电工学概论习题答案_第四章

4-1.怎样从三相异步电动机的结构特征来区别笼型和绕线型？答：转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流和产生电磁转矩，其结构型式有笼型和绕线型两种，笼型转子的每个转子槽中插入一根铜导条，在伸出铁心两端的槽口处，用两个短路铜环分别把所有导条的两端都焊接起来。如果去掉铁心，整个绕组的外形就像一个笼子，所以称为笼型转子。绕线型转子的绕组和定子相似，是用绝缘导线嵌放在转子槽内，联结成星形的三相对称绕组，绕组的三个出线端分别接到转子轴上的三个滑环（环与环，环与转轴都互相绝缘），在通过碳质电刷把电流引出来。4-2.怎样使三相异步电动机改变转向？答：将同三相电源相联接的三个导线中的任意两根的对调一下，三相异步电动机改变转向。4-3.已知一台三相笼型异步电动机的额定功率NP＝3kW，额定转速Nn＝2880r/min。试求(1)磁极对数；(2)额定时的转差率Ns；(3)额定转矩NT。解：(1)同步转速03000/minnr，因此电动机磁极对数p为1；(2)00300028804%3000Nnnsn(3)9.55NNNPTn=9.95Nm4-4.已知Y112M-4型异步电动机的技术数据为NP＝4kW，△接法，额定电压NU＝380V，Nn＝1440r/min，额定电流NI＝8.8A，功率因数cosN=0.82，效率N＝84.5%。试求(1)磁极对数;(2)额定运行时的输入功率1NP;(3)额定时的转差率Ns;(4)额定转矩NT。解：(1)同步转速01500/minnr，因此电动机磁极对数p为2；(2)14.73NNNPPkW(3)00150014404%1500Nnnsn(4)9.55NNNPTn=26.5Nm4-5.已知Y132M-4型异步电动机的额定功率NP为7.5kW，额定电流NI＝15.4A，额定转速Nn＝1440r/min，额定电压NU＝380V，额定时的功率因数cosN=0.85，额定时的效率N＝0.87，起动转矩stT/额定转矩NT=2.2，起动电流stI/额定电流NI＝7.0，最大转矩mT/额定转矩NT=2.2。试求(1)额定输入功率1NT；(2)额定转矩NT；(3)额定时的转差率；(4)起动电流stI；(5)起动转矩stT;(6)最大转矩mT。解：(1)额定输入功率18.62NNNPTkW(2)9.55NNNPTn=49.74Nm(3)00150014404%1500Nnnsn(4)stI=7NI=107.8A(5)stT=2.2NT=109.43Nm(6)mT=2.2NT=109.43Nm4-6.在三相异步电动机起动瞬间（s＝1），为什么转子电流2I大，而转子电路的功率因数2cos小？答：电动机在接通电源瞬间，转子电路的感应电动势和感应电流为最大，这称为起动电流或堵转电流。一般中小型三相异步电动机的起动电流为额定电流的5～7倍。尽管电动机起动电流很大，但由于转子的功率因数2cos很低，实际上电动机的起动转矩是不大的。4-7.假如在三相电网中有一大批异步电动机同时起动，将对电网电压造成什么影响？为什么？答：在三相电网中有一大批异步电动机同时起动时，电网会产生较大的电压降落。因为异步电动机起动电流为额定电流的5～7倍，假如在三相电网中有一大批异步电动机同时起动，会产生较大的启动电流，过大的起动电流会在电源线路上产生较大的电压降落，影响同一变压器供电的其它负载的正常工作。4-8.三相异步电动机转矩特性曲线的形状受哪些因素影响？答：电磁转矩又可以表示为22022221)(sXRsRUkTT当s很小时220)(sX22R,220)(sX可略去，T正比于S；当s接近于1时，220)(sX22R，22R可略去，则T与S成反比。所以上式作出的转矩特性曲线（T～S曲线）如图所示。T～S曲线当NSS时，表示电动机处于额定运行状态，此时转子转速Nn为额定转速，转矩NT为额定转矩，所输出的机械功率为额定功率NP。当mSS时，电动机处于临界运行状态，此时电磁转矩mT为最大值，可以通过求取T～S曲线极值的方法，求得临界转差率202XRSm，20212XUkTTm。可见mS与2R成正比，但mT与2R无关；而mT与21U成正比，mS与21U无关，这样可以通过改变2R（绕线型转子电路外接变阻器）及降低1U来改变T～S曲线形状，如图4.2.3及图4.2.4所示。图4.2.3增大2R的T～S曲线图4.2.4降低1U的T～S曲线4-9.为什么要采用降压起动措施？降压起动对电动机的起动转矩有何影响?在什么情况下才可以采用降压起动？答：降压起动的目的是为了减小电动机起动时的起动电流对电网的影响，其方法是在起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定时，再把电压恢复到正常值。由于电动机的转矩与电压平方成正比，所以降压起动时转矩亦会相应减小，目前降压起动的主要方法为星—三角（Y—Δ）换接起动，其适用条件是正常运行时定子绕组为Δ联接的笼型异步电动机。4-10.降压起动有哪几种主要的方法？答：启动的方法有（1）直接起动，（2）Y—Δ换接降压起动，（3）软起动法，（4）转子串接电阻起动。降压起动主要有Y—Δ换接降压起动和软起动法。4-11.绕线型异步电动机转子电路中串联电阻为什么能改善异步电动机的起动性能和调速性能？答：绕线型电动机可以采用在转子回路中串电阻stR的起动方法。这样既可以限制起动电流，同时又增大了起动转矩。因此对要求启动转矩较大的生产机械，例如起重机、锻压机等常采用绕线型电动机拖动。电动机起动结束后，随着转速的上升将起动电阻逐段切除。4-12.三相异步电动机在正常运行中，如果转子突然被卡住，将会对电动机造成什么后果？答：三相异步电动机在正常运行中，如果转子突然被卡住(堵转)，电动机中的电流立即升高为额定电流的数倍，如果没有保护措施及时切断电源，电动机将被烧毁。4-13.三相异步电动机在正常运行中，如果突然有一相断电，电动机是否还能运行？若电动机是在重载情况下，电动机电流有何变化？答：三相异步电动机在正常运行中，如果突然有一相断电，电动机可以运行。若电动机是在重载的情况下，转差率增大，感应电动势增大，电动机电流增大。长时间运转有可能烧毁电机。4-14.三相异步电动机有哪几种调速方法？其中哪种方法的调速性能最好？答：三相异步电动机调速方法主要有(1)改变磁极对数调速，(2)改变转差率调速，(3)变频调速。在交流异步电动机的诸多调速方法中，变频调速的性能最好，其特点是调速范围大、稳定性好、运行效率高。4-15.在电源电压不变的情况下，如果额定时为△联接的误接成Y型联接，会造成什么后果？又如额定时为Y型联接的误接成△联接，又会造成什么后果？答：相同大小三个电阻△联接后的等效Y型联接电阻为直接Y型联接大小的1/3。因此，在电源电压不变的情况下，如果额定时为△联接的误接成Y型联接，实际电阻偏大，电路中的电流变小，造成功率不足。如果额定时为Y型联接的误接成△联接，则实际电阻偏小，电路中的电流变大，有可能烧坏电阻。4-16.热继电器在三相异步电动机控制电路中起到什么作用？它能否起短路保护作用？答：热继电器是用于交流异步电动机过载保护的，它利用电流的热效应而动作。现在生产的热继电器都具有三组热元件，且具有断相保护功能，即在三项电流严重不平衡甚至断开一相的情况下，其机械结构亦能使扣板脱扣将动断触点断开，保护了电动机因断相造成二相电流过载而脱环的情况。4-17.试拟出能在两个地点分别对一台三相笼型异步电动机进行直接起动控制的控制电路。答：小容量笼型电动机直接起动的控制线路，其中用了空气开关Q、交流接触器KM、按钮SB、热继电器FR及熔断器FU等控制电器。工作时先将空气开关Q闭合，引入电源，当按下起动按钮2SB(动合触点)时，交流接触器KM的线圈通电，动铁心被吸合，将三个主触点(动合触点)闭合，使电动机通电起动。当松开2SB时，按钮触点恢复到原来断开位置，但是由于与2SB并联的交流接触器KM的辅助触点(动合触点)和主触点同时闭合，因此接触器线圈的电路仍然接通，而使接触器触点保持在闭合的位置。这个辅助触点称为自锁触点，起到使电动机能长时间运行的自锁作用。如按停止按钮1SB(动断触点)，则将接触线圈的电路切断，动铁心和触点恢复到断开的位置，电动机停车。上述控制电路除具有对电动机实行远距离的起动、停车控制功能外，还具有短路保护、过载保护、失压和欠压保护作用。4-18.试拟出既能作点动控制，又能作直接起动控制（二者用开关转换）的控制电路。答：4-19.试说明正反转控制电路中接触器的互锁触点起什么作用？答：如果两个交流接触器同时工作，它们的主触点都闭合，必将造成电源短路。为了保证两个接触器不同时工作，在控制电路中，串接了对方接触器的动断辅助接触点RKM和FKM，即把正转接触器FKM的一个动断辅助接触点串接在反转接触器RKM的线圈电路中，而把翻转接触器的一个动断辅助点串接在正转接触器的线圈电路中。这两个动断触点称为联锁触点。这样一来，当按下正转起动按钮FSB时，正转接触器线圈通电，主触点FKM逼和，电动机正转。与此同时，联锁触点断开了反转接触器RKM的线圈电路。因此，即使误按了反转起动按钮RSB，反转接触器也不能动作。在同一时间里的两个接触器只允许一个工作的控制作用称为互锁作用或联锁作用。4-20.可编程控制器具有什么功能？它用于电动机控制时较传统的继电器接触器控制方法有什么优点？答：继电—接触器控制是传统的工业控制模式，它把继电器触点及线圈按一定的控制逻辑关系连成控制线路，控制接触器通断，然后由电动机或电磁装置带动机构运动。但由于继电器本身占一定体积并消耗电能，经常会出故障，加上接线固定，使变更控制逻辑比较困难。所以应用复杂的控制系统中可靠性、灵活性都比较差。现代控制系统中普遍采用可编程控制，它采用可编程控制器把复杂的继电器控制逻辑转换为由中央处理器、输入、输出变换器及用户程序进行处理的开关量控制逻辑，实现了硬件逻辑的软件化。不仅克服了传统继电—接触器控制的弊病，而且在控制器中还可以实现数值运算、与计算机联网通信、模拟量输入、输出等功能。4-21.单相异步电动机为什么没有起动转矩，怎样才能解决它的起动问题？答：单相异步电动机的两个转向相反的磁场分别同转子作用产生正向电磁转矩T和反向电磁转矩T，它们与转差率的关系跟普通三相异步电动机相似，可用图4.4.3所示的)(sfT及)(sfT曲线表示。在同一转速条件下，求出合成转矩TTT并作出图中的)(sfT曲线。由图可见，在10s即转速在0n～0范围内，合成转矩TTT0，使电动机正转。同理，在10s即转速在0n～0范围内，合成转矩TTT0，使电动机反转。当转子静止时，n=0，s=1，合成转矩为零，因此电动机没有起动转矩，不能自行起动。4-22.单相异步电动机中只有单相脉动磁场，没有旋转磁场，为什么能使转子转动？答：单相异步电动机的两个转向相反的磁场分别同转子作用产生正向电磁转矩T和反向电磁转矩T。在10s即转速在0n～0范围内，合成转矩TTT0，使电动机正转。同理，在10s即转速在0n～0范围内，合成转矩TTT0，使电动机反转。4-23.电容分相起动、电容分相运转及罩极式单相异步电动机分别用于什么地方？其中哪一种类型的单相异步电动机性能最好？答：电容分相起动指在单相异步电动机的定子内，除原来绕组A（称为工作绕组或主绕组）外，再加一个起动绕组B（副绕组），两者在空间相差90。电动机转起来之后，起动绕组可以留在电路中，也可以利用离心式开关K或电压、电流型继电器把起动绕组与电源断开。按前者设计制造的叫做电容运转电动机，它具有良好的运行特性，功率因数大约0.9左右，其功率最大约为0.75kW。按后者制造的叫做电容起动电动机，它具有较大起动转矩，使用于小型水泵、风机等，最大功率可超过0.75kW。罩极式电动机起动转矩小、损耗大