电机拖动与变频调速课后练习第三章完整习题练习题带答案.docx

第三章 第一节 三相异步电动机的基本结构和工作原理（P59）1.三相异步电动机为什么会旋转，怎样改变它的转向？答：三相异步电动机的旋转原理是当定子绕组通入三相交流电流后，在空间产生了一个转速为n1的旋转磁场，设旋转磁场以顺时针方向旋转，则相当于转子导体向逆时针方向旋转切割磁场，在转子导体中就产生感应电动势。方向由右手定则判定。因为转子导体已构成闭合回路，转子绕组中有电流通过。根据电磁力定律，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩，使电动机转子跟着旋转磁场方向顺时针旋转，方向由左手定则判定，其转速为n。要想改变它的转向可以将三相异步电动机接三相电源的三根引线中的任意两根对调。2异步电动机中的空气气隙为什么做的很小？答:异步电动机气隙小的目的是为了减小其励磁电流（空载电流），从而提高电动机功率因数。因为异步电动机的励磁电流是由电网供给的，故气隙越小，电网供给的励磁电流就小。而励磁电流又属于感性无功性质、故减小励磁电流，相应就能提高电机的功率因数。3.三相异步电动机转子电路断开能否起动运行？为什么？答：不可以。转子绕组中不能产生电流，也就不能产生电磁力。4.三相异步电动机断了一根电源线后，为什么不能起动？而运行中断了一相电源线，为什么仍能继续转动？这两种情况对电动机将产生什么影响？答：三相异步电动机断了一根电源线后，则三相电源变成了单相电源，由于单相电源所产生的磁场为脉动磁场，所以三相异步电动机不能正常起动（原理同单相异步电动机）。而三相异步电动机在运行时断了一根电源线，虽此时也为单相运行，但因转子是转动的，脉动磁场对转子导体产生的作用力在两方向上不同，所以电动机仍能继续转动。这两种情况对电动机均有很大的影响。两种情况均为过载运行，长时间工作会损坏电动机。 5.假如有一台星形联结的三相异步电动机，在运行中突然切断三相电流，并同时将任意两相定子绕组（例如U、V相）立即接入直流电源，这时异步电动机的工作状态如何？画图分析。 答：U、V两相定子绕组通入直流电流If方向如图a所示，它产生恒定方向的磁场（如图b所示、方向向左）。由于惯性转子仍以原转向（假定为顺时针方向）旋转，则转子导体便切割定子恒定磁场感应电动势和电流（方向由“右手发电机”定则判定）,此电流的有功分量与定子恒定磁场相互作用，转子导体受到图示方向力的作用，并形成逆时针方向的电磁转矩Tem，它对转子起制动作用，使转子很快停止下来，此时电动机处于制动工作状态。6. 有一台四极三相异步电动机，电源电压的频率为50HZ，满载时电动机的转差率为0.02，求电动机的同步转速、转子转速和转子电流的频率。 答: 电动机的同步转速由则转子转速 转子电流的频率 7. 一台三相异步电动机型号为Y112M-2，电源的频率为50，转子额定转速为2890，计算额定转差率。答: 电动机的同步转速由8.一台4.5、联结、380/220、0.8、=0.8、=1450的三相异步电动机，该实验室的电源线电压为380V。问（1）电动机定子绕组应何种接法？（2）额定运行时的输入功率和额定电流；（3）同步转速及定子磁极对数；（4）带额定负载时的转差率；(5)额定负载转矩。答：(1)Y接 (2) 额定运行时的输入功率 额定电流（3）因为所以极对数：同步转速： (4)额定转差率： (5)额定负载转矩：9电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，选择定子绕组的连接方式。(1)Y90S-4，功率1.1，电源电压220/380V，连接方法，电流4.67/2.7A，转速1400，功率因数0.79；(2)Y112M-4，功率4.0，电源电压380/660V，连接方法，电流8.8/5.1A，转速1440，功率因数0.82。答：（1）(2) 10. 某双速三相异步电动机，频率为50，若极对数由p=2变到p=4时，同步转速各是多少？答：第三章 第二节 三相异步电机的定子电路和转子电路(P70)1.三相异步电动机主磁通和漏磁通是如何定义的？主磁通在定子、转子绕组中感应电动势的频率一样吗？两个频率之间数量关系如何？答：三相异步电动机励磁磁通势(主要指基波磁通势)在磁路里产生的磁通,通过气隙同时连着定、转子绕组的磁通叫主磁通,只连定子绕组不转子绕组的磁通叫定子漏磁通,只链转子绕组不链定子绕组的磁通叫转子漏磁通。主磁通在定子绕组和转子绕组中分别感应的电动势和,它们的频率分别为和。正常运行情况下,它们的数量关系是2.异步电动机起动及空载运行时，为什么功率因数较低？当满载运行时，功率因数为什么会较高？答：空载时，而，其中为有功分量电流，用来供给空载铁心损耗；为无功分量电流，用来建立磁场。由于，所以空载电流基本上是一无功性质的电流，因而电动机的功率因数很低。当满载运行时，负载增大，电动机从电源处吸取的有功功率相应增大，则功率因数较高。3.试说明异步电动机转轴上机械负载增加时，电动机的转速n、定子电流和转子电流如何变化？为什么？答：电动机的转速将下降，定子电流将增大，转子电流也将增大。 这时负载转矩大于电磁转矩，故转速下降。 随后，为平衡负载转矩，转子电流增加，电磁转矩变大，转子又提速，转速在一个稍低于原来转速处恒速转动。 由于转子的电流是定子电流通过磁场耦合传递到转子的。故转子电流的增加，必然会带来定子电流的增加。4.异步电动机的定、转子之间并无电的直接联系，当负载增加时，为什么定子电流和输入功率会自动增加？答：当负载增加时，转子转速n下降，则转差率s上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势和感应电流相应增加，转子磁动势也增加，由磁动势平衡关系知，定子磁动势也要相应增加，则定子电流上升，即从电网输入的电功率增加。5.异步电动机等效电路中的附加电阻的物理意义是什么？能否用电抗或电容代替这个附加电阻？为什么？答：异步电动机等效电路中附加电阻为代表总机械功率的一个虚拟电阻、用转子电流在该电阻所消耗的功率来等效代替总机械功率（包括轴上输出的机械功率和机械损耗、附加损耗等）。因输出的机械功率和机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度来模拟的话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等效代替。6.一台异步电动机运行时的转差率为0.03，这种状态下通过空气气隙传递的电磁功率有百分之几转化为转子的铜损耗？有百分之几转化为机械损耗？答：，7. 一台三相四极Y联结的异步电动机，10、=380、=11.6，额定运行时，560，310，=270，=234，=200，试求额定运行时的；（1）额定转速；（2）空载转矩；（3）输出转矩；（4）电磁转矩。 答：(1) 额定转速 =10000+234+200+310 =10744（W） (2) 空载转矩(3) 输出转矩(4) 电磁转矩第三章 第三节 三相异步电动机的机械特性（P74）1. 三相异步电动机带额定负载运行时，如果负载转矩不变，当电源电压降低时，电动机的、和如何变化？为什么？答：从特性曲线可以看出，、和n下降。由公式可知，当下降时，主磁通减小。由公式可知，当负载转矩不变时，电磁转矩不变，下降引起减小，而不变，所以转子电流增大,根据磁动势平衡关系，可得定子电流也增大。2.漏抗大小对异步电动机的起动转矩、最大转矩及功率因数有何影响，为什么？答:当电源电压和频率一定时，最大转矩近似与漏抗成反比，漏抗越大，起动电流、起动转矩越小，功率因数越低。3.三相异步电动机的定子电压、转子电阻及定转子漏电抗对最大转矩、临界转差率及起动转矩有何影响？答：最大转矩和定子电压的平方成正比，和定转子漏电抗成反比，和转子电阻无关。临界转差率和定子电压无关，和定转子漏电抗成反比，和转子电阻成正比。起动转矩和定子电压成正比，和定转子漏电抗成反比，和转子电阻成正比（在一定范围内）。4.什么是三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性，画图并简要说明。答：三相异步电机的固有机械特性是指在额定电压和额定频率下，按规定的连接方式，定子转子电路不外接电阻或电抗时的机械特性。人为机械特性就是改变机械特性的某一参数后（改变电源参数或电动机参数）所得到的机械特性。图略。5.三相异步电动机拖动恒转矩负载运行在额定状态，。如果电压突然降低，那么，电动机机械特性以及转子电流如何变化？答：三相异步电动机在一定负载下运行，如果电源电压降低，电动机的电流下降，电磁转矩不变，转差率增大，转子转速下降。6.一台Y280M-4型三相异步电动机，其额定数据见表3-3所示，计算：（1）额定电流；(2)额定转差率；（3）额定负载转矩、最大转矩和起动转矩；（4）如果电源电压降为额定电压的80%，这台电动机的起动转矩和最大转矩各变为多少？表3-3功率转速电压效率功率因数90kW1480r/min380V93.3%0.887.01.92.2答：（1） (2) (3) (4) 7.一台三相异步电动机的额定数据为求（1）临界转差率； (2)求实用机械特性表达式；（3）电磁转矩为多大时电动机的转速为；（4）绘制出电动机的固有机械特性曲线。答：（1）(2) 机械特性实用表达式为： （3）当n=1300时的转差率为： 对应的电磁转矩为： （4）S=01范围内取不同的值代入机械特性实用表达式，算出对应的值，可画出机械特性曲线。（曲线略）第三章 第四节 三相异步电动机的起动、调速和制动（P84）1. 三相异步电动机全压直接起动时，起动电流大而起动转矩不大，这是为什么？答：从三相异步电动机的等效电路来看，起动瞬间n=0，S=1，附加电阻，相当于短路状态，起动电流,由于定转子绕组的漏阻抗Zk很小，故直接起动电流很大。从电磁转矩公式来看，虽然起动时很大（起动时，）但起动时转子功率因数角远大于正常运行时的功率因数角，即起动时的功率因数很低，加上起动时的约为额定时的一半，所以起动转矩并不大。2. 三相鼠笼式异步电动机的额定电压为380/220V，电网电压为380V时能否采用Y-起动？答：不可以。3. 额定电压为660V/380V、Y-接法的异步电动机，在660V电源和380V电源时，哪种可采用Y-起动？为什么？答：380V电源可采用Y-起动。4. 一台三相鼠笼式异步电动机的数据为：40、=380、=2930r/min, =0.9, =0.85, =5.5, =1.2,定子绕组为 三角形连接。供电变压器允许起动电流为150A，能否在下列情况下用Y-降压起动？（1）负载转矩为0.25TN ；（2）负载转矩为0.5TN答：额定电流： 直接起动电流： 采用Y降压启动时， 起动电流： 起动转矩： 可见：（1）当时，可以起动。 （2）当时，不能起动。5. 绕线转子异步电动机起动时，转子串入适当的电阻使起动电流减小了，而起动转矩反而增大了，这是为什么？答：转子回路串接电阻后，使转子回路每相阻抗增大，所以起动电流减小，另外起动时转子回路串入电阻还有两个影响，一是起动时转子回路的功率因数增大，二是因转子回路阻抗变大使得起动时的，比不串电阻直接起动时要大，只要（可由等效电路得出此结论），也就是说瞬间的主磁通比不串电阻直接起动时要大。只要串入的电阻值适当，这两个影响起主要作用时，起动转矩就会增大。但是当转子串电阻过大时，减小起主要作用时，起动转矩反而会减小，这一点从转子串电阻人为机械特性上可以看出来。 6.三相绕线转子异步电动机转子串频敏变阻器起动时，其机械特性有什么特点？为什么？答：起动时转子接入频敏变阻器，电动机接通电源时开始起动。起动瞬间，转子频率较高，频敏变阻器内部的涡流损耗与频率平方成正比，反应铁损耗大小的等效电阻也较大，相当于转子回路串入一个较大的电阻，起到了限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，铁损耗逐渐减小，等效电阻也随之减小，使起动过程平稳。当起动过程结束后，利用接触器触点将频敏变阻器短接，从转子回路中摘除。绕线式异步电动机转子串联频敏变阻器的机械特性如图所示，如果参数选择适当，可以在起动过程中保持转矩近似不变，使起动过程平稳、快速。7. 三相绕线异步电动机转子串电阻和串频敏变阻器两种起动方法，有何异同？ 答：绕线型异步电动机转子串电阻和串频敏变阻器既可减小起动电流，又可增大起动转矩。转子绕组串电阻起动的绕线型异步电动机，当功率较大时，转子电流很大。若想在起动过程中有较大的起动转矩且保持起动平稳，则必须串联较多的电阻，这导致设备的结构复杂而且造价昂贵。如果采用频敏变阻器代替起动电阻，则可克服上述缺点。8. 异步电动机拖动恒转矩负载运行，采用降压调速方法，在低速下运行时会有什么问题？答：电压降低后导致转速下降，S增大，转子电流将因转子电动势的增大而增大，从而引起定子电流增大，导致电动机过载。长期欠压过载运行，必然使电动机过热，电动机的使用寿命缩短。另外电压下降过多，可能出现最大转矩 小于负载转矩，这时电动机将停转。9. 如何从转差率的数值来区别异步电动机的各种运行状态？P2运行状态电磁制动电动机发电机n范围范围性质制动转矩驱动转矩制动转矩性质反电动势反电动势电源电动势能量转换关系P1-输入电功率P2-输出机械功率（P1 +P2）转化为电机内部损耗P1-输入电功率P2-输出机械功率P1-输入机械功率P2-输出电功率11