电机与拖动基础习题解答第三章

1、武汉纺织大学第三章3 . 1三相异步电动机的结构主要是哪几部分？它们分别起什么作用？答：三相异步电动机的结构分定子和转子两部分，定、转子之间有空气隙。定子是由定子铁心、定子绕组和机座三个部分组成。定子铁心是磁路的一部分，同时用来嵌放定子绕组；定子绕组通电时能产生磁场；机座用来固定与支撑定子铁心。转子部分有转子铁心和转子绕组。转子铁心也是磁路的一部分，同时用来嵌放转子绕组；转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流并产生电磁转矩。3.2 异步电动机的基本工作原理是什么？为什么异步电动机在电动运行状态时，其转子的转速总是低于同步转速？答：异步电动机是应用通电导体在磁场中产生电磁力的原理而工作的。电动

2、机在工作时定子旋转磁场与转子之间要有相对切割运动，否则在转子绕组中不能产生感应电动势，不能产生电流，也就没有电磁转矩，所以在电动运行状态时，转子的转速不能等于同步转速，只能低于同步转速。3.3 什么叫转差率？三相异步电动机的额定转差率为多少？为什么转差率是异步电动机最重要的一个技术参数 ？答：旋转磁场转速即同步转速厲与转子转速n之差（g- n）称为转差。转差（n仁n）与同步转速m之比，称为转差率，用s表示，即m - ns=rh额定转差率Sn很小 釣为0.0150.05。转子转速n=nM 1 - s），用转差率s能表示转子转速转子的感应电动势也与转差率相关，所以转差率是最重要的一个技术参数。3.

3、4已知一台三相异步电动机的额定功率Pn=10 kW ,额定电压Un =380 V ,额定功率因数cos ：N=0.75 ,额定效率 n=86 %，问其额定电流In为多少？解：由Pn :=.3 U N I N cos N N x 10 kW则有1 NPn 10310 103N=-23.6A,3Un nCOS'n-3 380 0.86 0.753 .5 一台异步电动机定子绕组有6根引出线，其铭牌上标明“电压 380 /220 V ,接法Y/ ”。如果三相电源电压是380 V，定子绕组应采用哪种接法 ？出线盒内的接线端子应如何连接？答：应采用丫接法，出线盒内三个绕组的末端u2、v2、W2连接

4、在一起，三个首端出线头u,、V、W,接三相电源，3.6三相异步电动机的定子绕组是如何组成的？按什么规律连接？有什么特点？答：三相异步电动机的定子绕组由三个匝数相等、相位互差1200的绕组组成。三个绕组可以连接成 Y联接（星形联接），也可以连接成 二联接（三角形联接）。其特点是对称的三相 绕组。3 .7三相异步电动机铭牌上标注的额定功率Pn是输入功率还是输出功率 ？是电功率还是机械功率？答：三相异步电动机铭牌上标注的额定功率pn不是输入功率，而是输出功率，不是电功率，而是机械功率。3.8 单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生什么性质的磁场？三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生什么性质的磁场

5、？两种磁场之间有何内在联系 ？答：单相绕组通以单相交流电将在气隙中产生脉动磁场。三相对称绕组通以三相对称电流将在气隙中产生旋转磁场。脉动磁场可以分解为基波与高次谐波磁场，三相对称绕组的基波磁场叠加在一起就形成了基波旋转磁场。3.9三相旋转磁动势的幅值与极数及绕组系数之间有什么关系？一 一I1N1一 一答：由三相旋转磁动势幅值表达式F1=1 .35 kN1可知,磁动势幅值F|与极对数Pp成反比关系，与绕组系数kNi成正比。3 . 10若将三相异步电动机三相电源的任何两相引线对调，异步电动机转子的转向将作何变化？为什么？答：若将三相异步电动机三相电源的任何两相引线对调，则电动机反转。因为当电动机定

6、子绕组外接电源相序变化时，定子旋转磁场就反向，所以电动机也就反向旋转。3 . 11为什么三相异步电动机空载电流的标么值要比变压器的大？答：变压器的磁路是铁心构成的磁路，磁阻小，产生一定的额定磁通所需要的励磁电流比较小；而三相异步电动机的磁路中包含有定、转子之间的气隙，气隙的磁阻比较大 产生同样大小的额定磁通所需要的励磁电流就比较大，所以三相异步电动机空载电流的标么值要比变压器的大。3 . 12三相异步电动机转子绕组短路并堵转，若定子绕组加额定电压，将会产生什么后果？并分析原因。答：当三相异步电动机转子绕组短路并堵转时，若定子绕组加额定电压，则流过绕组的电流会很大，使电动机发热严重，导致烧坏电动

7、机。其原因是：转子绕组短路并堵转时，转子转 速为零，旋转磁场与转子的相对切割速度为最大，在转子绕组中产生的感应电动势最大，转子电流最大，定子电流也就最大，约为额定电流的57倍，会烧坏电动机。3 . 13异步电动机的转差率 s是如何定义的？电机运行时，转子绕组感应电动势、电流的频率f 2与定子频率£是什么关系？n n答：转差率s的定义是转差（nn）与同步转速 厲之比，即s=电机运行时，转子绕组感应电动势的频率、电流的频率f2与定子频率f1成成正比，即3 . 14 异步电机的时空相量图中,哪些是时间相量，哪些是空间相量？答：异步电机的时空相量图中,表示电流、电压、感应电动势的相量是时间相

8、量,表示磁通、磁动势的相量是空间相量。3 . 15 一台额定电压380 V、星形联结的三相异步电动机，如果误连成三角形联结，并 接到380 V的电源上，会有什么后果？为什么？答：一台额定电压380 V、星形联结的三相异步电动机，如果误连成三角形联结，并接到380 V的电源上，电动机会被烧坏。因为额定电压380 V、星形联结的三相异步电动机 ，其定 子绕组额定电压为 220V，若将星形联结的定子绕组误连成三角形联结 ，并接到380 V的电 源上,这时定子绕组电压为 380 V，大大超过其额定电压，会使定子电流变得很大，会烧坏电动 机。3 . 16 一台额定电压380 V、三角形联结的三相异步电动

9、机，如果误连成星形联结 拼接到380 V的电源上满载运行时，会有什么后果？为什么？答：额定电压380 V、三角形联结的三相异步电动机，如果误连成星形联结，并接到380 V的电源上满载运行时，电动机不能起动，不能运行。额定电压380 V、三角形联结的三相异步电动机，如果误连成星形联结，并接到380 V的电源上时，其一相绕组电压降为1_1380/ 3 =220V，由于起动转矩与绕组电压的平方成正比，这时起动转矩降低为原来的，故3而在满载时电动机不能起动，不能运行，时间一长会烧坏电动机。3. 17三相异步电动机带恒转矩负载额定运行时，会产生哪些损耗？请画出功率流程图。答：电动机运行时的损耗有定子铜损

10、耗Pcu1,定子铁损耗PFe，转子铜损耗Pcu2,机械摩擦损耗Pmec，附加损耗Ps。其功率流程图如题3.17图。% 厲bR-Pg题3.17图3. 18三相异步电动机的电磁功率、转子铜损耗和机械功率之间在数量上存在着什么关系？答：三相异步电动机的电磁功率、转子铜损耗和机械功率之间存在着比例关系，三者之比 为 1 : s : (1-s)。3. 19三相异步电动机负载运行时，其T形等值电路为什么不能简化成一字形等值电路?R2R；答：在电动机T形等值电路中，转子的等值电阻为-，s很小 釣为0.0150.05,-就ssR-比较大，转子阻抗Z-+X-也就比较大。励磁阻抗Zm与Z-相并联，Zm与Z-相比,

11、s并没有大到可以去掉而对电路没有影响的程度，所以不能去掉励磁阻抗而将T形等值电路简化成一字形等值电路。3 . -0异步电动机的过载倍数，m、起动转矩倍数 Kt有何意义？它们是否越大越好？答：异步电动机的过载倍数'm表示电动机的过载能力，用最大转矩Tm与额定转矩Tn之比来表示，即起动转矩倍数Kt表示电动机起动时带负载的能力，等于起动转矩Tst与额定转矩Tn之比,TstT =TnXm较大时,电动机的过载能力较大,Kt较大时,电动机起动时带负载的能力较大，但它们不是越大越好，因为电动机的最大转矩 Tm是一定的，m过大时,Tn就小，电动机带额定负载的能力降低，这是不可取的，一般 m为1.82.

12、2, Kt为2左右。3.21异步电动机带负载起动，负载越大，起动电流是不是越大？为什么？答：异步电动机带负载起动，起动电流与负载大小无关，并不是负载越大，起动电流就越大。转子电流E20R2sjX 20,起动时s=1,起动时的转子电流E20R2 jX与负载20无关，所以起动电流即定子电流山=|10（_|2）也与负载无关，只不过负载越大，起动加速度就变小，起动时间变长。3.22异步电动机在何种条件下的机械特性是固有机械特性？答：异步电动机定子绕组接额定频率的额定电压，定、转子回路不串接任何元器件得到的机械特性就是固有机械特性。3.23 试简述三相异步电动机的运行性能优劣主要通过哪些技术指标来反映？

13、答：三相异步电动机的运行性能优劣主要通过功率因数和效率等技术指标来反映，功率因数越高，运行性能越优越；效率越高，能量利用率高，运行性能越优越。另外，最大转矩Tm越大，电动机带负载能力越大；起动转矩Tst越大，电动机带负载起动能力越大。3.24 三相异步电动机 T形等值电路的参数主要通过什么实验来测定？答：三相异步电动机 T形等值电路的参数主要通过空载实验和短路实验来测定。通过空载实验测定电动机的励磁阻抗Zm二Rm jXm和铁损耗PFe及机械损耗Pmec。通过短路实验测定电动机的短路阻抗Zk二Rk jXK =(R1R2) j(X1 X2)，短路实验又称堵转实验。3.25为什么三相异步电动机的功率

14、因数总是滞后的？;定子和转子绕组都是感答：三相异步电动机要从电网吸收滞后的励磁电流产生磁场 性负载，所以三相异步电动机的功率因数总是滞后的。3.26为什么要进行频率折算 ？折算应遵循什么样的基本原则？答：三相异步电动机运行时，定子电流频率为 fi ,转子电流频率为f2二Sfi，定、转子电流频率不相等，对不同频率的电量列出的方程组不能联立求解，也不能根据它们求出等值电路和相量图。所以要把转子的频率折合，使定、转子有相同的频率。频率折算的原则是保持 转子磁动势F2不变,也就是保持转子电流 丨2不变。R2、X2、Rm、Xm各代3.27 说明三相异步电动机等值电路中，参数R、Xi 表什么意义？三相异步

15、电动机转子附加电阻(1 - s)/ s R2是如何产生的？它代表什么物理意义？答：Ri、Xi分别表示三相异步电动机定子一相绕组的电阻和电抗；R2、X2分别表示转子一相绕组的电阻和电抗折算到定子的折算值；Rm、Xm分别表示励磁电阻和电抗。转子附加电阻(1 - s)/ s R2是频率折算产生的，它代表了电动机输出的机械功率1 _ s 2Pm =3()R2<2s3.28 一台三相异步电动机，额定运行时转速nN =1 450 r /min,问这时传递到转子的电磁功率有百分之几消耗在转子电阻上？有百分之几转化成机械功率？ni nNSnni1500-14501500二 0.03317电磁功率Pm、总

16、机械功率Pm、转子铜损耗Pcu2之间的比例为Pm:Pm:Pcu2=1: ( 1 -s) : s,所以传递到转子的电磁功率中有3.3%消耗在转子电阻上，有96.7%转化成机械功率。3.29 一台三相异步电动机，额定功率Pn =25 kW ,额定电压U n =380 V ,额定转速nN =1 470 r /min,额定效率 n =86% ,额定功率因数 cosn =0.86 ,求电动机额定运行时的输入功率R和额定电流I N。Pn也 2529.07KWN 0.8625 103PIN=N =51.36A,3UnCOSn n 3 380 0.86 0.863.30 一台三相异步电动机，额定功率Pn =7

17、.5 kW ,额定电压U n =380 V ,额定转速 nN =971 r /min,额定功率因数cos =0.786 ,定子三角形联结。额定负载运行时，定子铜损耗 Pcu 1 =386 W ,铁损耗 PFe =214 .5 W ,机械损耗 Pmec=100 W，附加损耗 Ps=112.5 W , 求额定负载运行时：(1 )转子电流频率；(2 )转子铜损耗；(3 )电磁功率；(4 )定子电流；(5 )效率；(6 )画出功率流程图，标明各部分功率及损耗。解：(1 ) Sn10吐空 0.0291000f2 二 Sn f1 =0.029 50 =1.45HZni(2 )电磁功率Pm =Pn Pmec

18、 - PsRu2二 Pn' PmecPsSn Pm(1 - Sn)Pm=PnPmecPsPnpmec Ps7.5 103 100 112.5 7712.5转子铜损耗(3 )电磁功率'Sn1-0.0290.971 二稻3从 7.943顺Pcu2 = sn PM = 0.029 7943 = 230WPm = 7.943KW(4 ) p = PMPcu1 PFe 二 7943 386 214.5 二 8543.5W11P18543.5=16.5A3U n cos n 3 380 0.786Pn= 0.878P18.5435(6 )功率流程图如题 3.30图%题3.30图3.31 一

19、台四极三相异步电动机，额定功率Pn =55 kW ,额定电压U n =380 V ,额定负载运行时，电动机的输入功率 P =59.5 kW ,定子铜损耗Pcu1 =1 091 W ,铁损耗PFe =972 W , 机械损耗Pmec=600 W,附加损耗Ps =1 100 W。求额定负载运行时：(1 )额定转速;(2 )电磁转矩;(3 )输出转矩;(4 )空载转矩。解：(1 ) Pm = P Pcui PFe = 59500-1091-972 = 57437W巳U2 二 PM -Pn -Pnec-Ps = 57437-55000 -600 -1100 = 737W氏I2Z 0.0 1 2 8Pm

20、57437nN 二 n j1 - sN ) = 1 5 0 0(1 - 0.0 1 2)81 4 8r0 m in或者 To二PmecPsQ600 11002：叮1480= 10.97N.m60(2 )电磁转矩T = Pm = Pn +卩唤 +ps = 55000 *600 十1100 =365 84N m 。°2x148060(3 )输出转矩Pn55000couT2354.87 N .m门1480一2兀x60(4 )空载转矩T0 二 T -T2 =365.84-354.87 =10.97N.m3.32 一台八极三相异步电动机，额定功率Pn =200 kW ,额定电压U n =380

21、 V ,额定 转速nN =735 r /min,过载倍数'm=2.2 ,求:(1 )该电动机转矩的实用公式；(2 )当s=0. 015时的电磁转矩；(3 )电动机拖动1 200 N m负载时的转速。解：(1 ) Sn= 750 - 735 = 0.02n1750Pn 10395502_. nNnN60Pn200= 95502598.6N.m735Tm =，mTn =2.2 2598.6 = 5717N.mSm =SN(m 一爲-1) =0.02 (2.2、2.22 -1) = 0.0 8 3转矩的实用公式2TmT =SSm2 571711434s 0.083= s 0.0830.083

22、s 0.083 s114340.0150.0830.0830.015114345.71= 2002N.mT TnssN(3 )利用机械特性的线性表达式，认为转矩与转速成成正比，即s 丄 sn=3 0.02=0.009 Tn2598.6n = g(1 - s)二 750 (1 一 0.009) = 743.25r / min3.33 一台四极三相异步电动机，额定功率FN =25 kW ,额定电压U N =380 V ,额定转 速 nN =1 450 r /min,过载倍数 m =2.6 ,求:(1 )额定转差率；(2 )额定转矩；(3 )最大转矩；(4 )临界转差率。m -nN 1500 T45

23、0解：(1 )额定转差率 Sn1-0.033nN1500p25(2 )额定转矩 Tn = 9550 N = 9550164.66N.mnN1450(3 )最大转矩 Tm = ' mTN =2.6 164.66 = 428.12N.m(4 )临界转差率Sm =SN( m m -1) =0.033 (2.6,2.62 -1) =0.1653.34 一台八极三相异步电动机，额定功率Pn =10 kW ,额定电压U n =380 V ,额定转 速nN =720 r /min,过载倍数(1 )最大转矩;(2 )临界转差率；(3 )电磁转矩实用公式。n1=750-叫 0.04750PnTN =95

24、50 -9550 卫 -132.64N.mnN720最大转矩 Tm = mTN =2.2 132.64 = 291.8N.m(2 )临界转差率Sm 二Sn( m ； m -1) =0.04 (2.2. 2.22 - 1) =0.1662T(3 )电磁转矩实用公式 TmS 十 SmSSm SSm2 291.8583.6Sm s0.166s0.166 s3 . 35设一台三相异步电动机的铭牌标明其额定频率fN =50 Hz，额定转速nN =965 r /min,问电动机的极对数和额定转差率为多少？若另一台三相异步电动机极数为2 p=10 , fN =50 Hz ,转差率Sn =0.04，问该电动机

25、的额定转速为多少？答：额定频率fN=50 Hz ,额定转速nN =965 r /min的电动机，其同步转速 厲=1000r/min,由n1迹可知,p=60fP心=3,额定转差率SNn110归空=0.035 1000当电动机极数为2 p=10 , fN =50 Hz ,转差率SN =0.04时,电动机的额定转速为nN =n,(1SnP60(1 _s)= 60 50 仆 一094)= 576r/minP53.36 一台三相异步电动机，额定数据为：Un =380 V , f” =50 Hz , Pn =7.5 kW , nN =962 r /min,定子绕组为三角形联结，cosN =0. 827 , Flu1 =470 W , FFe =234 W , FS =80 W , Pmec=45 W。试求：(1 )电动机极数；(2 )额定运行时的Sn和f2 ；(3 )转子铜损耗Pcu2 ；(4 )效率；(5 )定子