第三章--三相异步电动机的电力拖动

第三章 三相异步电动机的电力拖动3-1 何谓三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性?答：固有特性：异步电机在额定电压和频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外接电阻为零时的n 与T 的关系。

人为特性：人为改变电动机参数或电源参数而得到的机械特性。

3-2 三相笼型异步电动机的起动电流一般为额定电流的4～7倍，为什么起动转矩只有额定转矩的0.8～1.2倍?答：由起动时s=1，由222222)(cos x sr s r '+''=θ很小，约0.2左右；另一方面，st I 大，引起定子漏阻抗压降大，电动势E 1减小，主磁通m φ减小。

由于这两方面原因所致。

3-3 异步电动机的最大转矩T max 受哪个参数变化的影响最大?试从物理意义上解释其原。

解：m ax T 受电压参数变化影响很大。

3-4 三相异步电动机的机械特性，当0＜s ＜s m 时，电磁转矩T 随转差率s 的增大而增加，当s m ＜s ＜1时，电磁转短随转差率的增大而减小，为什么? 答：由于221212221212111)()()(L L w s r sr r sw w u p m T '++'+'= 当s 很小时，忽略分母中s 各项， s r sw w u p m T ∝'≈212111)(； 当)1,(m s s ∈时，可以忽略式中分母中的2r '，即s L L w r s r w w u p m T 1])([)(2212121212111∝'++'≈3-5 为什么通常把异步电动机机械特性的直线段称为稳定运行区，而把它的曲线段称为不稳定运行区?曲线段是否有稳定运行点?答：对于恒转矩负载而言，只有特性的直线段满足稳定运行条件，曲线段不满足。

但若是对于风机、泵类负载整条特性都满足条件，都是稳定工作区域。

3-6 三相异步电动机电磁转矩与电源电压大小有什么关系?如果电源电压比额定电压下降30％，电动机的最大转矩T max 和起动转矩T st 将变为多大?若电动机拖动的额定负载转矩不变，问电压下降后，电动机转速n 、定于电流I l 、转于电流I 2、主磁通φm 、定子功率因数cos φl 和转子功率因数cos φ2将有什么变化?答：2u T ∝，若N u u 7.0='，则st st T T T T 49.0,49.0max max='='，当电压下降后，n 减小，I 1与2I '增大，m φ减小，1cos φ与2cos φ降低。

3-7 容量为几个千瓦时，为什么直流电动机不允许直接起动，而笼型异步电动机可以直接起动?答：对于直流电机而言a N a R U I =，而对于感应电机221221)()(x x r r U I N st '++'+=，式中由于存在电抗，则此时a k R z >>，使得感应电机起动时电流增大倍数没有直流电机那么剧烈。

3-8 三相笼型异步电动机的起动方法有哪几种?各有何优缺点?各适用于什么条件? 答：各起动方法比较，如下表。

3-9 两台一样的笼型异步电动机同轴联接，起动时把它们的定于绕组串联，如图3-43所示，起动后再改成并联。

试分析这种起动方式时的起动转矩和起动电流，与把它们并联接电源起动相比较有什么不同? 答：即相当于21=α的定子串电阻减压起动，与直接并联起动相比，串联后并串并串，st st st st T T I I 412111==。

3-10 Y 系列三相异步电动机额定电压380V ，3kW 以下者为Y 接法，4kW 以上者为D 接法。

试问哪一种情况可以采用Y-D 降压起动?为什么? 答：后者可以即4kw 以上者，因为它在正常工作时是∆接法。

3-11 双笼式和深槽式异步电动机与一般笼型异步电动机相比有何优缺点?为什么?答：优点：起动性能好，即有较大起动转矩，较小起动电流。

缺点：功率因数和过载能力稍低，用铜多，制造工艺复杂 原因：利用集肤效应在起动时增大了转子电阻。

3-12 三相绕线转于异步电动机有哪几种起动方法?为什么绕线转于电动机的转于串频敏变阻器可以得到“挖土机机械特性”而串一个固定电阻却得不到?答；起动方法：直接起动、定子串电阻或电抗器降压起动、自耦变压器降压起动、∆-Y 起动、转子串频敏变阻器起动、转子串电阻起动。

由频敏变阻器随起动过程进行，自动根据s 减小所串入的电阻，参数选择合适时可以维持起动时间转矩不变。

3-13绕线转子异步电动机、转于电路串入适当电阻，为什么起动电流减小而起动转短反而增大?如串入的电阻太大，起动转矩为什么会减小?若串入电抗器，是否也会这样?答：因为串入电阻后，k z 值变大，故st I 1减小，而θφcos 2I C T m T st '=虽然21I I '≈减小， 但2cos θ增加更多，所以使st T 增大，当串入电阻太大时，2cos θ亦减小，使st T 减小，串电抗器不行，因为这样会使2cos θ始终减小。

3-14 如何从转差率s 的数值来区别异步机的各种运行状态。

答：10<<s 时，电机电动运行；∞<<s 1时，电机制动； 0<s 时，电机回馈发电运行。

3-15为使异步电动机快速停车，可采用哪几种制动方法?如何改变制动的强弱?试用机械特性说明其制动过程。

答：（1）能耗制动：可以采用增大转子电阻或加大直流励磁来增强制动效果。

（2）两相反接的反接制动：可以采用转子串电阻来增大制动效果。

BATn0nABC 0T能耗制动两相反接的反接制动3-16 当异步电动机拖动位能性负载时，为了限制负载下降时的速度，可采用哪几种制动方法?如何改变制动运行的速度?其能量转换关系有何不同?答：可以采用能耗制动，转速反向的反接制动，回馈制动，通过改变转子所串电阻可以改变运行的速度。

3-17 异步电动机有哪几种制动运转状态?每种状态下的转差串及能量转换关系有什么不同?答：（1）能耗制动。

机械能转换为电能在外串电阻上消耗。

（2）反接制动。

21<<s ，机械能与定子输入的电磁能均被外串的转子电阻消耗。

（3）回馈制动。

0<s ，机械能转变为电能回馈回电网。

3-18 异步电动机在哪些情况下可能进入回馈制动状态?它能否像直流电动机那样，通过降低电源电压进入回馈制动状态?为什么?答：（1）带位能负载，定子任意两相反接。

（2）变极调速时 （3）变频调速时 （4）电车下坡时不能通过改变电压而进入回馈状态，因为此时没有改变同步运行点n 1的大小。

3-19 影响异步电动机起动时间的因素是什么?如何缩短起动时间?起动时能量损耗与哪些因素有关? 如何减少起动过程中的能量损耗?答：影响起动的时间因素：机电时间常数T m 和m S 。

缩短起动时间可以通过改变T m ，即采用小转动惯量电机，以及采用高转差率电机，缩短起动时间。

影响起动时能量损耗因素：系统性能、21,r n '。

可以采用减小系统性能，降低同步转速，增大2r '方法来减小损耗。

3-20 绕线转子异步电动机转子突然串入电阻后电动机降速的电磁过程是怎样的？如负载转矩T L 为常数，当系统达到稳定时转子电流是否会变化？为什么？答：当转子突然串入电阻后，电动机所发出的电磁转矩减小，使L T T 〈，此时电机转速没变，在负载作用下，开始减速，同时T 增大，当T=T L 时，电机稳定运行，再次稳定后，转子电流不变。

因为此时222r R rs s s N N +=，对于等效电路不影响。

3-21在绕线转子异步电动机转子电路中串接电抗器能否改变转速？这时的机械特性有何不同？答：可以改变转速，211x x s m '+∝，随着所串电抗器的增大s m 减小。

3-22 绕线转子异步电动机转子串电阻调速时，为什么他的机械特性变软？为什么轻载时其转速变化不大？答：串电阻后，s m 随着R 的增大而增大。

这样0~m s 这个稳定工作区域增大，特性变软。

由于串电阻不改变同步转速，故所有的人为特性均通过纵轴上同一个点，这样越靠近纵轴即轻载时，调速范围越小。

3-23为什么调压调速不适用于普通笼型异步电动机而适宜用于特殊笼型异步电动机或绕线转子异步电动机？答：因为调压调速的范围是0~s m ，为了扩大调速范围，只有采用高转差率电机或者在转子回路串电阻。

3-24 为什么调压调速必须采用闭环调速系统？答：单纯调节电压来调速，调速范围太小，串了电阻后特性又太软，为了克服这些问题故采用闭环调速系统。

3-25 怎样实现变极调速？变极调速时为什么同时要改变定子电源的相序？ 答：通过改变定子绕组的接法，当变极后，将会引起绕组相序的变化，故要改变定子相序。

3-26如采用多速电动机配合调压调速来扩大平滑调速的范围，问应采取哪种变极电动机较合理（D-YY 还是（Y-YY ），为什么？答：采用Y – YY 变极电机更合理，它可以在变极后同时增大过载能力。

3-27变频调速时，为什么需要定子电压随频率按一定的规律变化？试举例说明之。

答：1111111,44.4f u kw N f E u m m ∝=≈φφ ， 当1f 变化时，为使m φ保持恒定，1u 也要随1f 同时变。

3-28 几种分析讨论以下异步电机变频调速控制方式的机械特性及优点（1）恒电压频率比（U 1/f 1=c ）控制； （2）恒气隙电势频率比（E 1/f 1=c ）控制； （3）恒转子电势频率比(E r /f 1=g)控制； 答：（1）恒电压频率比（c f u =11）控制 机械特性：1）1n 随1w 变化2）不同频率下机械特性为一组硬度相同的平行直线 3）m ax T 随频率降低而减小优点：m φ近似不变，控制简单，易于实现。

（2）恒气隙电动势频率比（c f E =11）控制 机械特性：1）与恒压频比控制时性质相同。

2）低频起动转矩比额定频率起动转矩大，而起动电流并不大。

3）m ax T 不随1f 变化。

优点：m φ恒定，稳定性优于恒压频比时 （3）恒转子电动势/频率比（c f E r=1）控制机械特性：是一条准确的直线。

优点：稳定工作特性最好，类似他励直流电动机。

3-29 保持恒气隙电势频率比控制中，低频空载时可能会发生什么问题，如何解决。

答：会出现负载愈轻电流愈大的问题，可以采用电流反馈控制，使低频时电压降低。

3-30填写下表中的空格 解：3-31 一台三相绕线转于异步电动机，已知：P N =75kW ，n N =720r/min I 1N =148A ，ηN =90．5％，cos φ1N =0.85，λT =2．4，E 2N =213V ，I 2N =220A 。