《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

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

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

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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212

22122U 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2

2

222/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