课后习题答案(项目3)

思考与练习答案

3.1简述三相异步电动机的基本结构及主要部件的作用。

答：主要由定子和转子组成。定子用来产生旋转磁场，转子产生感应电流，形成产生电磁转矩输出。

3.2试述旋转磁场的产生条件，及三相异步电动机的转动原理。

答：旋转磁场产生的条件是三相对称绕组在空间相差120度，通入三相对称电流。 （1）电生磁：定子三相绕组通以三相正弦交流电流产生一个以同步速n 1、转向与相序一致（顺时针方向）的旋转磁场。假定此瞬间旋转磁场极性由上到下

（2）磁生电：由电磁感应理论知，静止的转子绕组切割定子旋转磁场而感应电动势，其方向由”右手定则”确定，

(3) 电磁力（矩）：转子载（有功）电流导体在定子旋转磁场作用下受到电磁力的作用，其方向由”左手电动机”定则确定（转子上面三个导体受力方向向右，下面三个导体受力方向向左），这些力对转轴形成电磁转矩（顺时针方向）T em ，它与旋转磁场方向相同（即与相序一致），于是在该转矩驱动下，转子沿着转矩方向旋转，从而实现了能量转换。

3.3为什么异步电动机的转速一定小于同步转速？

答：若二者转速相等，则转子不再切割磁力线，即不会产生感应电流和电磁转矩。 3.4试简述三相异步电动机的工作原理。

3.5何谓异步电动机的转差率？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态。 答：异步电机转差率s 是指旋转磁场转速n 1与转子转速 n 之间的转速差（n 1-n ）与旋

转磁场转速n 1的比率，即

11n n n s -=

。

当n< n 1时，转差率为正（s>0），n> n 1时转差率为负（s<0）； 当n 1>n>0时，转差率s<1；当0>n>∞时，转差率s>1;

当+∞>s>1 时为电磁制动运行状态，当1>s>0时为电动机运行状态，当0>s>-∞时为发电机运行状态。

3.6一台三相笼型异步电动机的铭牌上表明：定子绕组接法为Y/Δ，额定电压为380/220V ，则当三相交流电源为380V 时,能否进行Y/Δ降压启动？为什么？

答：不能。根据铭牌得知电机定子绕组的额定相电压为220V,当电源为380V 时，如果采用Y/Δ降压启动，则电机启动后定子绕组的每相电压为380V,大于额定电压，所以不能正

常运行。

3.7一台三相异步电动机的额定电压为380V ，频率为50Z H ，转速为940r/min ，求电动机的极数、转差率和转子电流频率。

答：磁极对数 p=3，同步转速1000r/min ，

06.01000

940

100011=-=-=

n n n s Hz f s f 306.05012=?=?=

3．8一台四极三相异步电动机，其额定功率P N =5kW ，额定转差率S N =0．03，启动系数λm=2.5，电源频率f=50Z H ，求该电动机的额定转矩和启动转矩。

解：由03.01500

150011=-=-=

N

N N n n n n s 得额定转速1470 r/min

m N m N n P T N N ?=??==

48.321470

59550 m N T T N m ST ?=?=?=2.8148.325.2λ

3.9一台三角形连接、型号为Y132M-4的三相异步电动机，kW p N 75=，min /975r n N =，V U N 3000=,A I N 5.18=,求：（1）电动机的极数；（2）额定负载下的转差率s ；（3）额定负载下的效率η。

解：

3.10一台三相异步电动机，kW p N 5.4=，Y/Δ接线，380/220伏，8.0=N COS ?，8.0=N η, min /1450r n N =。试求： 接成Y 形或Δ形时的定子额定电流；同步转速1n 及定子磁极对数P ；带额定负载时转差率N s 。

解：Y 接时： U N =380V

A

U P I N

N N N

N 68.108

.08.03803105.4cos 33=????=

=

η?

△ 接时： U N =220V

A

U P I N

N N N

N 45.188

.08.02203105.4cos 33=????=

=

η?

p f

n n N 601=

=

磁极对数

07.2145050

6060=?==

N n f p 取p=2

同步转速

min /150025060601r p f n =?==

额定转差率

0333.015001450

150011=-=-=

n n n s N

3.11一台八极异步电动机，电源频率f=50赫，额定转差率0

4.0=N s ，试求： 额定转速N n ；在额定工作时，将电源相序改变，求反接瞬时的转差率。

解： (1) 同步转速

min /750450

60601r p f n =?==

额定转速 min /720750)04.01()1(1r n s n N =?-=-=

(2) 反接转差率 19.1750720

75011=---=---=

n n n s

3.12 一台三相四极异步电动机，额定功率kW p N 10=，V U N 380=，HZ f 501=，定子绕组为Y 接法，额定运行时额定负载时，W p cu 5571=,W p cu 3142=,W p Fe 276=，W p n 77=，W p s 200=，求：（1）额定转速；（2）空载转矩；（3）电磁转矩；（4）电动机轴上的输出转矩 。

解：

额定转差率N S 为

min /1500min /2

50

606011r r p f n =?==

027.01500

1460

150011=-=-=

n n n s N N 转子频率2f 为

W W p p P P s n m 1027720077100002=++=++=

W W s P P N m M 10562027

.0110277

1=-=-=

W W P s p M N Cu 174.28510562027.02=?==

定子电流1I 为

W W P P P 11424)200

77276314557(1000021=+++++=∑+= A A U P I 7.218

.0380311424cos 31

111=??=

=

?

转矩2T 、0T 和T 为

m N m N n P T ?=??==

41.651460

10

955022 m N m N n P T m ?=??==

31.91460

424.195500 m N m N T T T ?=?+=+=72.7431.941.6502

3.13 异步电动机的电磁转矩与哪些因数有关，哪些是运行因素，哪些是结构因素？ 答： 电磁转矩参数表达式

?

?????+++=

2'212'211'

22

1

1)()(2x x s r r f s r pU

m T em

π

电磁转矩T em 与①电源参数：电源电压U 1频率f 1，②电机本身参数：相数m 1、极对数p 、定、转子漏阻抗r 1、r 2’、x 1、x 2’； ③运行参数：转差率s 有关。

其中U 1、f 1及s 是运行因素，m 1、p 、r 1、r 2’、x 1、x 2’为结构因素。

3.14什么是三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性？

答：三相异步电动机的机械特性是指电动机电磁转矩T em 与转速n 之间的关系，即n = f (T em )。三相异步电动机的固有机械特性是指定子在额定电压、额定频率下、按规定的接线方式接线，定子、转子回路不外接电阻或电感时，所获得的机械特性曲线。

人为改变电动机的某个参数后所得到的机械特性，称为人为机械特性，如改变U 1、f 1、p ，改变定子、转子回路的电阻或电抗等。

3.15为什么三相异步电动机全压启动时启动电流可达到额定电流的4～7倍，而启动转矩仅为额定转矩的0.8～1.2倍？

答：电动机接通三相电源后开始启动，转速逐渐增高，一直达到稳定转速为止，这一过

程称为启动过程。电动机刚启动时，转子转速为零，旋转磁场以最大的相对转速切割转子绕

组。此时转子的感应电动势和电流最大，根据磁通势平衡关系0

'21I I I =+，定子绕组电流也必然增大，达到额定电流的4～7倍。

同时根据机械特性物理表达式221cos ?I C T T 'Φ=得知，启动时的s=1，远大于正常运行时的s = 0.01～0.05 ，转子感抗很大，转子电路的功率因数角?2很大，cos ?2≈0.3很低，

因此，启动时虽然2

I '大，但其有功分量22cos ?I '并不大，所以启动转矩小。

3.16三相笼型异步电动机在何种情况下可以全压启动？绕线转子异步电动机是否可以进行全压启动？为什么？

答：从电动机容量的角度讲，通常认为满足下列条件之一的即可直接启动，否则应采用降压启动的方法。

① 容量在10kW 以下 ② 符合下列经验公式

）

电动机额定功率（）

供电变压器容量（KW A KV 43?+

≤N st I I

3.17绕线转子异步电动机串适当的启动电阻后，为什么既能减小启动电流，又能增大启动转矩？如把电阻改为电抗，其结果又怎样？

答：启动时，绕线转子异步电动机每相转子回路串入启动电阻，如图3.75所示，根据

式[]

2

'212'211'

22

1)

()(23x x r r f r pU T st +++=π得：启动转矩Tst 与r 2’成正比，在一定范围内增大转子电阻r 2’，Tst 增大。这样既可以限制启动电流，又可以提高启动转矩，比普通笼型电动机的启动性能优越得多。

3.18简述异步电动机主要的调速方法。为什么变极调速时需要同时改变电源相序？ 答：变极调速，变频调速，变转差率调速。因为变极后产生的旋转磁场方向改变，所以要改变电源相序，否则电机转向和原来相反。

3.19简述异步电动机主要的制动方法。 答：能耗制动，反接制动，回馈制动。

3.20普通鼠笼异步电动机在额定电压下启动，为什么启动电流很大，而启动转矩却不大？（去掉）

3.22接触器主触头和线圈在使用中产生过热的原因分别是什么？

触头过热主要原因有：接触压力不足、触点表面氧化、触点容量不够等， 造成触头表面接触电阻过大，使触头发热

线圈过热由于流过线圈的电流过大而造成。主要原因有：线圈匝间短路、衔铁闭合后有间隙、 操作频繁、 外加电压过高或过低等。

3.23热继电器和熔断器在电路中功能有何不同？能否互相代替？

答:热继电器在电路中起过载保护，熔断器在电路中起短路保护。不能互相代替。 3.24简述双金属片式热继电器的工作原理。 答：略。

3.25什么是失压保护和欠压保护？那些元件可以实现失压保护和欠压保护？

答:欠压保护是指当电动机电源电压降低到一定值时，能自动切断电动机电源的保护；失压（或零压）保护是指运行中的电动机电源断电而停转，而一旦恢复供电时，电动机不至于在无人监视的情况下自行启动的保护。接触器具有上述保护功能。

3.26画出单向旋转的三相笼形电动机的主电路与控制电路。

3.27什么叫自锁电路和互锁电路？

答：自锁：利用接触器自身的常开触点并联与启动按钮旁，使得线圈得电。

互锁：在KM1、KM2线圈控制电路中，分别串入对方的常闭触点，使得KM1、KM2只能有一个线圈得电，从而防止因误操作使KM1、KM2线圈同时得电，使电源出现短路现象。这种相互制约的关系称为互锁。

FR

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