专题二十二 三相异步电动机的运行原理（课件）-河北省对口升学《电机与变压器》（第5版）(高教社）专题复习讲练测

《电机与变压器》（第5版） 高教社 专题二十二 三相异步电动机的运行原理 目录 01 考纲解读 04 内容归纳小结 02 知识点梳理和重点概念复习 03 真题或常考题讲解 2 考纲解读—常见考点 03 02 01 已知三相异步电动机定子绕组的匝数、电源频率及气隙磁通最大值，计算绕组的感应电动势有效值。 辨析定子绕组漏电抗与主电抗的物理意义及影响因素；解释“转子转速越低，转子电路电抗越小”这一特性的本质原因。 判断电动机启动瞬间和额定运行时，转子电路的感应电动势、电流及功率因数的变化规律。 考纲解读—考试要求 需准确区分定子与转子电路的本质差异（如电源是否外接、频率是否固定），以及漏电抗与主电抗的功能区别，避免概念混淆。 能运用定子、转子电路的特性规律，分析电动机在启动、运行等不同工况下的电路参数变化，解决简单的参数计算问题。 要求学生理解定子、转子绕组感应电动势的产生原理，明确电动势公式中各参数的含义，能结合电机结构说明气隙磁场对电动势的影响。 4 考纲解读—易考题型 描述工程场景，要求结合三相异步电动机运行原理，分析原因，并提出 2 种解决措施。 实际分析题 结合所学内容写出有关绕组的电动势与电抗的计算公式。 填空题 给出关于三相异步电动机运行原理的表述，要求选出表述正确的选项，重点考察对基础概念的精准辨析能力。 选择题 5 知识点梳理和重点概念复习—知识点思维导图 知识点梳理和重点概念复习 1.定子绕组与转子绕组的感应电动势 在分析异步电动机的基本原理时,讲到转子绕组切割磁感线时,转子绕组要产生感应电动势定子绕组在空间是静止不动的,那么定子绕组与旋转磁场也有交链和相对运动,因而定子绕组也要切割磁感线,所以也要产生感应电动势。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 (1)定子绕组的感应电动势 在三相异步电动机定子绕组内通人三相交流电后,即产生旋60f转磁场,旋转磁场以转速旋转,而定子绕组是静止不动的。因此,定子绕组切割旋转磁场产生感应电动势,其频率也与电源频率一样,也为。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 假设旋转磁场的磁感应强度沿圆周气隙是按正弦分布的,即某一时刻沿气隙圆周上各点的磁感应强度大小可用正弦函数来描述。或者说,气隙圆周上某一点的磁感应强度随时间按正弦函数变化。这样,由这个磁场切割某一导体而产生的感应电动势,将随时间按正弦函数变化。感应电动势大小的推理过程和变压器一次绕组感应电动势的推理过程一样。所不同的是,变压器绕组是集中绕在一个铁心上的,在任意瞬间穿过绕组各个线圈中的主磁通大小和方向都相同,整个绕组的电动势为各个线圈电动势的代数和。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 定子绕组感应电动势大小为 式中 ——定子绕组感应电动势有效值;——定子绕组的绕组系数(<1);——每相定子绕组的匝数;——定子绕组感应电动势频率;——旋转磁场每极磁通最大值。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 (2)转子绕组的感应电动势 在旋转磁场的作用下,转子绕组也要切割磁场,产生感应电动势E2。由于转子转速为n,转向与旋转磁场的转向一致,旋转磁场的转速为n1,所以转子绕组与旋转磁场的相对转速为n1-n,故转子绕组中感应电动势的频率f2为 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 从上式可见,转子绕组感应电动势的频率随转差率s而变,即随电动机的转速而变。当电动机刚启动时,n=0即s=1,转子与旋转磁场间相对速度最大,旋转磁场被转子绕组切割得最快,所以此时最高=。当带额定负载时,s=0.02~0.06,/=50 Hz时,则/=1~3 Hz。可见满载时转子电流频率是很低的。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 2.漏电抗 能同时使定子绕组和转子绕组产生感应电动势的磁通称为主磁通,它穿过的路径是定子铁心一气隙一转子铁心一气隙一定子铁心,形成闭合回路,它既交链定子绕组,又交链转子绕组。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 另外,在定子方面还有一小部分磁通只交链定子绕组不交链转子绕组,称为定子绕组漏磁通(如同变压器一次绕组漏磁通一样)。由于它产生感应电动势e1s,其有效值为 式中 定子电流; ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 同理,在转子方面也有一小部分磁通只交链转子绕组不交链定子绕组,称为转子绕组漏磁通,它在转子绕组中产生感应电动势e2s,其有效值为 式中 定子电流; ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 当转子转动时,漏电抗为 由此得出 式中 定子电流; ——由定子绕组漏磁通引起的电抗,称为定子漏电抗,简称。 一、绕组的电动势与电抗 知识点梳理和重点概念复习 1. 定子电路 定子绕组加上电源电压后,将产生主磁通,由于主磁通的变化又要产生感应电动势。对电源来说,具有反电动势的性质,因而电源中有一个分量 -来与它平衡。此外,定子绕组还有电阻R1,漏电抗X1,当电流流过时,将产生电阻压降和漏电抗压降。这样,加在定子绕组上的外加电压,大部分用来平衡定子绕组的感应电动势,一小部分用在电阻及漏电抗的电压降上。 二、定子电路与转子电路特性 知识点梳理和重点概念复习 这样就有定子电路电压平衡方程式为 但由于、很小,所以电阻压降及漏电抗压降同外加电压 U,相比可以忽略,因而近似认为 这就是说,感应电动势与外加电压,在数值上近似相等,在方向上近似反相位,与相对抗。在数值上小于U1,而又接近U1,一般 二、定子电路与转子电路特性 知识点梳理和重点概念复习 2.转子电路 (1)转子电流与转差率的关系 当s增加到一定数值时,值变小,此时不能忽略X20了,电流I2的增长就变慢了。当s接近于1时,()2值接近于值。X20是一个不变的值,所以,变化不大,近于常数,达到最大值。据此,可以画出I2随s变化的曲线,如图 4-14 所示。 二、定子电路与转子电路特性 知识点梳理和重点概念复习 (2)功率因数与转差率的关系 综上所述,异步电动机的定子电路与转子电路是由主磁通 Ф联系起来的,这和变压器的一次绕组与二次绕组的关系是相同的。但定子电路与转子电路两边的电动势、电流的频率不同,变压器的一次绕组与二次绕组的电动势、电流的频率却是相同的。定子与转子之间只有磁的联系。能量从定子绕组通过旋转磁场经气隙传给转子绕组。异步电动机定子绕组与转子绕组等效电路图如图 4-15 所示。此图形象地说明了定子电路与转子电路的关系。 二、定子电路与转子电路特性 常考习题练习与讲解—选择题 答案：D 解析：电抗具有阻碍电流变化的作用，会使电流相位滞后于电压，漏电抗也不例外。 1.定子绕组的漏电抗会使定子电流（ ） A. 增大 B. 减小 C. 相位超前电压 D. 相位滞后电压 21 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：转子感应电动势，与转差率s成正比。 2.转子感应电动势的大小与（ ）成正比 A. 转子转速 B. 转差率 C. 气隙大小 D. 定子电阻 22 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：负载增大，转差率s增大，转子电动势E2增大，转子电流随之增大；A、B会使电流减小，D也会使电流减小。 3.下列哪种情况会导致转子电流增大？（ ） A. 负载减小 B. 转子转速升高 C. 负载增大 D. 电源电压降低 23 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：旋转磁场由定子电流产生，又在转子绕组中感应电动势，是连接定子和转子电路的公共媒介。 4.定子电路与转子电路的公共部分是（ ） A. 电源 B. 旋转磁场 C. 绕组 D. 电阻 24 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：根据电机原理，气隙磁通最大值主要由定子电源的电压和频率决定，近似为常数（恒压恒频下）。 5.气隙磁通最大值由（ ）决定 A. 定子电流 B. 转子电流 C. 电源电压和频率 D. 转差率 25 常考习题练习与讲解—选择题 答案：B 解析：转子绕组是电感线圈，其电抗由绕组的电感和电流频率决定，属于电感性电抗。 6.转子绕组的电抗性质是（ ） A. 电阻性 B. 电感性 C. 电容性 D. 纯电阻性 26 常考习题练习与讲解—选择题 答案：A 解析：根据定子绕组感应电动势公式，电源频率（f）与电动势成正比，频率升高时，感应电动势随之增大。 7.当电源频率升高时，定子绕组的感应电动势会（ ） A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 无法确定 27 常考习题练习与讲解—选择题 答案：C 解析：转子电路无外接电源，A错误；其电流频率，随转差率（转速）变化，B错误；电动势由定子旋转磁场切割转子绕组的电磁感应产生，C正确；转子电抗随转速升高而减小，D错误。 8.下列关于转子电路特性的描述，正确的是（ ） A. 有外接交流电源 B. 电流频率固定不变 C. 电动势由电磁感应产生 D. 电抗与转速无关 28 常考习题练习与讲解—填空题 答案：旋转磁场 解析：定子三相绕组通入交流电后产生旋转磁场，该磁场切割定、转子绕组，分别产生感应电动势。 1.定子绕组产生的______是感应电动势和电磁转矩产生的基础。 29 常考习题练习与讲解—填空题 答案：电磁感应（或定子旋转磁场切割转子绕组） 解析：转子电路是感应电路，其电动势和电流由定子旋转磁场切割转子绕组产生的电磁感应作用形成。 2.转子电路无外接电源，其电动势和电流由______产生，属于感应式电路。 30 常考习题练习与讲解—填空题 答案：气隙大小；大 解析：主电抗与主磁通路径的磁导相关，气隙越小，磁导越大，主电抗也就越大。 3.主电抗的大小与电机的______密切相关，气隙越小，主电抗通常越______。 31 常考习题练习与讲解—填空题 答案：减小；减小 解析：转速升高时，n2接近n1，转差率s减小，由f2=sf1可知转子频率减小，进而转子感应电动势大小也随之减小。 4.随着转子转速升高，转差率______，转子感应电动势的频率和大小均随之______。 32 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：气隙增大时，主磁通路径的磁阻增大，磁导减小，而主电抗与磁导成正比，故主电抗会减小。 1.气隙增大时，定子绕组的主电抗会增大。（ ） 33 常考习题练习与讲解—判断题 答案：√ 解析：额定运行时s约为1%~5%，转子频率，通常仅为1~3Hz，远低于定子电源50Hz的频率。 2.额定运行时，转子电路的频率远低于定子电路频率。（ ） 34 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：漏电抗与绕组的匝数、几何尺寸及磁路材料等有关，匝数越多，漏电抗通常越大。 3.漏电抗的大小与电动机的绕组匝数无关。（ ） 35 常考习题练习与讲解—判断题 答案：× 解析：转速升高时，转差率s减小，转子频率f2减小，由可知，转子电抗随转速升高而减小。 4.转子电路的电抗随转速升高而增大。（ ） 36 常考习题练习与讲解—简答题 答案：对电动势的影响：转差率s越大，转子电动势越大。原因是s越大，转子与旋转磁场的相对速度越大，切割作用越强，感应电动势越大（E2∝s）。对电抗的影响：转差率s越大，转子电抗越大。原因是s越大，转子频率越高，而电抗L，频率升高导致电抗增大（X2∝s）。 1.转差率对转子电路的电动势和电抗有何影响？请说明原因。 37 常考习题练习与讲解—简答题 答案：定子电流主要有两个作用：一是产生旋转磁场，该磁场是定转子间电磁感应和能量传递的媒介，也是电机产生电磁转矩的基础；二是提供定子绕组的铜损耗，电流流过定子绕组电阻时会产生热量损耗。 2.定子电流在异步电动机运行中主要起到什么作用？ 38 常考习题练习与讲解—简答题 答案：当转子转速等于同步转速时，转子绕组与定子旋转磁场之间的相对运动速度为零（即绕组不再切割磁场）。根据电磁感应定律，只有当导体切割磁场时才会产生感应电动势，因此此时转子绕组中没有感应电动势，也就没有感应电流。 3.当转子转速等于同步转速时，转子电路为何没有感应电动势和电流？ 39 常考习题练习与讲解—简答题 答案：气隙大小与主电抗成反比，即气隙越大，主电抗越小；气隙越小，主电抗越大。原因：主电抗取决于主磁通路径的磁导，磁导与磁阻成反比。气隙是主磁通路径中磁阻最大的部分，气隙增大时，总磁阻增大，磁导减小，导致主电抗减小；反之，气隙减小则主电抗增大。 4.气隙大小对定子绕组的主电抗有何影响？为什么？ 40 重点复习知识点： 1.绕组的电动势与电抗：定子绕组通入三相交流电后，气隙旋转磁场切割绕组产生感应电动势，其有效值与绕组匝数、电源频率及气隙磁通最大值成正比。绕组电抗分为漏电抗和主电抗，漏电抗对应漏磁通的阻碍作用，主电抗对应主磁通的电磁感应效应。 2.定子电路特性：定子电路由三相电源直接供电，属于对称交流电路，其电源频率、电压固定。电路中的电流由定子电动势、电源电压及定子绕组阻抗共同决定，主要用于产生旋转磁场和提供定子铜损耗。 3.转子电路特性：转子电动势和频率由转差率决定，转差率越大，转子电动势和频率越高。转子电抗随频率变化，启动时频率高、电抗大，运行时频率低、电抗小；转子电流方向遵循楞次定律，与定子磁场作用产生驱动转矩。 阅读相关教材和课堂笔记，梳理重点知识点和关键概念。制作复习提纲或思维导图，以帮助理清知识框架和内部逻辑。进行练习题和例题的练习，加深对知识的理解和应用。 课堂小结 41 $