10章 三相异步电动机的基本性能 课后答案

动转矩减小；串电容时可分两种情况：1）当 X 2 - X C =0 或| X 2 - X C |< X 2 时，起动电流增大，起动转矩 也增大；2）| X 2 - X C |> X 2 ，起动电流减小，起动转矩也减小。 10.5 三相异步电动机进行变频调速时，应按什么规律来控制定子电压?为什么?
1
答：在变频调速时，为了保持电机良好的运行性能，总希望维持主磁通 0 不变，因此需要 U 1 f 1 保 持不变，即电压与频率成正比变化。这也称为电压频率协调控制。 10.6 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速有哪些特点？ 答：转子回路串电阻调速不能实现连续调节（分级调速） ，调速范围较小，转子电阻铜损耗增大，电 机效率降低。 10.7 什么是绕线转子电动机的串级调速？与绕线转子电动机转子串电阻调速相比， 其优点是什么？ 答：绕线转子异步电动机的串级调速不是在转子回路中串入电阻，而是串入一个与转子感应电动势
n (1 s )n1 (1 0.0138) 1500 1479.3r / min
Tem
Pem P 160160 9.55 em 9.55 1019.6 Nm 1 n1 1500
4
（2）降速后 s
n1 n 1500 1300 2 n1 1500 15 R2 R2 R s sN s
E 2 s 频率相同、相位相反的附加电动势 E ad ，从而改变转子电流的大小，实现速度调节。与转子回路串电
转差功率中只有一小部分被转子绕组电阻所消耗， 而其余大部分被产生 E ad 的装置回馈到了 阻调速相比， 电网，所以即使电机在低速运行，效率也较高。 10.8 简述电磁转差离合器的工作原理和调速过程。 答：工作原理：电磁转差离合器本质上也是一台感应电动机，但结构简单，主要由电枢（由铸钢制 成的圆筒）和磁极组成。磁极上的励磁线圈通入直流电流产生恒定的磁场，电枢由异步电动机拖动，电 枢因切割直流励磁磁场而产生涡流，该涡流与励磁磁场相互作用产生电磁力，拖动磁极转子沿电枢旋转 方向旋转，磁极转子的转速必小于电枢的转速（即拖动电枢的异步电动机的转速） 。 调速过程：调节直流励磁电流的大小，可以平滑地调节机械负载的转速。在负载不变时，增大励磁 电流，磁场增强，涡流增大，电磁转矩增大，磁极转子转速（既机械负载转速）上升，与之相伴，磁场 与电枢相对速度减小，涡流开始减小，电磁转矩也减小，当转速升高到某一值时，电磁转矩减小（恢复） 到又与负载转矩平衡，电机便在这个高转速下稳定运行。因此，增大励磁电流，负载转速上升，反之， 减小励磁电流，负载转速下降。 10.9 如果电网电压不对称程度严重，三相异步电动机在额定负载下能否长时间运行？为什么？ 答：如果电源电压不对称程度严重，三相异步电动机不能在额定负载下长期运行。因为这时负序电 压较大，负序磁场强，制动性质的负序电磁转矩大，电机转速低，正序电流大，再加上较大的负序电流， 造成电机发热，长时间运行将烧毁电机。 10.10 三相异步电动机起动时，如果电源或绕组一相断线，电动机能否起动？如果运行中电源或绕 组一相断线，能否继续旋转？为什么？ 答：对于 Y 形联结的电动机，一相电源断线或一相绕组断线情况是相同的，这时电机气隙中产生一 个脉动磁场，因此电机不能起动。但运行中发生一相断线，电机仍能能继续旋转，这时相当于单相电动
1 3
倍，起动电流和起动转矩降均低为直接起动时的
1 。 3
10.3 三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动时， 起动电流和起动转矩与直接起动时相比有何 变化? 答：采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的
1 倍（ k a 为自耦变 2 ka
压器的变比） 。 10.4 在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，既可提高起动转矩，又能减少起动电流，这是 什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？ 答：从等效电路来看，起动时，转子回路串入电阻，转子电流将减小，根据磁动势平衡关系，此时 的定子电流也将减小。虽然转子电流减小了，但是因为转子电阻的增大，转子回路功率因数将提高，由
7. 转子电动势频率、相反； 10. 反转旋转、制动 二、选择题 1.① 2.③ 3.① 4.①
5.②
6.②
7.④
8.①
9.③
10.④
三、简答题 1. 答:起动时，转子转速为 0 ，定子磁场以同步转速 n1 切割转子，转子感应电动势及转子绕组电流 都最大，根据磁动势平衡，定子电流（起动电流）也大。但起动时，转子频率高（为 f 1 ） ，转子漏抗大， 因此转子功率因数低，转子电流有功分量小，而且起动时主磁通降低约一半，所以起动转矩却不大。 2. 答：通过改变定子绕组的接法，使定子每相的一半绕组中的电流方向发生改变，即可以实现变极 调速。因为变极前后三相绕组的相序发生了变化，因此变极后只有对调定子两相绕组的出线端，才能保 证电动机的转向不变。 3. 答：单相绕组通入单相电流产生脉动磁场，它可以分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个 旋转磁场。这两个旋转磁场分别对转子形成正向电磁转矩 Tem 和反向电磁转矩 Tem ，在起动时，
即
因负载转矩不变，则有
0.012 0.012 Rs 2 0.0138 15
解得
Rs 0.104
R2 Rs 0.012 0.104 9.67 0.012 R2
串电阻后
2 9.67 pCu 2 9.67 2210 21370.7W 串电阻后铜损耗为 pCu
5
Tem Tem ， 合成转矩 Tem 0 ， 所以单相异步电动机不能自起动。 解决起动的主要途径是加装起动绕组，
第 10 章 思考题与习题参考答案
10.1 异步电动机的性能指标有哪些？它们代表的物理意义是什么？ 答：异步电动机的性能指标主要有五项，分别是：额定效率 N ，额定功率因数 cos N ，最大转矩倍 数 Tmax T N ，起动转矩倍数 Tst T N 和起动电流倍数 I st I N 。其中， N 和 cos N 是反映电动机出力能力 的指标，称为力能指标； Tmax T N 是反映电动机短时间承受过负载能力的指标，称为过载能力； Tst T N 和 I st I N 是反映电动机起动性能的指标。 10.2 什么是三相异步电动机的 Y-△降压起动? 它与直接起动相比， 起动转矩和起动电流有何变化? 答：为了降低三相异步电动机的起动电流，对于定子绕组为Δ形联结电动机，起动时先将定子绕组 接成 Y 形，实现降压起动，当起动完毕后，再将定子绕组恢复成Δ形联结进入正常运行。Y-△降压起动 时，绕组电压降低
n N 1480r / min ，若负载转矩不变，要求把转速降到 1100r/min，问应在转子每相串入多大的电阻？
解：额定负载时
n1
n n N 1500 1480 1 60 f1 60 50 1500r / min s N 1 1500 75 n1 p 2
降速运行时
k a 2.8 1.67
1 0.598 ka
可以选择 QJ 3 系列 60% 抽头，这时， I st
1 I 0.60 2 140 50.4 A 2 st ka
10.13 一 台 4 极 绕 线 式 异 步 电 动 机 ， f1 50Hz ， 转 子 每 相 电 阻 R2 0.02 ， 额 定 负 载 时
s
n1 n 1500 1100 4 1500 15 n1
因负载转矩不变，则有
R 2 R2 R s sN s
即
0.02 0.02 Rs 1 4 75 15
解得
wk.baidu.com
Rs 0.38
10.14 有一台 4 极绕线式三相异步电动机，P N =155kW， f1 50Hz，转子每相电阻R 2 =0.012Ω。已 知在额定负载下转子铜耗为 2210W，机械损耗为 2640W，附加损耗为 310W，试求：(1)额定转速及电磁 转矩；(2)若电磁转矩保持不变，而将转速降到 1300r／min，应该在转子的每相绕组中串人多大电阻?此 时转子铜耗是多少? 解： （1） n1
cos 2 是增大的，所以起动转矩 cos 2 可知，当所串电阻值适当时，转子电流有功分量 I 2 Tem C T 0 I 2
cos 2 减小，导致起动转矩反而 会增大。必须指出，串入的电阻值不能过大，否则转子电流太小，使 I 2 cos 2 减小，导致起 减小。转子回路串电感，可以降低起动电流，但同时转子的功率因数也降低，使 I 2
cos N =0.85，起动电流倍数 k I 5.5 ，起动转矩倍数 kT 1.2 ，供电变压器允许起动电流为 150A，能
（2）负载转矩为 0.5TN 。 否在下列情况下采用 Y 降压起动？（1）负载转矩为 0.25TN ； 解：
IN
PN 3U N cos N N

40 10 3 3 380 0.85 0.9
1 1 TstY Tst 1.2TN 0.4TN 3 3
因此，负载转矩为 0.25TN 时，可以采用 Y—Δ起动；负载转矩为 0.5TN 时，不可以采用 Y—Δ起动。 10.12 一台三相笼型异步电动机的数据为： U N 380V ，△联结，I N =20 A， k I 7 ， k T 1.4 ， 求：(1)采用Y-△降压起动时，起动电流为多少? 能否半载起动? (2)采用自耦变压器在半载下起动，起 动电流为多少? 试选择自耦变压器的抽头比。 解： （1） I st k I I N 7 20 140 A
I stY
1 1 I st 140 46.67 A 3 3
Tst kT TN 1.4TN 1 1 TstY Tst 1.4TN 0.467TN 0.5TN ，所以不能半载起动。 3 3
3
（2） Tst
1 1.4 T 2 TN 0.5TN 2 st ka ka
2
机运行，但此时电流会增大，电机发热，长时间运行会烧毁电机。 对于Δ形联结的电动机，如果一相电源断线，这时电机气隙中产生一个脉动磁场，因此电机不能起 动。但运行中发生这种断线，能继续旋转，相当于单相电动机。如果一相绕组断线，电机变成两相绕组 通两相电流，由于绕组在空间上有相位差、绕组电流在时间上有相位差，所以产生一个椭圆形旋转磁场， 因此电机能起动，运行中发生这种断线，也能继续旋转。当然也将出现电机过热现象。 10.11 一台三相笼型异步电动机, PN 40kW, U N 380V, △联结，n N 2930r/min, N 0.9 ，
60 f1 60 50 1500r / min p 2
Pmec PN p mec p ad 155 10 3 2640 310 157950W Pem Pmec pCu 2 157950 2210 160160W
s pCu 2 2210 0.0138 Pem 160160
79.44 A
TN 9.55
PN 40 10 3 9.55 130.4 Nm nN 2930
I st k I I N 5.5 79.44 436.9 A
Tst k T TN 1.2TN
I stY 1 1 I st 436.9 A 145.6 A （小于 150A） 3 3
第 10 章 自测题参考答案
一、填空题 1. 额定效率和额定功率因数、起动转矩倍数和起动电流倍数；2. 最大转矩倍数、短时间承受过负载； 3.
1 1 1 1 、 ； 4. 、 ； 5. 降低、增大； 6. 改变方向、对调定子任意两相绕组的出线端； 3 3 2 2
8. 0 、正比； 9. （0.5～0.6）倍额定负载，额定负载；