第3篇——电机作业(第8-9-10-11章)

第三篇异步电机第8章8.1为什么感应电动机的转速一定低于同步速，而感应发电机的转速则一定高于同步转速？如果没有外力帮助，转子转速能够达到同步速吗？答因为异步电动机的转向n与定子旋转磁场的转向1n相同，只有1nn（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1nn，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。而感应发电机的转子用原动机拖动进行工作，进行机电能量的转换，转速只有高于同步转速，才能向外送电。如果没有外力的帮助，转子转速不能达到同步转速。8.2简述异步电机的结构。如果气隙过大，会带来怎样不利的后果？答异步电机主要是由定子、转子两大部分组成，定、转子中间是空气隙，此外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。如果气隙过大，会造成产生同样大小的主磁场时所需要的励磁电流的增大，由于励磁电流是无功电流，所以会降低电机的功率因数，减少电机的效率。8.3感应电动机额定电压、额定电流，额定功率的定义是什么?答额定电压NU是指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V；额定电流NI是指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A；额定功率NP是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。8.4绕线转子感应电机，如果定子绕组短路，在转子边接上电源，旋转磁场相对转子顺时针方向旋转．问此时转子会旋转吗？转向又如何?答会旋转。因为旋转磁场相对转子顺时针方向旋转时，根据电磁感应，在定子侧，会产生转矩企图带动定子旋转，但是定子不能动，则反作用于转子，使转子以转速n旋转，转向为逆时针。8.5一台三相感应电动机，AIVUrnKWPNNNN5.18,3000,min975,75HzfN50,87.0cos.试问:(1)电动机的极数是多少?(2)额定负载下的转差率s是多少？(3)额定负载下的效率是多少？解：（1）电动机的极数62p；（2）额定负载下的转差率025.01000975100011nnnsNN（3）额定负载下的效率90.087.05.18300031075cos33NNNNNIUP第9章9.1转子静止与转动时，转子边的电量和参数有何变化？答当转子转动时，转子电流的有效值为2222222jsxrEsjxrEIsss转子电流的频率sfnnnpnnnppnf11111226060)(60相应的转子绕组中的电动势为22sEEs，转子漏抗为22sXsX，和静止时相比，转子转动时的参数和转差率成正比。9.2感应电动机转速变化时，为什么定、转子磁势之间没有相对运动？答设定子旋转磁动势1F相对于定子绕组的转速为1n，因为转子旋转磁动势2F相对于转子绕组的转速为12snn。由于转子本身相对于定子绕组有一转速n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势2F的转速为nn2。而111112nnnnnnnsnnn，所以，感应电动机转速变化时，定、转子磁势之间没有相对运动。9.3当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动，试证明之．答设定子旋转磁动势1F相对于定子绕组的转速为1n，因为转子旋转磁动势2F相对于转子绕组的转速为12snn。由于转子本身相对于定子绕组有一转速n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势2F的转速为nn2。而111112nnnnnnnsnnn，该式不论转差率为何值时均成立。只不过当感应电机在发电状态运行时1nn时，11nnns为负，2F的转向与定子旋转磁动势1F的转向相反；当感应电机在制动状态运行时，电动机转子的转向与的与定子旋转磁动势1F转向相反，s＞1。所以，当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动。9.4用等效静止的转子来代替实际旋转的转子，为什么不会影响定子边的各种量数？定子边的电磁过程和功率传递关系会改变吗？答我们知道异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似。从定子边看转子只有转子旋转磁动势2F与定子旋转磁通势1F起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。根据这个道理，我们设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（新转子也是三相、1N、1Nk）。这时在新换的转子中，每相的感应电动势为2E、电流为2I，转子漏阻抗为222xjrz，但产生的转子旋转磁动势2F却和原转子产生的一样。虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以不影响定子边，从而也就不会影响定子边的各种量数。不会。9.5感应电机等效电路中'21Rss代表什么意义？能不能不用电阻而用一个电感或电容来表示？为什么？答用在'21Rss上消耗的电功率来等效代表转子旋转时的机械功率（还包括机械损耗等）。不能。因为输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件电阻来等效代替。9.6当感应电动机机械负载增加时以后，定子方面输入电流增加，因而输入功率增加，其中的物理过程是怎样的？从空载到满载气隙磁通有何变化？答因为021FFF，所以)(2.0.1.FFF，即021III，)(2.0.1.III可见，当感应电动机机械负载增加时，转子侧的电流就会增加，相应的转子侧的磁动势也会增大，根据电动势平衡方程式可见，随着转子侧磁动势的增加，定子方面的磁动势也在增加，即输入电流增加，因而输入功率增加。电机从空载到满载运行，由于定子电压不变，所以气隙磁通基本上保持不变。9.7和同容量的变压器相比较，感应电机的空载电流较大，为什么？答因为感应电机有气隙段，气隙段磁阻很大。9.8感应电机定子、转子边的频率并不相同，相量图为什么可以画在一起？根据是什么？答因为在这里进行了除匝数、相数折算外，还对转子边的频率进行了折算。本来电动机旋转时能输出机械功率，传给生产机械。经过转子频率的折算，把电动机看成不转，用一个等效电阻'21Rss上的损耗代表电动机总的机械功率，这样就实现了相量图可以画在一起的分析方法。根据的原则就是保持折算方在折算前后的磁动势不变。9.9一台三相异步电动机：,33.1,min1455,380,101rrnVUKWPNNN90,4.4,43.2,7,12.1'21'2mmXXXrr.定子绕组为接法，试计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解：采用Γ型等效电路，相电流为AAjxxjsrrUINNN002121202.1068.9)4.443.2(03.0/12.133.10380)(/0001138004.2185.551.332.43790NmmUIAArjxrjxjjAAAAIIIN000002182.3048.1155.8521.455.8521.402.1068.9功率因数86.082.30coscos0输入功率WWIUPN1123986.048.113803cos311效率%0.8911239/1010/31PPNN第10章10.1什么叫转差功率？转差功率消耗到哪里去了？增大这部分消耗，异步电动机会出现什么现象？答在感应电机中，传送到转子的电磁功率中，s部分变为转子铜耗，（1-s）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于,MsP所以它亦称为转差功率。增大这一部分消耗，会导致转子铜耗增大，电机发热，效率降低。10.2异步电动机的电磁转矩物理表达式的物理意义是什么？答电磁功率MP除以同步机械角速度1得电磁转矩1MPT，经过整理为221cosICTT，从上式看出，异步电动机的电磁转矩T与气隙每极磁通1、转子电流2I以及转子功率因数2cos成正比，或者说与气隙每极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。10.3异步电动机拖动额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？答当NLTTT时，若电源电压下降过多，因为21UTm，则电磁转矩下降更多,会造成定、转子电流急速增大，则定子、转子铜耗增大，且其增加的幅度远远大于铁耗减小的幅度，故效率下降，甚至电动机停转。若无保护，则绕组会因过热而烧毁。10.4一台三相二极异步电动机，额定数据为：AIVUKWPNNN5.19,380,1011，定89.0cos,50,min293211NNNHzfrn定子绕组D接，。空载试验数据：AIWpVU5.5,824,380001，机械损耗Wpm156。短路试验数据：。WpAIVUkkk605,5.19,5.89111。Ct75时，963.01r。试计算：（1）额定输入功率；（2）定、转子铜损耗；（3）电磁功率和总机械功率；（4）效率；（5）画出等值电路图，并计算参数'2r、1x、2x、mr、mx。解：（1）额定输入功率WIUPNNNN1142389.05.193803cos31111（2）定、转子铜损耗WWrIpNcu366963.0)35.19(3)3(321211Wpppcukcu239366605112（3）电磁功率WWprIppmFe639)156963.0)35.5(3824()3(321200WWppPPFecuNM10418)63936611423(11总机械功率:WWpPPcuMm10179)23910418(2（4）效率%5.8711423/101031WWPPNN（5）T型等值电路图如下：电路参数：951.1)3/5.19(3605)3/(32211kkkIpr628.0963.0951.112rrrk95.73/5.195.893/11kkkIUZ71.7951.195.72222kkkrZx855.32/71.72/21kxxx1.21)3/5.5(3639)3/(3220IprFem7.1193/5.53803/010IUZ1.22)3/5.5(3156824)3/(322000Ipprm64.1171.227.1192220200rZx8.113855.364.11710xxxm10.5一台三相六极异步电动机，额定数据:KWPHzfVUNN5.7,50,38011827.0cos,min9621NNrn，定子绕组D接。定子铜损耗W470，铁损耗W234,机械损耗W45，附加损耗W80。计算在额定负载时的转差率、转子电流频率、转子铜损耗、效率及定子电流。解038.01000962100011nnnsNNHzfsfN9.150038.012由admMNNadmcuNMppPsPpppPP2，得WsppPPNadmNM7926)038.01/()80457500()1/()(WWPspMNcu3017926038.02%9.862344707926750011FecuMNNNppPPPPAUPINNNNN85.15869.0827.038037500cos311110.6一台三相极异步电动机，有关数据为：AIVUkWPNNN25.7,380,311，定子绕组Y接，01.21r。空载试验数据：WpAIWpVUm11,64.3,246,380001。短路试验数据为：WpAIVUkkk470,05.7,100111。假设附加