第九章习题参考答案

答：（1）当负载转矩 M F 增加时，电动机的电磁转矩 M 尚未变化，使 M < M F ，引起电动
机的转速下降，电动机的转差率增加，由电磁转矩公式 M
=
K m′
R22
sR2U
2 1
+ (sX 20 )2
，又因为此
时 s 很小，有 R2 >> sX 20 ，可以近似的认为电磁转矩 M 与转差率 s 成正比变化关系，所以
量转差率、转矩、电流、效率、功率因数分别随输出功率变化的关系曲线。
2
一.转差率特性 s=f(P2)
随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。
二.转矩特性 T2=f(P2)
• 异步电动机的输出转矩: T2=P 2/Ω
• 转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。因为 • sN=0.015~0.06 • 转矩曲线为一个微微上翘的曲线。
磁势平衡方程式
• 激磁电流 和激磁磁势
4
o 产生主磁通 所需要的电流称为激磁电流 ；
o 对应的磁势称为激磁磁势： • 激磁磁势近似不变
o 由电势方程式： 变，阻抗压降很小，电势近似不变；
；电源电压不
o 由公式：
， 近似不变；
o 可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。
• 空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势 提供，即： =
11、接线固定时，三相异步电动机的旋转方向由（ c） 决定。
（a）电源电压 （b）电源频率 （c）电源相序 （d）电源容量
12、正常运行时，三相异步电动机旋转磁场的转速由（b ） 决定。
（a）电源电压 （b）电源频率 C、负载转矩 （d）负载性质
13、三相鼠笼式电动机的额定转差率 sN 与电机极对数 p 的关系是( a )。
（a）相对静止 （b）转向相反 （c）同向但转速较慢 （d）同向但转速较快
• 转速：
o 转子电流的频率
o 转子电流产生的旋转磁势的转速： o 转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子） • 结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。
7、异步电动机正常运行时，定子绕组的电流由（d ） 决定。 （a）定子绕组阻抗 （b）转子绕组阻抗 （c）铁心磁通 （d）负载转矩
电磁转矩也增加。当电磁转矩增加的与负载转矩相等时建立新的平衡，保持等速运行。 （2）当负载转矩大于电动机的最大电磁转矩时，电动机将停转下来，电动机的转子将不能
转动，此时 s = 1，旋转磁场以同步转速切割转子，在转子绕组中产生很大的电动势和电流，
引起与它平衡的定子电流的负载分量也跟着急剧增加，以至定子电流很大，时间长了有可能 将变压器烧毁。 6、为什么说三相异步电动机的主磁通基本保持不变？是否在任何情况下都保持不变？ 【答】： 在正常负载范围内，异步电动机定子绕组的漏阻抗压降较小，绕组感应的电势约等 于电源电压；而异步电动机的主磁通与绕组电势成正比，因而也就与电源电压成正比。所以 说三相异步电动机的主磁通基本不变。 若电动机起动或所带负载超过额定值较大时，由于电动机绕组流过的电流较大，绕组的漏阻 抗压降较大，绕组电势就比电源电压小很多此时的主磁通就不能保持不变。此外，当电动机 的电源不为恒定值时，其主磁通也当然不能保持不变。因而并非在 任何情况下主磁通都保 持不变。 7 、转子电路的频率与转差率有什么关系？转子不动时和空载时转子频率各为多少？ 【答】： 当电源电压频率不变时， 转子电路的频率与转差率成正比，即： f 2 =s·f 1 。转 子不动时，由于转差率 s=1，转子频率就等于定子（电源）的频率；空载时，因转差率很小 （可近似为零），因而转子频率也很小，接近于零。 8 、什么是电动机的机械特性？为什么说异步电动机是硬特性电机？ 【答】： 电动机的转速（或转差率）与电磁转矩的关系曲线称为电动机的机械特性曲线。由 异步电动机的机械特性曲线可以看到：在额定转矩范围内，机械特性比较平坦，转速随负载 的变化不大，因此说 异步电动机是硬特性电机。 9、为什么说异步电动机对电源电压的变化比较敏感？ 【答】： 由于异步电动机的电磁转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压有较小的变化时， 电动机的电磁转矩将有较大的变化；从而引起转速或转差率的较大变化。因此说 异步电动 机对电源电压的变化比较敏感。 10、异步电动机在满载起动或者空载起动时，起动电流和起动转矩是否一样大？为什么? 答：异步电动机在满载和空载起动时，起动的瞬间，起动电流和起动转矩都是一样的，由于 两种情况，起动瞬间转子的速度为零，定子磁场以同步转速切割转子，在转子中产生较大且 相等电流，与其平衡的定子电流也很大并相等，起动转矩也相等。但是满载的异步电动机比 较起轻载的异步电动机，其加速达到额定转速的时间更长，长时间的比较大的起动电流，使 电动机绕组承受交大的电磁力并发热，时间越长发热越严重，使电动机的绝缘加速老化，缩 短使用寿命。 11、三相异步电动机正常运行时，如果转子突然卡住，电动机电流有何变化？对电动机有何 影响？
• PCu2= s PM • PΩ= (1-s) PM • 电机效率(efficiency): η=P2/P1 = (P1-∑P) / P1 (100%) 二.稳态时转矩平衡方程 • 电磁转矩由机械功率产生: • PΩ=P2+PΩ+PΔ • 异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理
(b)防止烧断熔断丝
(c)减小起动电流所引起的电网电压波动
20、三相绕线式异步电动机的转子电路串入外接电阻后，它的机械特性将( b )。
(a)变得更硬
(b)变得较软
(c)保持不变
三、简答题
1、异步电机转子有哪两种类型？结构上各有什么特点？
【答】： 异步电机转子有“鼠笼式”和“绕线式”两种。鼠笼式转子铁心槽内装有铜（或铝）导
• 负载运行时，转子绕组中有电流 流过，产生一个同步旋转磁势 ，为
了保持 不变，定子磁势 除了提供激磁磁势 外，还必须抵消转子磁
势 的影响，即： • 异步电动机的磁势平衡方程：
o
o
o
o 结论：空载运行时，转子电流为 0，定子电流等于激磁电流；负载 时，定子电流随负载增大而增大。
8、电源电压降低时，异步电动机最大转矩（ b） ；临界转差率（ ） 。
时，转子的转速 n 总要小于同步转速 n0 ，此时 0 < s < 1 ；当三相异步电动机处在再生制动
的情况下时， n > n0 ，这种情况下 s > 1，例如起重机吊重物下降，重物拖动电动机使其加
6
速；多速电动机换速（从高速转到低速）运行时，都产生再生制动。 5、在稳定运行情况下，当负载增加时，异步电动机的转矩为什么能相应增加？当负载转矩 大于电动机的最大电磁转矩时，电动机将发生什么情况?
组。
2、异步电动机的铭牌电压、电流和功率是指什么电压、电流和功率？
【答】： 其铭牌电压、电流是指电动机的额定线电压和额定线电流；而铭牌功率则是指电动
机的额定输出功率，即轴上输出的额定机械功率。
3、使异步电动机自己转动起来的基本条件是什么？简述异步电动机的转动原理。
【答】： 异步电动机自己转起来的基本条件是：（ 1）、定子绕组通入三相交流电流，在气隙
而引起功率因数下降。
14、绕线式异步电动机转子回路所串电阻越大，起动转矩越大。 √
15、异步电动机降压起动适用于空载下起动的电力拖动装置。 √
16、单相异步电动机没有自起动能力。√
17、运行中的三相异步电动机突然发生缺相故障时，电磁转矩为零。 ×
18、空载运行的三相异步电动机突然发生缺相故障，定子电流将超过额定电流。 √
功率平衡方程及效率
• 功率流程图。
• 输入功率: P1= m1 U1 I1 cosφ1 • 定子铜耗: PCu1= m1 I12 R1
• 铁耗：定子铁心与旋转磁场相对转速为 n1 较大，故铁耗主要为定子铁耗:
PFe=
m1I
2 m
Rm
• 转子铁心与旋转磁场相对转速为 sn1 较小，故转子铁耗可以忽略不计。 • 电磁功率: PM= P1- PCu1- PFe= m1 E'2 I'2 cosφ2
条，其端部有短路端环短接，构成多相对称绕组。鼠笼式转子的相数等于导条数；转子绕组
的极对数自动与定子绕组的极对数相适应。 绕线式转子铁心中则装有与定子相同磁极对数
的三相交流绕组，绕组一般接成“星形”，三根引线与滑环相连，可通过电刷引出电机外，连
接其他器件或短接成闭合绕组；正常工作时，通常通过“举刷装置”在转子内部短接成闭合绕
(a) I Δ = 3 I Y
(b) I Y = 3 I Δ
(c) I Y = I Δ
18、三相鼠笼式异步电动机在空载和满载两种情况下的起动电流的关系是( c )。
(a)满载起动电流较大
(b)空载起动电流较大
(c)两者相等
19、采取适当措施降低三相鼠笼式电动机的起动电流是为了( c )。
(a)防止烧坏电机
10、异步电动机负载不变时，电源电压降低，定子电流减小。 ×
答：当电源电压降低时，T↓→（由于负载转矩并没变，所以平衡被打破） n↓→s↑→I1↑→Tˊ↑→（当电磁转矩重新和负载转矩达到平衡时，电动机转 速 nˊ不再下降），稳定下来并低于前面的转速 n。
11、异步电动机转子回路电阻增大，临界转差率减小。 × 12、异步电动机可变损耗与不变损耗相等时效率最高。√ 13、异步电动机的可变损耗主要是铜损耗。 √
(a)无关
(b)sN ∝ p
(c)sN ∝1 / p
5
14、三相异步电动机产生的电磁转矩是由于( c )。
(a)定子磁场与定子电流的相互作用 (b)转子磁场与转子电流的相互作用
(c)旋转磁场与转子电流的相互作用
15、旋转磁场的转速 n1 与极对数 p 和电源频率 f 的关系是( a )。
(a)n1
=
60
f p
(b)n1
=
60
f 2p
(c)n1
=
60
p f
16、三相异步电动机在额定转速下运行时，其转差率( a )。
(a)小于 0.1
源自文库
(b)接近 1 (c)大于 0.1
17、额定电压为 380/220V 的三相异步电动机，在接成Υ形和接成Δ形两种情况下运行时，其
额定电流 IY 和 IΔ的关系是( a )。
• 效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。 • 异步电动机额定效率在（74-94）%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定
效率处。
五.功率因数特性 cosφ1= f(P2)
3
• 空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很 低；
• 随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高； • 在额定功率附近，功率因数达到最大值。 • 如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率成正比），从
三.电流特性 I1= f(P2)
I1 = - I'2 + Im
空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大（微微上翘）。
四.效率特性 η= f(P2)
• η=P2/(P2+pCu1+pFe+pCu2+pΩ+pΔ) 其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械 损耗近似不变；
（a）减小，增大 （b）减小，不变 （c）不变，增大 （d）不变，不变
9、转子电阻增大时，异步电动机最大转矩（c ） ；临界转差率（ ） 。
（a）减小，增大 （b）减小，减小 （c）不变，增大 （d）不变，减小
10、异步电动机降压起动的目的是（ a ） 。
（a）减小线路压降 （b）提高工作效率 （c）加快起动速度 （d）延长电机寿命
答： 机械负载增加时，转速将随之下降，转子电势增大，转子电流增加，转子 磁势也增加；由于转子磁势具有去磁作用，气隙磁通出现下降趋势，定子绕组的 感应电势也随之出现下降趋势；但是电源电压不变，因此定子电流随之增大。定 子电流增大，定子磁势也就增大，可以补偿转子电流随机械负载的增加对磁通的 影响，从而阻止定子电势的进一步下降的趋势，以达到新的平衡。见而言之，机 械负载的增加是通过转子电流、气隙磁通作用于异步电动机的定子绕组，而使定 子电流随之增加的。
• 转子铜耗: PCu2
• 总机械功率: PΩ
1
• 机械损耗和附加损耗:PΩ+PΔ 式中： • 故异步电动机的功率平衡方程式为:
•
P2=P1 -PCu1-PFe-PCu2-PΩ-PΔ=P1-∑P
• 功率流程图 (Power-flow diagram)：
PΔ= (0.5-3)% PN
• 几个常用的关系式: PM= PCu2 / s 故：
基本转动原理。 异步电动机只有当其转子转速低于气隙旋转磁场的转速（称为“同步转速”）
才能产生电磁转矩；也就是说，自己不能达到“同步转速”，所以称为“异步”电动机。
4、三相异步电机在什么情况下转差率 s 为下列数值： s = 1、 s > 1和 0 < s < 1 。
答：在三相异步电机起动的瞬间，电动机的转子转速 n = 0 ，s = 1；当异步电动机正常运行
中产生旋转磁场；（2）、转子绕组自成回路。
异步电动机的转动原理是：定子三相对称绕组通入三相对称交流电流时，在气隙将产生圆形
旋转磁场。旋转磁场旋转时，与转子绕组有相对运动，因此将在转子绕组中产生感应电势。
由于转子绕组是闭合绕组，在感应电势的作用下将在绕组中流过三相短路电流。此电流与旋
转磁场相互作用，产生电磁转矩，从而产生电磁转矩使转子转动起来。这就是异步电动机的
二、选择题
1、三相异步电动机的旋转方向决定于（ c ）。
（a）电源电压大小 （b）电源频率高低 （c）定子电流的相序
2、三相异步电动机的转速 n 越高，其转子电路的感应电动势 E2（ b ）。
（a）越大
（b）越小 （c）不变
3、笼型异步电动机转子绕组的磁极对数（d ）定子的磁极对数。
（a）多于 （b）少于 （c）等于 （d）自动适应
思考题
一、判断题 1、异步电动机理想空载转速永远小于旋转磁场转速，所以称为“异步”电动机。 × 2、异步电动机工作在电动状态时，转子转向肯定与旋转磁场转向一致。 × 3、异步电动机三相定子绕组只有通入不同相位的交流电流，才可产生旋转磁场。 √ 4、异步电动机旋转磁场的转速与负载转矩有关。 × 5、异步电动机起动过程中，转子绕组感应电势随转速的升高而减小。 √ 6、异步电动机转子电量频率恒与定子电量频率相同。 × 7、异步电动机的转子电流也能产生旋转磁场。 √ 8、异步电动机空载运行时功率因数最高。× 9、异步电动机起动过程中，定子电流与负载转矩大小有关。 ×
4、异步电动机的额定功率是指（ d）功率。
（a）输入的视在 （b）输入的有功 （c）输入的无功 （d）轴上输出的机械
5、频率为 50Hz，磁极对数为（c ） 的三相异步电动机，额定转速为：273 转/分。
（a）8 （b）9 （c）10 （d）11
6、异步电动机转子电流产生的旋转磁场与定子旋转磁场（ a ） 。