小于同步转速?若转子电流和转子电动势之间有相位差,这里所有 转子导体上的电磁力的方向是否都和转向相同,画图分析说明 答:由上题知,异步电动机的转向n与定子旋转磁场的转向n1相同,只有n<n1(异步电动机),即 转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动,转子绕组才能感应电动势和电流,从而产生电磁转矩。若 转速上升到n=n1,则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转,两者相对静止,转子绕组就不感应电 动势和电流,也就不产生电磁转矩,电动机就不转了。 若转子电流和电动势有相位差,这时转子各导体所产生的电磁转矩方向不会全与转子转向相同,分析 如下: 假定转子导体外的”·、×”表示电动势方向(由”右手发电机”定则确定),导体内的⊙、⊕ 表示电流方向,如图所示 图(a)为转子电流与电动势同相位,由”左手电动机”定则确定各导体在磁场中所受电磁力的方 向,由小箭头表示,可见,电磁转矩方向与转向相同 图(b)为转子电流与电动势有相位差(如电流滞后电动势一相位角ψ2,当正对着磁极轴线 的转子导体电动势达最大值时,则电流达最大值的转子导体还在逆磁场旋转方向并距前述导体 空间电角度2的地方,同样可判得转子各导体在磁场中所受电磁力的方向,可见,转子大部分导 体所产生的电磁转矩方向与转向 N E
第五章 三相异步电动机基本工作原理和结构 5-1 三相异步电动机为什么会转，怎样改变它的极性？ 答：（1）电生磁：定子三相绕组通以三相正弦交流电流产生一个以同步速 n1、转向与相序一致（顺时 针方向）的旋转磁场。假定此瞬间旋转磁场极性由上到下（如图所示） （2）（动）磁生电：由电磁感应理论：静止的转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势，其方向 由”右手发电机”定则确定，如图所示（转子上面三个导体为 ⊙ ,下面三个导体为⊕ ）。由于转子绕 组自身闭合，便有电流通过，并假定电流与电动势同相（即为有功分量电流）。 (3) 电磁力（矩）：转子载（有功）电流导体在定子旋转磁场作用下受到电磁力的作用，其方向由”左手 电动机”定则确定（转子上面三个导体受力方向向右，下面三个导体受力方向向左），这些力对转轴形 成电磁转矩（顺时针方向）Tem，它与旋转磁场方向相同（即与相序一致），于是在该转矩驱动下，转 子沿着转矩方向旋转，从而实现了能量转换。 改变相序即可改变三相异步电动机的转向。 5-2 为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？若转子电流和转子电动势之间有相位差，这里所有 转子导体上的电磁力的方向是否都和转向相同，画图分析说明。 答： 由上题知，异步电动机的转向 n 与定子旋转磁场的转向 n1 相同，只有 n<n1（异步电动机），即 转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动，转子绕组才能感应电动势和电流，从而产生电磁转矩。若 转速上升到 n=n1，则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转，两者相对静止，转子绕组就不感应电 动势和电流，也就不产生电磁转矩，电动机就不转了。 若转子电流和电动势有相位差，这时转子各导体所产生的电磁转矩方向不会全与转子转向相同，分析 如下： 假定转子导体外的”• 、×”表示电动势方向（由”右手发电机”定则确定），导体内的 ⊙、⊕ 表示电流方向，如图所示。 图（a）为转子电流与电动势同相位，由”左手电动机”定则确定各导体在磁场中所受电磁力的方 向，由小箭头表示，可见，电磁转矩方向与转向相同。 图（b）为转子电流与电动势有相位差（如电流滞后电动势一相位角 Ψ2，当正对着磁极轴线 的转子导体电动势达最大值时，则电流达最大值的转子导体还在逆磁场旋转方向并距前述导体一 空间电角度 Ψ2 的地方，同样可判得转子各导体在磁场中所受电磁力的方向，可见，转子大部分导 体所产生的电磁转矩方向与转向 n1 Tem n B C . . . . A . N . . . . . . . . . . × × × × × ia n1 e2 2 。 I 2 。 E N . . . . . . . . × × × ×. × . n1 ψ2 2 。 E 2 。 ψ2 I
相同,只有小部分导体电磁转矩方向与转向相反,因此,当转子电流与电动势的相位差时,电动机总 电磁转矩将减小。 5-3试述“同步”和“异步”的含义? 答:“同步”和”异步”是个相对概念,是指交流旋转电动机的转速n对旋转磁场的转速n而言,若n= n为同步电机,n≠n为异步电机 5-4何谓异步电动机的转差率?在什么情况下转差率为正,什么情况为负,什么情况下转差率小于1 或大于1?如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态? 答:异步电机转差率s是指旋转磁场转速n与转子转速n之间的转速差(n-n)与旋转磁场转速n n, 的比率,即 当n<n1时,转差率为正(s>0),n>n1时转差率为负(s<0); 当n>n>0时,转差率s<1;当0>n>∞时,转差率s>1; 当+∞>s>1时为电磁制动运行状态,当1>s>0时为电动机运行状态,当0》s〉-∞时为发电机运行 状态。 5-5假如一台接到电网的异步电动机用其它原动机带着旋转,使其转速高于旋转磁场的转速,如图5-9 所示,试画出转子导体中感应电动势、电流和相序的方向。这时转子有功电流和定子旋转磁场作用产 生的转矩方向如何?如把原动机去掉,情况又会怎样? 答:当转子由电动机驱动,且nn,此时转子导体以逆时针方向切割旋转磁场(相对切割速度为n-n1), 而感应电动势e2方向如图所示(由”右手发电机”定则判定),其相序由转子导体的切割方向决定,由于 转子导体切割旋转磁场在时间上有先后顺序,如将先切割N极轴线的一相定义为U相,则后切割的那 两相(互差120空间电角度)分别为V相和W相,可见,其相序与转向相反,如图所示 如果电流i2与电动势e2同相(即有功分量电流),则转子有功电流和旋转磁场相互作用产生电磁力 并形成转矩Tm,由”左手电动机”定则判得,其方向与转子转向相反,为制动性质转矩。实际上,此时 s=m=<0 电动机已处于发电运行状态( )。如果把原动机去掉,转速将下降,不再大于n了,这 时因为已处于发电机运行的电机在旋转过程中,绕组电阻有铜损耗,通风、轴承、磨擦等有机械损耗, 致使转速逐渐下降,直至n<n1,电磁转矩方向反过来,这台电机重新在电网电源的支持下进入到电动 机运行状态 N n
相同，只有小部分导体电磁转矩方向与转向相反，因此，当转子电流与电动势的相位差时，电动机总 电磁转矩将减小。 5-3 试述“同步”和“异步”的含义？ 答： “同步”和”异步”是个相对概念，是指交流旋转电动机的转速 n 对旋转磁场的转速 n1 而言，若 n= n1 为同步电机，n≠n1 为异步电机。 5-4 何谓异步电动机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于 1 或大于 1？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？ 答：异步电机转差率 s 是指旋转磁场转速 n1 与转子转速 n 之间的转速差（n1-n）与旋转磁场转速 n1 的比率，即 1 1 n n n s − = 。 当 n< n1 时，转差率为正（s>0），n> n1 时转差率为负（s<0）； 当 n1>n>0 时，转差率 s<1；当 0>n>∞时，转差率 s>1; 当+∞>s>1 时为电磁制动运行状态，当 1>s>0 时为电动机运行状态，当 0>s>-∞时为发电机运行 状态。 5-5 假如一台接到电网的异步电动机用其它原动机带着旋转，使其转速高于旋转磁场的转速，如图 5-9 所示，试画出转子导体中感应电动势、电流和相序的方向。这时转子有功电流和定子旋转磁场作用产 生的转矩方向如何？如把原动机去掉，情况又会怎样？ 答：当转子由电动机驱动，且 n>n1，此时转子导体以逆时针方向切割旋转磁场（相对切割速度为 n-n1）, 而感应电动势 e2 方向如图所示（由”右手发电机”定则判定）,其相序由转子导体的切割方向决定，由于 转子导体切割旋转磁场在时间上有先后顺序，如将先切割 N 极轴线的一相定义为 U 相，则后切割的那 两相（互差 1200 空间电角度）分别为 V 相和 W 相，可见，其相序与转向相反，如图所示。 如果电流 i2 与电动势 e2 同相（即有功分量电流），则转子有功电流和旋转磁场相互作用产生电磁力， 并形成转矩 Tem，由”左手电动机”定则判得，其方向与转子转向相反，为制动性质转矩。实际上，此时 电动机已处于发电运行状态（ 0 1 1 − = n n n s ）。如果把原动机去掉，转速将下降，不再大于 n1 了，这 时因为已处于发电机运行的电机在旋转过程中，绕组电阻有铜损耗，通风、轴承、磨擦等有机械损耗， 致使转速逐渐下降，直至 n<n1，电磁转矩方向反过来，这台电机重新在电网电源的支持下进入到电动 机运行状态。 N . . . . . n1 Tem U n e2(i2)
5-6三相异步电动机在正常运行时,它的定子绕组往往可以接成星形或角形。试问在什么情况下采用 这种或那种接法?采用这两种连接方法时,电动机的额定值(功率、相电压、线电压、相电流、线电 流、效率、功率因数、转速等)有无改变? 答:380/220V,Y/△接线的三相异步电动机,每相绕组所受的电压均为220V,故当电源线电压为380V 时定子绕组接成Y接线,当电源电压为220V时,定子绕组接成△形接线。 采用这两种接线时,相电压U相同,均为220V:相电流I=/相同:效率nx功率因数 PN 功率P及转速n均相等,因在相同相电压下,cosφw、P、ns均取决于负载大小,当负载相同时,P co9、n,就相同,因n=3ec0S9就相同。唯一不同的是线电压U1和线电流I不等, 5-7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(如 5-10所示)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: 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n、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)。 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”右手发电机”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)与转磁场相互作 用,定子导体便受到图示方向力的 作用(由”左手电动机”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 V2
5-6 三相异步电动机在正常运行时，它的定子绕组往往可以接成星形或角形。试问在什么情况下采用 这种或那种接法？采用这两种连接方法时，电动机的额定值（功率、相电压、线电压、相电流、线电 流、效率、功率因数、转速等）有无改变？ 答：380/220V，Y/△接线的三相异步电动机，每相绕组所受的电压均为 220V，故当电源线电压为 380V 时定子绕组接成 Y 接线，当电源电压为 220V 时，定子绕组接成△形接线。 采用这两种接线时，相电压 Uф 相同，均为 220V；相电流 Iф=Uф/Z 相同；效率 ηN、功率因数 N cos 、 功率 PN 及转速 nN 均相等，因在相同相电压下， N cos 、PN、nN 均取决于负载大小，当负载相同时，PN、 N cos 、ηN 就相同，因而， N N U I P 3 cos = 就相同。唯一不同的是线电压 Ul 和线电流 Il 不等， = = U U I I lY 3 Y , l 3 。 5-7 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（如 5-10 所示）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： 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⊕ ）。 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”右手发电机”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)与转磁场相互作 用，定子导体便受到图示方向力的 作用（由”左手电动机”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 . . W1 V2 U1 W2 V1 U2 . . . N S Tem (n)
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 5-8假如一台星形接法的异步电动机,在运行中突然切断三相电流,并同时将任意两相定子绕组立即 接入直流电源,这时异步电动机的工作状况如何,试用图分析之 答:A、B两相定子绕组通入直流电流I方向如图所示,它产生恒定方向的磁场(图 示表示,方向向左)。由于转子惯性仍以原转向(假定为顺时针方向)旋转,则转子导体便切割定子 恒定磁场感应电动势和电流(方向由”右手发电机”定则判定),此电流的有功分量与定子恒定磁场相互 作用,转子导体受到图示方向力的作用,并形成逆时针方向的电磁转矩Tcm,它对转子起制动作用,使 转子很快停止下来 lf A W1 恒定磁场磁力线 59一台三相异步电动机,R=45千瓦,Y/△接线,38020伏,COsy=08,7=08,nx=1450 转/分,试求 1.1.接成Y形或Δ形时的定子额定电流 2.2.同步转速h及定子磁极对数 3.3.带额定负载时转差率SN; 解:(1)Y接时:UN=380V PN 4.5×103 =10.68A 3U COS PNnN 3×380×0.8×0.8 △△接时:UN=220V PN 4.5×10 1845A 3Uc0sq1√3×220×0.8×08 60f (2)(2) 60f60×50 =207 磁极对数 1450 取
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。 5-8 假如一台星形接法的异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组立即 接入直流电源，这时异步电动机的工作状况如何，试用图分析之。 答：A、B 两相定子绕组通入直流电流 If方向如图所示，它产生恒定方向的磁场（图 示表示，方向向左）。由于转子惯性仍以原转向 （假定为顺时针方向）旋转，则转子导体便切割定子 恒定磁场感应电动势和电流（方向由”右手发电机”定则判定），此电流的有功分量与定子恒定磁场相互 作用，转子导体受到图示方向力的作用，并形成逆时针方向的电磁转矩 Tem，它对转子起制动作用，使 转子很快停止下来。 5-9 一台三相异步电动机，PN=4.5 千瓦，Y/Δ接线，380/220 伏， cos N = 0.8 ， N = 0.8，nN = 1450 转/分，试求： 1． 1． 接成 Y 形或Δ形时的定子额定电流； 2． 2． 同步转速 1 n 及定子磁极对数 P； 3． 3． 带额定负载时转差率 N s ； 解： (1)Y 接时： UN=380V A U P I N N N N N 10.68 3 380 0.8 0.8 4.5 10 3 cos 3 = = = △ △ 接时： UN=220V A U P I N N N N N 18.45 3 220 0.8 0.8 4.5 10 3 cos 3 = = = (2) (2) p f nN n 60 = 1 = 磁极对数 2.07 1450 60 60 50 = = = nN f p 取 p=2 + _ If A C B . . . Tem n . . V1 U2 W1 V2 U1 W2 + _ If 恒定磁场磁力线
60f60×50 n, 同步转速 n1-nx1500-1450 (3)(3)额定转差率 1500=00333 5-10一台八极异步电动机,电源频率仁=50赫,额定转差率SN=004,试求: 1.额定转速nN 在额定工作时,将电源相序改变,求反接瞬时的转差率 60f60×50 =750r/min (1)同步转速P 额定转速nx=(1-s)n1=(1-004)×750=720/mm n1-n-750-720 (2)反接转差率 n, 第六章交流电机绕组、电动势及磁动势 6-1有一台交流电机,z=36,2P=4,y=7,2a=2,试会出 (1)(1)槽电势星形图,并标出60°相带分相情况 (2)(2)三相双层迭绕组展开图。 a=2×36002×360°=20 答:(1)槽距角 q 每极每相槽数 由a=20°画出槽电动势星形图,然后由q=3标出按60相带的分相情况(见图a),顺序为 2 10 B
同步转速 1500 / min 2 60 60 50 1 r p f n = = = (3) (3) 额定转差率 0.0333 1500 1500 1450 1 1 = − = − = n n n s N 5-10 一台八极异步电动机，电源频率 f=50 赫，额定转差率 N s =0.04，试求： 1． 1． 额定转速 N n ； 2． 2． 在额定工作时，将电源相序改变，求反接瞬时的转差率。 解： (1) 同步转速 750 / min 4 60 60 50 1 r p f n = = = 额定转速 nN = (1− s)n1 = (1− 0.04)750 = 720r/ min (2) 反接转差率 1.19 750 750 720 1 1 = − − − = − − − = n n n s 第六章 交流电机绕组、电动势及磁动势 6-1 有一台交流电机，Z=36，2P=4，y=7，2a=2，试会出： （1） （1） 槽电势星形图，并标出 600 相带分相情况； （2） （2） 三相双层迭绕组展开图。 答：（1）槽距角 0 0 0 20 36 360 2 360 = = = Z p 每极每相槽数 3 4 3 36 2 = = = pm Z q 由α=200 画出槽电动势星形图，然后由 q=3 标出按 600 相带的分相情况（见图 a），顺序为： A-Z-B-X-C-Y. 19 1 20 2 21 3 22 4 5 23 6 24 7 25 8 9 26 27 10 28 11 29 12 30 13 31 32 14 33 15 34 16 35 17 36 18 A Z B X C Y