电机重大版课后习题

张广溢 电机学习题解答1第 9 章9.1 转子静止与转动时，转子边的电量和参数有何变化？答 当转子转动时，转子电流的有效值为 222jsxrEjxrIss 转子电流的频率 sfnpnpnf 11122 60)(60相应的转子绕组中的电动势为 2sE，转子漏抗为 22X，和静止时相比，转子转动时的参数和转差率成正比。9.2 感应电动机转速变化时，为什么定、转子磁势之间没有相对运动？答 设定子旋转磁动势 1F相对于定子绕组的转速为 1n，因为转子旋转磁动势 2F相对于转子绕组的转速为 2sn。由于转子本身相对于定子绕组有一转速 n， 为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势 的转速为 n2。而 1112s，所以，感应电动机转速变化时，定、转子磁势之间没有相对运动。9.3 当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动，试证明之答 设定子旋转磁动势 1F相对于定子绕组的转速为 1n，因为转子旋转磁动势 2F相对于转子绕组的转速为 2sn。由于转子本身相对于定子绕组有一转速 ， 为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势 的转速为 n2。而 1112ns，该式不论转差率为何值时均成立。只不过当感应电机在发电状态运行时 1n时， 1s为负，2F的转向与定子旋转磁动势 1F的转向相反；当感应电机在制动状态运行时，电动机转子的转向与的与定子旋转磁动势 转向相反，s1。所以，当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动。9.4 用等效静止的转子来代替实际旋转的转子，为什么不会影响定子边的各种量数？定子边的电磁过程和功率传递关系会改变吗？答 我们知道异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似。从定子边看转子只有转子旋转磁动势 2F与定子旋转磁通势 1F起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。根据这个道理，我们设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（新转子也是三相、 1N、1Nk） 。这时在新换的转子中，每相的感应电动势为 2E、电流为 2I，转子漏阻抗为22xjrz，但产生的转子旋转磁动势 2F却和原转子产生的一样。虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以不影响定子边，从而也就不会影响定子边的各种量数。不会。张广溢 电机学习题解答29.5 感应电机等效电路中21Rs代表什么意义？能不能不用电阻而用一个电感或电容来表示？为什么？答 用在21Rs上消耗的电功率来等效代表转子旋转时的机械功率（还包括机械损耗等） 。不能。因为输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件电阻来等效代替。9.6 当感应电动机机械负载增加时以后，定子方面输入电流增加，因而输入功率增加，其中的物理过程是怎样的？从空载到满载气隙磁通有何变化？答 因为 021F，所以 )(2.0.1.F，即 II，.0.1. I可见，当感应电动机机械负载增加时，转子侧的电流就会增加，相应的转子侧的磁动势也会增大，根据电动势平衡方程式可见，随着转子侧磁动势的增加，定子方面的磁动势也在增加，即输入电流增加，因而输入功率增加。电机从空载到满载运行，由于定子电压不变，所以气隙磁通基本上保持不变。9.7 和同容量的变压器相比较，感应电机的空载电流较大，为什么？答 因为感应电机有气隙段，气隙段磁阻很大。9.8 感应电机定子、转子边的频率并不相同，相量图为什么可以画在一起？根据是什么？答 因为在这里进行了除匝数、相数折算外，还对转子边的频率进行了折算。本来电动机旋转时能输出机械功率，传给生产机械。经过转子频率的折算，把电动机看成不转，用一个等效电阻21Rs上的损耗代表电动机总的机械功率，这样就实现了相量图可以画在一起的分析方法。根据的原则就是保持折算方在折算前后的磁动势不变。9.9 一台三相异步电动机： ,3.1,min145,380,10 rnVUKWPNNN94.,43.,7,1. 212 mm XXrr .定子绕组为 接法，试计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解：采用 型等效电路，相电流为 AAjxjsrUINN 0021212 2.168.)4.32(./13.8)(/ 0 00 15.479mjxjjj AIIN 00021 82.34.1.8.5.868.9功率因数 .23cos输入功率 WIUPN 1236.01311 效率 %9/0/N第 10 章10.1 什么叫转差功率？转差功率消耗到哪里去了？增大这部分消耗，异步电动机会出张广溢 电机学习题解答3现什么现象？答 在感应电机中，传送到转子的电磁功率中，s 部分变为转子铜耗， （1-s ）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于 ,MsP所以它亦称为转差功率。增大这一部分消耗，会导致转子铜耗增大，电机发热，效率降低。10.2 异步电动机的电磁转矩物理表达式的物理意义是什么？答 电磁功率 M除以同步机械角速度 1得电磁转矩 1MPT，经过整理为21cosICT，从上式看出，异步电动机的电磁转矩 T 与气隙每极磁通 、转子电流2I以及转子功率因数 2cs成正比，或者说与气隙每极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。10.3 异步电动机拖动额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？答 当 NLT时，若电源电压下降过多，因为 21Um，则电磁转矩下降更多,会造成定、转子电流急速增大，则定子、转子铜耗增大，且其增加的幅度远远大于铁耗减小的幅度，故效率下降，甚至电动机停转。若无保护，则绕组会因过热而烧毁。10.4 一台三相二极异步电动机，额定数据为： AIVUKWPNNN5.19,380,101，定 89.0cos,50,in29311NNNHzfrn子绕组 D 接，。空载试验数据： IWp5.,8400，机械损耗 Wpm6。短路试验数据：。Ikkk 6,.,5.89111。 Ct7时， 6.1。试计算：（1）额定输入功率；（2）定、转子铜损耗；（3）电磁功率和总机械功率；（4）效率 ；（ 5）画出等值电路图，并计算参数 2r、 1x、 2、 r、 mx。解：（1）额定输入功率 IUPNN 142389.053cos311 （2）定、转子铜损耗 WrIpNcu 69.0)5.()3(2121 pcuk 362（3）电磁功率 WrImFe 639)159.0)5.(824()3( 2120 pPFecuNM 48631总机械功率: Wcm 17)90(2（4）效率 %5.842/131 N（5）T 型等值电路图如下：张广溢 电机学习题解答4电路参数：951.)3/.1(60)3/(221kkIpr 895.2 .7/.8/1kIUZ1.222rx5.3/1./1k ).(69)3(220IprFem7/5.8/1UZ1.)3.(64)3(220Iprm4.7.719rx85.10m10.5 一台三相六极异步电动机，额定数据: KWPHzfVUNN .,5,38011 827.0cos,min621NNrn，定子绕组D 接。定子铜损耗 47，铁损耗 234,机械损耗 4，附加损耗 W。计算在额定负载时的转差率、转子电流频率、转子铜损耗、效率及定子电流。解 08.19601nsNzff .538.2由 admMNadmcuM pPspP2 ，得 WN 7926)038.1/()84570()/()( Wspcu 31960.2 %.211 FecuMNp AUPINNN 85.169.087.35os3 10.6 一台三相极异步电动机，有关数据为：AIVkWP2.,80,11，定子绕组 Y 接， 01.21r。空载试验数据： Wppm,6424601 。短路试验数据为：AIkkk 7,5.7,011。假设附加损耗忽略不计，短路特性为线性，且21x，试求：（1） xrxr,22 之值；（2） N1cos及 之值。解 （1）电路参数：因为： 5.3kr；所以： 1.2rk；18.93kkUZI27.56kxZr； 2/.7kxx， 张广溢 电机学习题解答5因为：1006.3UZI；025.913mprI2xr；所以：01.9mr； 016.mxx（2） 1cos.73NNPUI， 1/82.5%NNP第 11 章11.1 在额定转矩不变的条件下，如果把外施电压提高或降低，电动机的运行情况（ cos,21nP）会发生怎样的变化？答 设额定电压运行时为 B 点。在额定转矩不变的条件下，如果把外施电压提高，则转速 增加，如图中 A 点，输出功率 2P增大，输入功率 1将会增加。由于电压提高，铁耗增大，但定、转子电流减小，铜耗减小，且后者更显著，故效率提高。而由于电压提高，磁通增大，空载电流增大，功率因数降低。如果把外施电压降低，则转速 n下降，如图中 C 点， 2P减小，输入功率 1P将会减小。而电压下降，铁损减小，但此时定子电流和转子电流均在增大，定、转子铜损增大，其增加的幅度远大于铁损减小幅度，故效率 下降。电压下降，空载电流也会下降，功率因数cos上升。11.2 为什么异步电动机最初起动电流很大，而最初起动转矩却并不太大？答 起动时，因为 0,1ns，旋转磁场以同步转速切割转子，感应出产生很大的电动势和电流，因为电流平衡关系，引起于它平衡的定子电流的负载分量也跟着增加，所以异步电动机最初起动电流很大，但是，起动时的 2cos很小，转子电流的有功分量就很小，其次，由于起动电流很大，定子绕组的漏抗压降大，使感应电动势 1E减小，这样， 1也减小，所以，起动时， 1小，电流的有功分量也小，使得起动时的起动转矩也不大。11.3 在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，可以提高最初起动转矩，减少最初起动电流，这是什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？答 （1）因为起动时：112221()()ssUIr，很明显，转子回路内串电阻起动，可减少最初起动电流，同时，电阻增加， cos增加；起动电流减小，感应电动势 1E增加，1增加，所以可以提高最初起动转矩。 （2）串电感，增大了转子回路阻抗 ，由式2st2121 )()(xrIst 可见，可减小起动电流； 同时，它也增大了转子回路阻抗角 2arctnxst， 2co减小，使转子电流有功分量减小，进而使起动转矩减小得更多，所以使得起动性能变差，不能达到同样的效果。至于转子回路串联电容器（如容抗不过分大） ，则转子回路阻抗减小，起动电张广溢 电机学习题解答6流增大，虽然可使 2cos增大，起动转矩增大。因此，无论是串电抗器还是电容器，都不能全面改善起动性能。11.4 起动电阻不加在转子内，而串联在定子回路中，是否也可以达到同样的目的？答 不能。虽然将起动电阻加在定子回路中，会降低加在定子上的起动电压，从而使实现起动电流的降低，但是因为 12UTst，所以在降低起动电流的同时起动转矩也在降低，而且是以平方的速度降低，所以并不能达到将电阻串在转子回路的效果。11.5 两台相同的异步电动机，转轴机械耦合在一起，如果起动时将它们的定子绕组串联以后接在电网上，起动完毕以后再改成并联，试问这样的起动方式，对最初起动电流和转矩有怎样的影响?答 设电网电压为 1，两台完全相同的异步电动机，转轴机械耦合在一起，如果起动时将它们的定子绕组串联以后接在电网上，相当于每台电动机降压到 12U起动，而并联起动，每台都是全压 1U起动。因此两台同轴联接并联起动时起动总电流若为 stI，起动转矩若为 stT2，那么串联起动时，起动总电流为为 stI，而 12Tst，所以起动总转矩为 stT2。11.6 绕线转子异步电动机，如果将它的三相转子绕组接成 形短路与接成 Y形短路，对起动性能和工作性能有何影响？为什么？答 绕线式异步电动机转子为三相对称绕阻，因此在起动或运行时，无论是 形连接或形连接，其每相绕组感应电动势是相等的。而每相绕组的漏阻抗和等效的虚拟电阻 21rs又相同，所以每相绕组电流相等，那么由转子电流所形成的电磁转矩和由磁动势平衡关系所决定的定子电流就与转子绕组的上述接线无关，因此它不影响电动机的起动和运行性能。11.7 简述绕线转子异步电动机转子回路中串电阻调速时，电动机内所发生的物理过程。如果负载转矩不变，在调速前后转子电流是否改变？电磁转矩及定子电流会变吗？答 如图 3-9 所示：改变转子回路串入电阻值的大小，当拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即 NLT时，电动机的转差率由 Ns分别变为 321,s，显然，所串电阻越大，转速越低。已知电磁转矩为 22coIm，当电源电压一定时，主磁通基本上是定值，转子电流 2I可以维持在它的额定值工作，根据转子电流： 2222 xsrExsrEIN从上式看出，转子串电阻调速对，如果保持电机转子电流为额定值，必有 srsrN12常数 当负载转矩 LT时，则有32212 sRrsrsRrSSSN 式中 321,分别是转子串入不同的电阻 1S、张广溢 电机学习题解答72SR、 3后的转差率。 绕线式异步电动机转子回路串电阻如果负载转矩不变，从上面的分析可以看出，在调速前后转子电流、电磁转矩及定子电流不会发生改变。11.8 在绕线转子回路中串入电抗器是否能调速？此时 sfT曲线， cos等性能会发生怎样的变化？答 由式 2121max )(4xrfpUT212)(rxsm可知，在绕线转子回路中串入电抗器后， ms、 ax均减小，如右图 s曲线。若负载转矩一定，其工作点由 a 变至b，转差率 s 减小，转速增高。问题是它只能在 N0值之内调速，故此法虽能调速，但调速范围很小，故很少有实用价值。串电抗后，因 2cos减小，功率因数 1cos就下降（因感抗增大所致） 。 11.9 某一鼠笼式异步电动机的转子绕组的村料原为铜条，今因转子损坏改用一结构形状及尺寸全同的铸铝转子，试问这种改变对电机的工作和起动性能有何影响？答 铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条，实为增加转子绕组电阻 2r， Ns增大，转速减小，输出功率减小，而电动机从电网吸取的有功功率基本不变。由于转差率 增大，故转子铜损 emcusPp2增加， 1I稍有增大，故定子铜损也稍大，而铁损不变，机械损耗因s增大 n减小而稍有减小，但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。而转子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，所以 1cos基本不变。总之，鼠笼异步电动机转子由铜条改为铝条后，其工作动性能变差。鼠笼异步电动机转子由铜条改为铝条后（仍保持 1ms） ，其起动转矩增大，起动电流减小，起动性能得到改善。11.10 变频调速有哪两种控制方法，试述其性能区别。答 变频调速时，从基频向下调有两种控制方法。1.保持1/fE=常数的恒磁通控制方式时，频率下降，机械特性向下平移，即各条特性彼此平行，硬度较高，最大电磁转矩不变，过载能力强。调速性能最好，属恒转矩调速方式。2.从基频向下变频调速，采用保持 1/fU=常数的近似恒磁通控制方式时，频率下降时，机械特性最大转矩略有下降，机械特性接近平行下移。显然保持 =常数时的机械特性不如保持 1/fE=常数时的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。但 1/fU=常数的控制方式简单。11.11 有一台三相异步电动机， min460,380rnVUNN，定子绕组 Y 形联接，转子为绕线式.已知等效电路的参数为 .2.211XR。略去励磁电流，起动电机时，在转子回路中接入电阻，当 stI时，问最初起动转矩是多少？解：AxsRIkNN 5.281.015/4650/.038/3 2221 （T maxa b ms0 LstTs 1 张广溢 电机学习题解答8NkpkNsi IxRUI23/2（即5.811.004./822（p得 3p mNnITpstsi .2151503.3.95.9212 （11.12 一台三相异步电动机，定子绕组 Y形联接, in460,80rnVUN ，转子为绕线式。已知等效电路的参数为 .,.2121 XR,电流及电势变比.eik,今要求在起动电机时有 stII3,试问：（1）若转子绕组是 Y形接法，每相应接入多大的起动电阻？（2）此时最初起动转矩是多大？解 （1） AxsRUIkNN 92.81.05/14605/2.038/ 22221 ）（ ）（ NkpkNs IxRI .3t ）（即92.85.12.04./8）（ p得 7p， 463.1./7/iepk（2）mNnRITsts .5138150.29.835.9.2t ）（）（ ）（11.13 一台三相异步电动机： 8.0cos%,9,8, NNNVUKWPp ，定子绕组 形联接。已知在额定电压下直接起动时，电网所供给的线电流是电动机额定电流的 5.6 倍。今改用Y法起动，求电网所供给的线电流。解 直接起动时 3013cosNsiINIPk A改用 法起动时，电网所供给的线电流 10ststIIA11.14 一台绕线式三相异步电动机，定子绕组 Y 极，四极，其额定数据如下： ,213,6.min,145,38,50,501 VErnVUKWPHf NNNNZ AIN402. 求：张广溢 电机学习题解答9（1）起动转矩；（2）欲使起动转矩增大一倍，转子每相串入多大电阻？解：(1) mNnPTNN .5984109503.411s15.0)62(0.)(2 NmNsTms 715.98（2）欲使起动转矩增大一倍，则mssmmNs .0512.46.2，得3.0,084.321m 87.1.22 AVIErN12.)5.0()(1rsRmp 0.87.1.342211.15 某绕线式三相异步电动机，技术数据为： NNNErnKWP2i,960, 5.2,19,2AIVN。其拖动起重机主钩，当提升重物时电动机负载转矩 mTL53，求：（1） 电动机工作在固有机械特性上提升该重物时，电动机的转速；（2） 提升机构传动效率提升时为 0