(精选)电机学答案第5章

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机的运行状态？ 转差率为转子转速n与同步转速n1之差对同步转速n1之比值s为发电机状态。 0??n1?nn1 s?0

s?1为电动机状态，s?1为电磁制动状态。

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？

发电机运行和电磁制动运行时，电磁转矩方向都与转向相反，是制动转矩；但发电机

的转向与旋转磁场转向相同，转子转速大于同步速，电磁制动运行时，转子转向与旋转磁场转向相反。

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f1，旋转磁场相对于转子以n1?60f1/p（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？

假如定子是可转动的，那么定子应为顺时针旋转（与旋转磁场方向相同）但因定子固

定不动不能旋转，所以转子为逆时针旋转。s?n1?nn1 （n为转子转速）

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？

在额定电压时异步机空在电流标么值为30﹪左右，而变压器的空载电流标么值为50

﹪左右。这是因为异步机在定子和转子之间必须有空隙，使转子能在定子内圆内自动转动，这样异步机的磁路磁阻就较大，而变压器磁路中没有气隙，磁阻小，因此，相对变压器而言，异步电动机所需励磁磁动势大，励磁电流大。 5．5 三相异步电机的极对数p、同步转速n1、转子转速n、定子频率f1、转子频率f2、

转差率s及转子磁动势F2相对于转子的转速n2之间的相互关系如何？试填写下表中的空格。 p 1 2 5 3 4 n1n1/r?min?1 1800 600 1000 f1?60Pn/r?min?1 1000 -500 f1/Hz 50 50 60 50 f2/Hz 3 s 0.03 -0.2 1 n2/r?min?1 s?n1?nn1

f2?sf1

&相对于转子的转速n F22&相对于定子的转速n ?n1?n F215．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度n1。

转子磁势是由转子三相（或多相）对称绕组感应的三相（或多相）对称电流产生的一个

&相对旋转磁势，这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定，当转子的转速为F2于转子的转速n，转差率为s时，转子电流的频率f2?sf1，则这个磁动势相对转子的转速为sn1，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为

nsn1?n?n1n?n1?n?n1，即永远为同步速。

15．7 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？

绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为m1，匝数为N1，绕组系数为kN1 的等效转子绕组来替代原来的转子绕组，保持极对数不变。 频率折算：用一个等效的静止转子来代替原来的旋转的转子，在该静止转子回路中串入一个

1?ssR2的模拟电阻，而定子方各物理量不变。

折算的条件：保持转子磁动势不变，及转子上有功，无功率不变。

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？

&?I&?I& 当负载时，定子电流只有一个分量I&，用以产生 电磁势平衡方程式：知I101L0磁时来抵消转子磁势的作用，∴虽然定转子无直接电联系，定子电流会自动增加的原

因。

&??E&?I&&& 从空载到满载，由电势平衡方程式U111Z1 ∵U1基本不变，I1?，I1Z1略

&略有下降，故主磁通?略为下降。 有?∴E1m?代表什么意义？能否用5．9 异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的??1?s?/s?R2电感或电容代替？

等效电路 T形等效电路

?形 准确P形等效电路（?为复数） 换准确P形等效电路（?为实数） 简化?形等效电路（?=1）

s? 消耗在1?mec，它是有功功率，不能sR2上的电功率就是电动机所产生的机械功率P用电容或电感代替。

5．10 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Tmax、Tst、?m、I2、s有何影响？ ∵Tem?T2?T0负载不变 ∴Tem不变 Tem?CM?mI2cos?2如电压下降过多?m?，

为保持

Tem不变，I2??I1?易烧毁电机。

Tmax? Tst?m1U11?12(R?R2?(x?x'))2111?2?22 ∴U1? Tmax? Tmax?U1

2'm1U1R21'2'2?1(R1?R2)?(x1??x2?)2&??E&?I& ∴U1? Tst? Tst?U1 U111Z1

∴E1?U1 E1?4.44f1N1kN1?m ∴U1??m? 转矩Tem?CM?mI2cos?2不变，?m?I2? ∵Tem? Rem不变 s?Pcu2pemPem?1 ?1为常数 Tem不变

2 ∵Pcu2?m1I2R2 ∵I2? ∴Pcu2? ∴s?（或者U1?，Tem成平

方下降，而负载转矩不变∴n?s?）

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？ Ist? Tmax?U1'2'2(R1?R2)?(X1r?X2?) Tst?2'm1U1R21'2'2?1(R1?R2)?(X1??X2?)'x1?t?x2?t

m1U121?12[R?R2?(X?X')2]111?2? cos?1?R1?R2S'

∴漏电抗与Ist,Tst,Tmax成反比，与cos?1成正比

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？ （1）R2增加一倍，Tst增加，Tmax不变

' （2）x??x2?增加一倍，Tst减小，Tmax减小

' （3）f1由50Hz变为60Hz，相当于x??x2?增加，且分母增大了∴Tst，Tmax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； R2?Tem?1?12R2m1U1s'2(R1?R2s)2?(X1??X2?)'' Tem? 而负载转矩不变，∴n下降

（2）转子电流I2；

负载转矩不变，Tem基本不变，∵Tem?Cm?mI2cos?2∴I2基本不变。 （3）定子电流I1；

' I1?I2∴I1基本不变。

（4）定子功率因数cos?1；

（5）输入功率P1；

T2基本不变∴P1基本不变。 （6）输出功率P2；

P2?（∵R2?Pcu2增大） （7）效率?； ??∵损耗减小 （8）起动转矩Tst； Tst?

（9）最大电磁转矩Tmax。 Tmax不变

5．14 绕线式三相异步电动机转子回路串人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？

转子侧串入电抗，不能增大起动转矩∵串如电抗后I2?虽然?m增大了，但cos?2 下降∴总起来起动转矩Tst?Cm?mI2cos?2仍然不能增大。

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？ Ist大的原因是：在刚启动时，转子处于静止状态，旋转磁场以较大的转速切割转子

导环，在转子中产生较大的电势，因而产生较大的电流，由磁势平衡关系，定子中也将流过较大的电流。

Tst不大的原因是：在刚起动时，n=0 ,s=1，转子频率较高，转子电抗较大，转

'1子边的功率因数很低，由Tem?Cm?mI2cos?2 E2?1最初2U1 ?mst?2?m 知，

起动时，虽然I2较大，但因cos?2很低，∴Tst仍然不大。

对深槽和双鼠笼异步电动机在起动时f2?f1，有明显的集肤效应，即转子电流在转

子导体表面流动，相等于转子导体截面变小，电阻增大，即相等于转子回路串电阻，使

Ist?,Tst?当起动完毕后，f2?sf1很小，没有集肤效应，转子电流流过的导体截面积增大，

电阻减小，相当于起动时转子回路所串电阻去掉，减小了转子铜损耗，提高了电机的效率。

5．16 绕线转子异步电动机在转子回路中串人电阻起动时，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起动时的?m、I2、cos?2、Ist是如何变化的？串入的电阻越大是否起动转矩越大？为什么？

绕线式转子串入电阻R?后，转子电流减小，定子电流也减小，但起动转矩增大，这

是因为：在起动时，s?1，虽然串入R?导致I2减小，但却使得E1?U1设串电阻前

''由于R1?R2，x1??x2?∴E1?12U1

②?m较大，接近正常运行时的主磁通，转子回路功率因数 ③cos?2?''R2?R?''2'(R2?R?)?x2?增大，综合三个因素，Tst?

一般情况下，串入电阻后，I2和I1将变小，?m基本不变，严格地讲，随I1变小，?m&?U&?I&会大一点（∵?E，cos?2将明显提高Tst明显增加，Ist? 111Z1变小，?m?）

因为cos?2最大为1，接近1时变化不大了，相反，电阻率大了，电流明显减小，Tst反而会变小，∴并不是串电阻越大，起动转矩越大。

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，对起动电流和转矩的影响怎样？ 通过串联起动，使每台电动机定子绕组电压为并联起动时候的12因此Tst为并联时

11的14，Ist为并联起动时的2，而电网供给的起动电流为并联时的4（∵电网供给的

电流并联是一台起动电流的2倍）

5．28 已知一台型号为JO2-82-4的三相异步电动机的额定功率为55kW，额定电压为380V，

额定功率因数为0.89，额定效率为91.5%，试求该电动机的额定电流

PN?3UNINcos?N?N ∴ IN?PN3UNcos?N?N?55?1033?380?0.89?91.500?102.62(A)

5．29 已知某异步电动机的额定频率为50Hz，额定转速为970r/min，问该电机的极数是多

少？额定转差率是多少？ ∵nN?970rmin n1?1000rmin n1?60fP ∴p?60?501000?3极数为6极。