《电机与电气控制技术》第2版 习题解答 第二章 三相异步电动机

《电机与电气控制技术》第2版习题解答第二章三相异步电动机2-1三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？答：在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流，根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。

当正弦交流电流变化一周时，合成磁场在空间旋转了一定角度，随着正弦交流电流不断变化，形成了旋转磁场。

2-2三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速为多少？答：三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f1决定，具体公式为n1=60f1/P。

对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n1分别为3000r/min、1500r/min、1000r/min、750r/min、600r/min。

2-3试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。

答：首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源，流过三相对称电流，在定子内膛中建立三相旋转磁场，开始转子是静止的，由于相对运动，转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的，将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用，由左手定则判断电磁力方向，转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。

所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速n与定子旋转磁场转速n1之间必须有差别，且n<n1。

2-4旋转磁场的转向由什么决定？如何改变旋转磁场的方向？答：旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。

如果来绕组U1接电源L1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但V1接L3、W1接L2即可。

2-5当三相异步电动机转子电路开路时，电动机能否转动？为什么？答：三相异步电动机转子电路开路时，电动机是不能转动的。

这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流，建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割，在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。

2-6何谓三相异步电动机的转差率？额定转差率一般是多少？起动瞬间的转差率是多少？答：三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速n1与转子转速n之差即转速差n1-n与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即S=（n1-n）/n1。

额定转差率S N=0.01~0.07，起动瞬间S=1。

2-7试述三相异步电动机当机械负载增加时，三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程，最终使电动机稳定运行在更低转速下。

答：三相异步电动机原稳定工作在n A转速下运行，当机械负载增加时，由于负载转矩大于电磁转矩，电动机转速n将下降，由于n的下降，使转子导体切割定子磁场运动加大。

转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大，直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速n B下运动，且n B<n A。

2-8当三相异步电动机的机械负载增加时，为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？答：当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通，而当定子绕组外加电压和频率不变时，主磁通近似为一常数。

为此，定子67电流也应随转子电流的增加而增加，以增加的定子电流产生的磁通势来抵消转子电流增加所产生的去磁作用。

2-9 三相异步电动机在空载时功率因数约为多少？当在额定负载下运行时，功率因数为何会提高？答：三相异步电动机空载时功率因数约为0.2以下。

当在额定负载下运行时，转子电流有功分量，相对应的定子电流的有功分量也增加，使功率因数提高。

2-10 电网电压太高或太低，都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏，为什么？答：由U 1≈E 1=4.44f 1N 1K 1φm ，当电源频率一定时，电动机的每极磁通φm 仅与外加电压U 1成正比。

当电网电压太高时，φm 相应加大使电动机磁路饱和，定子励磁电流加大，定子电流加大，在过大的定子电流作用下将定子绕组烧坏。

当电网电压过低时，φm 过小，电动机电磁转矩过小，在负载作用下，电动机转速n 迅速下降，甚至发生堵转，致使电动机定子电流加大，也会使异步电动机定子绕组过热而损坏。

2-11 三相异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有何关系，若电源电压下降20%，电动机的最大转矩和起动转矩将变为多大？ 答：由公式21222122U SR T C f R Sx =⎡⎤+⎣⎦（）可知电动机的电磁转矩T 与电源电压U 1平方成正比。

若电源电压下降20%，即为额定电压的0.8，此时电动机的最大转矩Tm 随U 12成比例下降，即为额定电压下电动机最大转矩的0.64倍。

同理，此时电动机的起动转矩Tst 也与U 12成正比，起动转矩也只为额定电压下电动机起动转矩的0.64倍。

2-12 为什么在减压起动的各种方法中，自耦变压器减压起动性能相对较好？答：自耦变压器减压起动不受电动机绕组接线方式的限制，而且可以按容许的起动电流和所需要的起动转矩来选择不同的抽头，适合起动容量较大的电机。

所以其起动性能相对较好。

2-13 三相笼型异步电动机定子回路串电阻起动和串电扰起动相比，哪一种较好？答：串电阻减压起动在起动时电能损耗较大，对于小容量电动机采用串电抗减压起动为好。

2-14 对于三相绕线转子异步电动机转子串合适电阻起动，为什么既能减小起动电流，又能增大起动转矩？串入电阻是否越大越好！答：转子起动电流22ST I E =起动转矩22222/St T R R X ≡+所以串入合适的电阻起动时，能减小起动电流，又能增大起动转矩。

串入电阻并不是越大越好，当起动转矩达到最大转矩后再增大串入转子电阻，起动转矩反而减小。

2-15 在桥式起重机的绕线转子异步电动机转子回路中串接可变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，调节转子可变电阻可获得重物提升或重物下降，原因何在？答：桥式起重机用于提升重物的绕线转子异步电动机，在其转子回路中串接可变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，随着转子串接可变电阻的加大，电动机提升重物的速度愈来愈慢。

电动机按提升方向转动转速愈来愈低。

如何继续加大转子串接电阻，转子电流进一步减小。

电动机提升方向电磁转矩减小，当提升重物产生的重物转矩作用下，将重物按下降方向运动，而电动机在重物转矩作用下反转。

所以重物提升时，电动机处于提升电动状态，而重物下降时，电动机处于倒拉反接制动状态，重物获得倒拉反接制动下降。

2-16 为什么变极调速时要同时改变电源程序？答：当极对数改变时，将引起三相绕组空间相序发生变化，也就是说变极后绕组的相序改变了。

此时若不改变外接电源相序，则变极后，不仅电动机的转速发生了变化，而且连电动机的旋转方向发生了变化。

所以，为保证变极调速前后电动机旋转方向不变，在改变三相异步电动机定子绕组接线的同时，必须改变电源的程序。

2-17电梯电动机变极调速和车床切削电动机的变极调速，定子绕组应采用什么样的改接方式？为什么？答：电梯电动机的负载为恒转矩负载，变极调速时采用Y/YY变极调速，因它具有恒转矩调速性质。

车床切削电动机的负载为恒功率负载、变极调速时采用 ∆/YY度极调速、因它近似为恒功率调速性质2-18试述绕线转子异步电动机转子串电阻调速原理和调速过程，有何优、缺点？答：书中图2-37为绕线转子异步电动机转子串电阻调速图，当电动机拖动恒转矩负载且T L=T N 时，转子回路不串附加电阻时，电动机稳定运行在A点，转速为n A。

当转子串入R P1时，由于惯性，转速不能突变，则从A点过渡到A'点，转子电流I2减小，电磁转矩T减小，电动机减速，转差率S 增大，转子电动势、转子电流、电磁转矩均增大，直到B点，T B=T L为止，电动机将稳定运行在B 点，转速为n B，显然n B<n A。

当串入转子回路电阻R p2、R p3时，电动机最后将分别稳定运行于C点和D点，获得n C和n D转速。

线绕转子异步电动机转子串电阻调速为有级调速，调速平滑性差；转速上限为额定转速，下限受静差度限制，因而调速范围不大；适用于重载下调速；低速时转子发热严重，效率低。

但这种调速方法简单方便，调速电阻可兼作起动电阻、制动电阻使用，在起重机拖动系统中广为应用。

2-19对于一台单相单绕组异步电动机若不采取措施，起动转矩为什么为零？当给电动机转子一个外力矩时，电动机为什么就可向该力矩方向旋转？答：当在单相单绕组异步电动机绕组中通入正弦交流电时，产生的是脉振磁通势，对其基波脉振磁通势进行分解，可分解成为一个正向旋转磁通势F1+和逆向旋转磁通势F1-，它们均以同步角速度W旋转，但旋转方向相反，它们都切割转子导体，产生转子感应电动势并产生转子电流，形成正向电磁转矩T+和反向电磁转矩T-。

当转子静止时n=0，T+=T-，起动转矩T ST=T+-T-=0，所以不采取措施，电动机不能起动。

当给电动机转子一个外力矩时，若T外与T+方向一致，则（T外+T+-T-）大于负载转矩时，则电动机便沿外力矩方向旋转了。

2-20一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，相当于一台单相电动机，若电动机原来在轻载或重载运转，在此情况下还能继续运转吗？为什么？当停机后，能否再启动？答：一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，若电动机原来在轻载下运转，此时电动机还能继续运转。

若电动机原来在再载下运转因此时T+与T-的合成转矩小于重载转矩，则电动机将停转。

当停机后，不能再起动旋转了，因T ST=0。

2-21一台罩极电动机，若调换磁极上工作绕组的两个端点，能改变电动机的转向吗？答：不能改变电动机（罩极）的转向。

它总是从磁极的未罩部分转向磁极被罩部分，其转向不能改变。

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