电机学3

第五章异步电机5-1什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步电机的运行状态？答：转差率为转子转速与同步转速之差对同步转速的比值，即11nnns。5-2异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样？怎样区分这两种运行状态？答：在异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时，电磁转矩和转子转向之间的关系是一样的。如果转子转向与旋转磁场转向相同，为发电机运行状态；如果转子转向与旋转磁场转向相反，则为电磁制动运行状态。5-3有一绕线转子感应电动机，定子绕组短路，在转子绕组中通入三相交流电流，其频率为1f，旋转磁场相对于转子以p/f60n11（p为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？转差率如何计算？答：转子绕组中的电流所建立的旋转磁场，有带动定子同向旋转的趋势。但是，定子不能转动，于是反作用与转子，使转子以转速n逆时针方向旋转。此时，转差率的计算不变，仍为11nnns。5-4为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？答：变压器的主磁路全部用导磁性能良好的硅钢片叠成，异步电机的主磁路除了用硅钢片叠成的定、转子铁心外，还有气隙。气隙的长度尽管很小，但磁阻很大，使异步电机的主磁路的磁阻比变压器的大，从而异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多。5-5三相异步电机的极对数p，同步转速1n，转子转速n，定子频率1f、转子频率2f、转差率s及转子磁动势2F相对于转子的转速2n之间的相互关系如何？试填写下表中的空格。1s0s10s电磁制动电动机发电机p1n/1minrn/1minr1f/Hz2f/Hzs2n/1minr130002910501．50．03902150010005016．670．33335002180017106030．05905600-5005091．651．83311003100012005010-0．2-2004750050501750答：根据pf60n11，1n)s1(n，12sff，112snnnn，可填写上表。5-6试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步转速1n。证明：利用反证法来证明如果转子磁动势相对于定子的转速不是同步转速1n，则定、转子旋转磁场不同步，电磁转矩为零，不能转动。5-7试说明转子绕组折算和频率折算的意义，折算是在什么条件下进行的？答：转子绕组折算的意义—用一个相数为1m、匝数为1N、绕组系数为1Nk的等效转子绕组来替代原来的转子绕组。频率折算的意义—用一个静止的转子来替代旋转的转子。折算条件—折算前后转子磁动势保持不变，转子上各种有功功率、无功功率保持不变。5-8异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系，为什么负载增加时，定子电流和输入功率会自动增加，试说明其物理过程。从空载到满载，电机主磁通有无变化？答：emTbT0n1n2RaTab负载转矩增加时，电机转速下降，转子绕组切割磁场的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增加，转子磁动势也增加。由磁动势平衡关系，定子磁动势增加，定子电流增加，因此从电网吸收的电功率增加。这一过程直到转子电流产生的电磁转矩和负载转矩重新平衡为止。（也可以从等效电路的角度来分析）从空载到满载，转差率s增大。由等效电路可知，转差率s增大，转子支路的等效阻抗减小，，1E减小，0I减小，m减小。5-9异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的'2Rs/)s1(代表什么意义？能否用电感或电容代替？答：异步电动机的等效电路有3种：T型等效电路、Γ型等效电路和简化Γ型等效电路。用模拟电阻'2Rs/)s1(所消耗的有功功率来表示在转轴上产生的总机械功率。因为电感或电容元件不消耗有功功率，所以不能用电感或电容代替等效电路中的'2Rs/)s1(。1R1XmRmX'2R'2X'2Rss11U'21EE1I0I'2I5-10异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么严重后果？试说明其原因。如果电源电压下降，对感应电动机的maxT、stT、m、2I、s有何影响？答：如果电源电压下降过多，使起动转矩小于负载转矩时，电动机不能起动；如果电源电压下降过多，使最大电磁转矩小于负载转矩时，原来运行的电动机将停转。如果电源电压下降，则由2'21211121max)XX(RRf4mpUT，可知maxT下降；由2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT，可知stT下降；由mNfNk2EU，可知m下降；在负载转矩不变的情况下，由降压调速的知识，可知转速下降，转差率s增大；由转子电路的功率因数2'22'2'22X)sR(sRcos，可知2cos下降；在负载转矩不变的情况下，由22m1N11emcosI2kNpmT，可知2I增大。5-11漏电抗大小对异步电动机的运行性能，包括起动电流、起动转矩、最大转矩、功率因数等有何影响？为什么？答：由等效电路，可知漏电抗越大，则起动电流越大，功率因数越低；由2'21211121max)XX(RRf4mpUT，可知漏电抗越大，maxT越小；由2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT，可知漏电抗越大，stT越小。*说明：在电源电压和频率一定的条件下来考虑。5-12某绕线转子异步电动机，如果（1）转子电阻增加一倍；（2）转子漏电抗增加一倍；（3）定子电压的大小不变，而频率由50Hz变为60Hz，各对最大转矩和起动转矩有何影响？答：由2'21211121max)XX(RRf4mpUT2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT可知（1）转子电阻增加一倍时，maxT不变，stT可能增大，也可能减小；（2）转子漏电抗增加一倍时，maxT减小，stT减小；（3）频率由50Hz变为60Hz时，maxT减小，stT减小；5-13一台笼型异步电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的，在输出同样转矩的情况下，下列物理量将如何变化？（1）转速n；（2）转子电流2I；（3）定子电流1I；（4）定子功率因数1cos；（5）输入功率1P；（6）输出功率2P；（7）效率；（8）起动转矩stT；（9）最大电磁转矩maxT。答：转子由插铜条改为铸铝的，则转子电阻增大。在输出同样转矩的情况下，电磁转矩不变。（1）转速n下降；（2）转子电流2I不变；（3）定子电流1I不变；（4）定子功率因数1cos不变；（5）输入功率1P不变；（6）输出功率2P减小；（7）效率下降；（8）考虑到实际情况，起动转矩stT增大；（从原理上说，stT可能增大，也可能减小）（9）最大电磁转矩maxT不变。5-14绕线式三相异步电动机转子回路串入适当的电阻可以增大起动转矩，串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？答：由2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT，可知在转子回路中串入容抗时，可以增大起动转矩；在转子回路中串入感抗时，会使起动转矩减小。5-15普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，为什么起动电流很大而起动转矩并不大？但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时，起动电流较小而起动转矩较大，为什么？答：普通笼型异步电动机在额定电压下起动时，转差率s较大，转子支路的等效电阻较小；深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时，转子电阻较大，转子支路的等效电阻较大。5-16绕线转子异步电动机在转子回路中串入电阻起动时，为什么既能降低起动电流又能增大起动转矩？试分析比较串入电阻前后时的m、2I、2cos、stI是如何变化的？串入的电阻越大是否起动转矩越大？为什么？答：由等效电路可知，在转子回路中串入电阻起动时，能降低起动电流；由2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT可知，在一定条件下，在转子回路中串入电阻起动时，能增大起动转矩；在转子回路中串入电阻起动时，转子支路的等效阻抗增大，1E增大，0I增大，m增大；由转子电路的功率因数2'22'2'22X)sR(sRcos，可知2cos增大；在转子回路中串入电阻起动时，转子支路的等效阻抗增大，1I减小，stI减小；由0I增大和1I减小，可知2I减小；由2'212'211'221st)XX()1RR(f21RmpUT可知，并不是串入的电阻越大起动转矩就越大。5-17两台同样的笼型异步电动机共轴连接，拖动一个负载。如果起动时将它们的定子绕组串联以后接至电网上，起动完毕后再改接为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和起动转矩的影响怎样？1R1XmRmX'2R'2X'2Rss11U'21EE1I0I'2I答：将两台同样的笼型异步电动机的定子绕组串联以后接至电网上，相当于起动电压降为原来的21。所以，总的起动电流为原来的21，总的起动转矩为原来的41。5-18绕线式三相异步电动机拖动恒转矩负载运行，试定性分析转子回路突然串入电阻后降速的电磁过程。答：转子回路突然串入电阻后瞬间，转子支路的等效电阻增大，主磁通增大，电磁转矩减小。在接下来的过渡过程中，转速下降，转差率增大，转子支路的等效电阻减小为原来的值，主磁通减小为原来的值，电磁转矩增大为原来的值。5-19绕线式三相异步电动机拖动恒转矩负载运行，在转子回路接入一个与转子绕组感应电动势同频率、同相位的外加电动势，试分析电动机的转速将如何变化？答：在转子回路中接入一个与转子绕组感应电动势同频率、同相位的外加电动势，相当于在转子回路中串入一个负电阻，即减小转子电阻。所以，在恒转矩负载下运行时，转速上升。emTT0n1n2R22RRemTT0n1n2R22RR5-20单绕组变极调速的基本原理是什么？一台四极异步电动机，采用单绕组变极方法变为两极电机时，若外加电源电压的相序不变，电动机的转向将会怎样？答：关于单绕组变极调速的基本原理，请参考书上259页的内容。采用单绕组变极方法变为两极电机时，若外加电源电压的相序不变，电动机的转向就不变。5-21为什么在变频恒转矩调速时要求电源电压随频率成正比变化？若电源的频率降低，而电压的大小不变，会出现什么后果？答：电源电压随频率成正比变化，可保持主磁通不变。由mNfNk2EU可知，若电源的频率降低，而电压的大小不变，则m增大，磁路过饱和，励磁电流增大。5-22如果电网的三相电压显著不对称，三相异步电动机能否带额定负载长期运行？为什么？答：负序电压会产生较大的负序电流，引起电机过热；负序旋转磁场使损耗增加，效率降低，也会产生制动转矩。因此，三相异步电动机不能带额定负载长期运行。5-23如果某一台三相异步电动机在额定电压下直接起动时，起动电流等于额定电流的6倍，试计算当电网三相电压不对称，负序电压分量的大小等于额定电压的10％、电机带额定负载运行时，定子相电流可能出现的最大值是额定电流的多少倍？这样的运行情况是否允许？为什么？答：定子相电流可能出现的最大值是额定电流的7倍左右。这样的运行情况显然是不允许的，会使电机发热严重，破坏绕组的绝缘。5-24三相异步电动机在运行时有一相断线，能否继续运行？当电机停转之后，能否再起动？答：当定子绕组为Y联接时，在运行中有一相断线后，气隙磁场为脉振磁场，能够继续运行；停转之后，不能再起动。当定子绕组为Δ联接时，在运行中有一相断线后，气隙磁场为椭圆形旋转磁场，能够继续运行；停转ABC之后，能够再起动。5-25怎样改变单相电容电动机的旋转方向？对罩极式电动机，如不改变其内部结构，它的旋转方向能改变吗？答：把单相电容电动机的起动绕组的两个接线端对调之后，就能改变其方向。对罩极式电动机，如不改变其内部结构，它的旋转方向就不能改变。5-26试画出三相笼型异步电动机由单相电网供电、当作单相电