电机控制与应用问题集锦

电机控制与应用问题记录

1、对于两台工频异步电机，同步转速均为1500rpm。请问额定电压空载运行时，为什么一台转速为1470rpm，另一台转速却为1455rpm呢？或者换句话说，异步电机空载额定转差率是由什么决定的？

回答：异步电机空载额定转差率，是由空载损耗决定的，也就是铁耗，机械损耗和杂散损耗。事实上，如果假设异步电机是理想电机，也就是铁芯磁导率为无穷大，忽略机械损耗和杂散损耗时，那么空载额定转差率无限接近于0，但不等于0，空载额定转速无限接近同步速，但不等于同步速，此时电机空载额定电流为0。

2、再来提问：大家都知道，一般来说，异步电机的气隙要比同步电机的小。

请问这么设计是基于哪些性能方面的考虑？

回答：异步电机是单励磁电机，同步电机是双励磁电机。而气隙磁阻很大，故异步电机如果气隙大的话励磁电流将很大，直接影响功率因数和效率。而同步电机可以通过直流励磁调节功率因数，故气隙比异步电机大。

异步电机是需要激磁的，因此功率因数总是滞后的。而气隙越小则意味着激磁电流越小，当然功率因数也就会越高，然而气隙太小也会导致很多问题，最主要的是机械可靠性问题，还有谐波磁场不能被充分过滤，

由此引起损耗、噪声、起动转矩和最大转矩减小等，因此异步电机的气隙是在避免上述不利情况下尽可能小。

这里面还有一个问题，那就是电枢反应的问题，因为异步电机的转子可以自动对于定子的电枢反应磁场进行抵消，就像加装了补偿绕组的直流或者同步电机一样，这一重要而且显著的优点可以使得异步电机几乎完全不用考虑电枢反应问题。

反之，对于同步电机或者直流电机来说，电枢反应是一个令人十分头疼的问题，事实上也从根本上严重影响着这类电机的设计参数！上面我提到的“短路比”问题与此有关，要尽量削弱电枢反应，必然要求采用尽量大的气隙，由此带来励磁成本的大幅度增加，这是一对很令人遗憾的矛盾！

3、提问：永磁直流无刷电机定子的齿部磁密和轭部磁密是否越接近越好啊？

回答：一般齿部磁密比轭部要大，这个是有依据的。

铁耗与磁密平方，和重量成正比。因为齿部重量较轻，所以可以设计的磁密高一点。而轭部较重，所以设计的磁密低一点。

4、提问：下面这个问题是复习思考题，觉得很有意思，拿来和大家一起分析讨论一下。

回答：多，为什么每相漏抗越小，试从物理概念上进行说明。

这个不用看公式，直接画出磁力线分布就一目了然了，槽数越多说明槽距越小，则相邻齿的磁力线方向和疏密相差很小，自然磁力线就不会从槽中抄近路通过了，也就是槽漏抗减小！槽数一多谐波漏抗也会减小因为磁势分布更加正弦的缘故，至于端部漏抗我把它忽略了！

5、感应电机的激磁电抗为什么越大越好？

回答：抗大，励磁电流可以小，电机功率因素可以高，对电网负担轻6、提问：异步电机铁耗，同步电机铁耗都包含在电磁功率里面吗？为什么？

回答：关于电磁功率与铁耗的关系，我仔细想了一下，应该跟电动发电状态还是有关

首先一个问题就是何谓电磁功率？这有不同的理解，有的书上说电磁功率就是线圈感应电势与线圈电流之间产生的有功功率！如果是这样定义的话，很显然铁耗是否包含在电磁功率里

面与电动发电状态密切相关：

对于同步电机：

电动状态，电磁功率不包含铁耗，发电状态，电磁功率包含了铁耗

对于异步电机：

电动状态，电磁功率不包含铁耗（忽略转子铁耗），发电状态，电磁功率包含了铁耗

其实上面对于异步发电机的结论，并不是那么明显，因为异步电机是由定子提供激磁的。尤其在有源发电状态时，激磁完全是由电网提供的，即使在单机电容激磁发电状态，铁耗也是由定子侧激磁电流产生的，因此容易误导理解。还有一种“电磁功率”的理解，那就是通过气隙传导的似稳电磁场（电磁波）功率，这可以根据坡印廷矢量计算出来，我专门为此翻阅了汤蕴缪的《机电能量转换》，根据电磁场理论的精确证明：电磁功率等于电磁转矩与同步转速的乘积！这就把电的物理量与机械物理量联系起来了，根据这一定义，可以更好地理解上面关于铁耗是否包含于电磁功率的结论。最后要说明的一点是，两种方法定义的电磁功率是统一的！

7、提问：运行在电网上的三相异步电机，若负载转矩不变而电源电压下降10%，对电机的转速，主磁通，转子电流，转子功率因素，定子电流等有何影响？

回答：电压下降10％则弱磁，转速下降，主磁通减少，转子电流增大，转子功率因数提高，定子电流增加！

我认为曾老师上面的回答有两点值得商榷：

1 转子功率因数提高是不对的，这一点forlink已经指出了，不再重复。

2 “定子电流增加”可不一定，这要看电机的饱和程度以及这个恒定的负载转矩的大小。

8、提问：设计的永磁同步电动机，发现功率因素偏低，如何提高？

回答：减小气隙；增加用铜量，加匝数，加长永磁转子长度；用性能好的硅钢片；少硅钢片的厚度.

9、提问：两台自励三相无刷同步发电机，一台定子绕组采用短距，一台为整距，除此以外，其他完全相同，并联运行，能出现什么问题？为什么？

回答：无刷同步发电机，也就是相反电势接近梯形波，含有丰富的高次谐波。但是这些高次谐波中3以及3的倍数次谐波是可以互相抵消的，对外不会表现出来，因此有影响的应该是其他谐波。短距绕组的采用，相对于整距绕组而言可以削弱一些高次谐波，也就是更接近于正弦波。假设两台发电机并联运行，则整距绕组电机产生的非3以及3的倍数次谐波会在2个电机绕组中形成短路电流，可能会引起绕组严重过热！至少也会产生明显的噪声和振动。

10、某运行在电网上的异步电动机，如果在嵌线过程中工人不小心多绕了几匝定子线圈，则电机功率，定子功率因素，转子功率因素，效率，转速，铜耗，铁耗，温升等性能，与设计值相比，如何变化？

回答：转子功率因数确实是降低的！转子有功电流是增加的

楼上的问题好象与电压降低10％是同一个问题，至少是很类似的！

匝线圈，也就是相当于弱磁了。在转矩不变电源电压不变的条件下，转速会略为降低，也就是功率略微降低，应该定子功率因数降低，而转子功率因数也会降低（您已分析过了），铁耗降低不多，铜耗增加多一些，这样效率降低，温升上升。

和曾老师商榷：1 “ 应该定子功率因数降低”不一定，2 “铜耗增加

多一些” 不一定，也可能铜耗也降低，3 “效率降低” 不一定，4 “温升上升” 不一定有些三角形接法的电机当负载很轻时，有时换接成Y 接，以提高效率，这种方法与多绕几匝可能异曲同工。

您的意思是原来是过电压，现在降低到正常电压？可以反过来这样思考对吧？请您仔细分析一下。确实有星三角切换节能这种运行方式，在负载很轻时换成Y接法能够显著节能（我们的现场试验结果可以平均节能30％左右）！队长问题我是按照额定负载来回答的，限定这个条件很重要。

也可以这样理解，但这样你可能会说我们不要考虑原来不正常的运行或设计极不合理的电机，我们就以一个设计正常运行条件也正常的情况说，电机的轻载运行应该是一种常见现象，由于forlink没有指出这个恒转矩负载的转矩是多大，如果这个转矩很小，那么定子电流中的无功分量可能占据主要成分，也就是说励磁分量占据主要成分，对正常设计的电机，大都略微饱和一些，那么如果电压降低10%，则励磁分量会减小10%