电工学少学时第三版张南主编课后练习答案第五章电动机修改.docx
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电工学少学时第三版张南主编课后练习答案第五章电动机修改
第五章电动机
5.1基本要求
1.掌握三相异步电动机的基本构造、转动原理和机械特性。
2.掌握三相异步电动机的起动、调速和制动的基本原理和方法。
3•理解三相异步电动机铭牌数据的意义。
4•了解直流电动机的基本构造和工作原理。
5.2基本内容
5.2.1.三相异步电动机的构造
三相异步电动机主要由定子和转子两部分构成。
定子是静止部分,由铁芯和三相绕组组成,绕
组的连接方式不同可以构成不同的极对数p。
转子是转动部分,分为鼠笼式和绕线式两种。
鼠笼式
转子自成一个闭合电路,绕线式转子则将接线端通过电刷引出电动机外。
5.2.2.三相异步电动机的旋转原理
定子三相绕组通过三相电流后产生旋转磁场,旋转磁场与转子的相对运动使转子切割磁场产生感应电动势和电流,而转子电流又与旋转磁场作用产生电磁转矩,从而推动转子转动。
以下是几个重要概念:
2•旋转磁场的方向与三相电流的相序有关,改变相序可以改变旋转磁场的方向。
3.转子与旋转磁场的转速差n0n是产生电磁转矩的必要条件,也是异步”一词的由来。
4.当转差率sn—no时,电磁转矩消失,所以转子的转速恒小于旋转磁场的转速。
n。
5.2.3.三相异步电动机的特性
三相异步电动机的特性分为电磁转矩特性(Ts曲线)和机械特性(nT曲线),特性曲线
上有三个重要转矩,即:
1•额定转矩一电机可以长期运行的输出转矩
2.最大转矩一电机的可能达到的最大输出转矩
3.起动转矩一电机在起动时的输出转矩
5.2.4.三相异步电动机的起动、调速和制动
1.三相异步电动机的起动方式分为:
"全压起动(直接起动)一适用于10kw以下电机
y降压起动一可分为Y/△起动和自耦调压起动
•串阻起动一用于绕线式电机
2•三相异步电动机的调速方式分为:
「变频调速一可实现无级调速,但需要专用的变频电源
“变极调速一无需专用设备,但只能实现分级调速,且每相定子绕组要分成几段
I*变转差率调速一类似于串阻起动,用于绕线式电机
5.2.5.直流电机的构造和工作原理
1.与三相异步电机一样,直流电机也是由定子和转子两个基本部分组成的。
直流电机的定子是磁
极,用直流励磁或用永久磁铁制成;转子又称作电枢,是产生感应电动势的部分。
此外,在直流电机的轴上还装有换向器,其作用是当线圈的有效边从N极(或S极)下转到S极(或N
极)下时,改变其中的电流方向,使N极下有效边中的电流总是一个方向,而S极下有效边中
的电流总是另一个方向,使两个有效边上受到的电磁力方向不变,以产生同一方向的力矩。
2•并励式直流电机的机械特性是硬特性。
当负载变化较大时,转速的变化很小。
3•直流电机具有良好的调速性能,可实现均匀平滑的调速。
调速方法有三种:
(a)改变磁通$
调速;(b)改变电枢电压U调速;(c)在电枢电路中串接电阻调速。
4.直流电机具有很大的起动转矩,且起动时电枢电流可达额定值的10~20倍,必须串接电阻限流。
5.2.6.基本公式
1.同步转速n060f1(:
电流频率;p:
定子磁极对数)
P
2.转差率s叵丄100%
n。
3.额定转矩Tn9550P2NNm(P?
n:
额定功率,单位KW;n”:
额定转速,单位min)
nN
4.过载系数(Tm:
最大转矩;Tn:
额定转矩)
TN
5.效率旦100%(P2:
输出功率;Pi:
输入功率)
P2
5.3重点和难点
1.三相异步电动机的转动原理:
定子(三相对称绕组相间互差1200)通过三相对称电流(相序互
差1200)后产生旋转磁场旋转磁场切割转子导线时,在其中感应出电动势(其方向由右手定
则决定)转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩(电磁转矩由左手定则确定)电磁转
矩使转子转动。
2.电动机定子产生的旋转磁场的转速n°叫做同步转速,转子转速n叫做异步转速,(又称机械转速)n°与n方向相同,大小不等,电机转子制造工艺确保n略小于,—旦n=n°,没有相对切割,转
子电流为0,失去转矩。
3.三相异步电动机的启动和调速
(1)启动
①启动瞬间n0,s1。
②启动的方法有直接启动和降压启动。
直接启动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到电源上,一般用于小容量电动机。
降压启动是启动时降低加在电动机定子绕组上的电压,适用于大容量电动机,通常采用
IstY
故只适合于启动轻载或空载起动时。
(2)调速
60f
调速方案的依据是:
n(1s)ng(1s)——-。
故有三种调速方案①变频(改变fi)调速;
P
②变极(改变p)调速;③变转差率(改变s)调速。
4•转矩与转子中电流并不成正比关系,比如启动时的转矩Ts小于最大转矩Tn,但此时转子的电流为
最大值,因为此时转子与旋转磁场的相对运动达到最大限度。
启动时转矩并非最大是因为此时的功率因数很小,随着转速的提高,功率因数也变大。
5.4例题与习题解答
5.4.1例题
例5-1已知一台三相异步电动机的p3,s5%,f150Hz,三相电源是对称的,且
iaImsin(t30),求:
(1)电机的同步转速n0;
(2)电机的额定转速n;
(3)电流交变一周旋转磁场转过的角度;
(4)当t30及t90时三相定子绕组的电流方向(从绕组首端流进为正)。
60九6050
解:
(1)n0-1000(r/min)
p3
(2)由转差率公式s匹」得:
n。
n(1s)4(10.05)1000950(r/mln)
(3)因n°1000r/min,所以旋转磁场每分钟转过的角度是
210002000
电流交变一次旋转磁场转过的角度是
20002
60503
(4)因三相电源是对称的,所以
厂iAlmsin(t30)
JcImsin(t270) : 3: .: 3 当t30时,iA0,iBIm(流出),icIm(流进) 22 J343 当t90时,iAIm(流进),iBIm(流出),L0 22 例5-2一台四极三相异步电动机的额定功率为30Kw,额定电压为380V,三角形接法,电源频率为 50Hz,在额定负载下运行时,其转差率为0.02,效率为90%,线电流为57.5A,试求: (1)转子 旋转磁场相对于转子的转速; (2)额定转矩;(3)电动机的功率因数 解: (1)因p2,f150Hz 60fi6050所以no-1500(r/min) P2 由s也一-可得旋转磁场对转子的转速为 n。 n°n sn。 0.02 1500 30(r/min) (2)额定功率nN n。 sn。 1500 30 1470(r/min) 故额定转矩为 Tn 9550 空 nN 9550 30 1470 194.9(Nm) (注意: 在公式Tn9550巴中,P2的单位是kW,nN的单位是r/m,TN的单位是Nm) nN (3)因P2.3ULILcos 例5-3一台三相异步电动机的技术数据如下: 5kW,380V,△形接法,1440r/min,cos0.82, 84.5%,IsIn7.0,Tm.TN2.2,求: (1)额定转差率; (2)额定电流;(3)起动电流; (4)额定转矩;(5)起动转矩;(6)最大转矩。 解: (1)因nN1400r/min可知n01500r/min (2)因P2R43UINcos (3)因IsIn7.0 故Is71N77(A) (4)Tn9550旦9550—33.2(Nm) nN1440 (5)因Ts.Tn1.8 故Ts1.8Tn59.8(Nm) (6)因TmTn22 例5-4某一三相异步电动机的额定电压 故Tm2.2Tn73(Nm) Un380V,形连接,额定功率P2n40kW,额定转速 nN1470r.min,TsUTn1.2。 试求: (1)启动转速Tst; (2)如果负载转矩为额定转矩的70%或20%,能否采用Y换接启动? 分析: Y换接启动,启动电流可减少到直接启动的1/3,但启动转矩也相应的被减少到直接启 动时的1/3。 当启动转矩小于负载转矩时,不宜采用Y换接启动。 解 (1)电动机的额定转矩为 Tn9550电9550259.86(Nm) nN1470 则启动转矩为 Tst1.2Tn311.84(Nm) (2)采用Y换接启动时的启动转矩为 11 TstY-Tst-311.84103.95(Nm) 33 在70%额定转矩时, 在20%额定转矩时, UN380V,IN102.7A,Q.In7.0,Tst.Tn2.0。 (1)试求该电动机的启动电流1st和启动转矩Tst(即1st和Tst)。 (2)该电动机可以采用Y换接降压启动法,试求启动电流Isty和启动转矩Tsty。 (3)如果该电动机的负载转矩为额定转矩的60%时,采用Y换接降压启动时,该电动机能否启 动? 解 (1)该电动机工作时是三角形接法,它在启动时,启动电流和启动转矩分别是 1st71N7102.7718.9(A) Tst2Tn2176.9353.8(Nm) 也可以表示为1st718.9(A)Tst353.8(Nm) (2)Y换接降压启动时的Isty和Tsty 11 Isty—1st-718.9239.6(A) 33 11 Tsty一Tsty-353.8117.9(Nm) 33 (3)当负载转矩为0.6Tn时 0.6Tn0.6176.9106.14117.9(Nm) 所以该电动机可以启动 5.4.2习题解答 5-1三相异步电动机的额定数据为3kW,2970r/min,50Hz。 求 (1)旋转磁场转速; 额;(3)磁极对数;(4)额定转矩。 解: (1);n2970r/min,因额定转速为2970r/min,据此可推断n03000nmin n03000r.min (2) S= n°n n。 100% 30 3000 100% 0.01 (3) p= 60f1 6050 1, n 3000r.min n 3000 (4) Tn 9550 R 9550 3 9.65(Nm) nN 2970 5-2一台三相异步电动机的技术数据如下: 5kW,380V,△形接法,1440r/min,cos 84.5%,Is.In7.0,Tm.TN2.2,求: (1)额定转差率; (2)额定电流;(3) (4)额定转矩;(5)起动转矩;(6)最大转矩。 额定转差 0.82, 起动电流; 解: (1)因nN1400r/min可知n01500r/min 故Sn n。 nN 15001440 0.04 1500 n。 (2)因F2 R43 UINcos F2 5103“…、 故1N
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