异步机 习题课

发电状态：n>ns
4-1题 续1
发电状态时n>ns。站在 转子上观察时Te的 方向是ns方向的反 方向。此时Te是制 动性质。
发电状态：n>ns
4-1题 续2 电动状态时n<ns。站在 转子上观察时Te的 方向是ns的方向。 此时Te是驱动性质。
电动状态：n<ns
4-1题 续3 归纳：Te的方向就是站在转子上观 察时定子旋转磁场的方向。 电动状态时是这样，见上页； 发电状态时也是这样，见上上页。
4-23 试写出感应电机电磁转矩的三种表达 形式：（1）用电磁功率表达；（2）用总 机械功率表达；（3）用主磁通、转子电流 和转子的内功率因数表达。 解答：(1) Ωs式；(2) U1平方式；(3) I2a式。
关于计算题： 电子版答案中，有答案者请选 做2道。
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The End
4-21 怎样改变单相电容电动机的转向？ 单相罩极电动机的转向能否改变？为 什么？ 解答：把电容器从起动绕组改接到工作绕组即 可改变单相电容电动机的转向。 单相罩极电动机的转向不能改变。罩极电动机 的转向是从未罩部分移向被罩部分。而罩极 电动机一旦造好，我们无法改变短路环的位 置，即无法改变其被罩部分。 顺便指出，短路环的磁通相量ΦK落后被罩部分 的合成磁通相量Φ’’以90°+ΨK与异步机中转 子磁势相量F2落后气隙合成磁势相量Fm以 90°+Ψ2有异曲同工之妙。望三思之。
4-20 续3：恒转矩负载时调速前、后 转子电流如何变化？为什么？ 解答：由于是恒转矩，故调速前、后 转子电流的有功分量不变。即： ∵ΔnA<ΔnC ∴E2sA< E2sC∴I2A < I2C 可见，调速后转子电流 变大。 同时,cosΨ2A> cosΨ2C, 转子功率因数变小。 因为X2σs随s变大。
4-14 试述转子电阻、电源电压对感应 电动机Te-s曲线的影响。
解答： R2对Te-s曲线的影响： R2的大小不影响Tmax 的大小，但影响发生Tmax的转差率sm。sm 与R2成正比。参见课本第163上部。 U1对Te-s曲线的影响： Te与U1的平方成正比。
4-15 三相感应电动机的参数如何测定？ 如何利用参数算出电动机的主要性能 数据？ 解答：
3 绕型机的起动原理
起动时，转子中串入起动电阻Rst， 不仅使Ist减小，而且使cosψ2增 大，从而使Tst增大。
课本第149页有：
4-18 深槽和双笼感应电动机为什么具 有较好的起动性能？ 解答：集肤效应与两个因素有关：1）频率；2） 槽高槽宽比。深槽的槽高槽宽比大，集肤 效应较显著，从而起动时转子电阻较大； 双笼利用电阻率较大的材料做上笼导条， 进一步提高了转子起动电阻。 总之，深槽和双笼异步电动机利用集肤效应提 高了起动时的转子电阻，故具有较好的起 动性能。
4-1题 续4 若把原动机去掉，电机的转速将下 降。 原因：Te为制动性质。去掉原动机 的驱动转矩后，电动机将在Te 的作用下减速，回到电动状态。
4-2有一台三相绕线型感 应电动机，将定子三相短 路，转子中通入频率为f1 的三相交流电流。试问气 隙旋转磁场相对于转子和 相对于定子的转速及转子 的转向。 解答：设转子中通入频率为
思考题：4-1~4-21（4.5、4-19两题除外）共 19题 练习题：4-23
4-1把一台三相感应电动 机用原动机驱动，使其转 速n高于旋转磁场的转速 ns，定子接到三相交流电 源。试分析转子导条中感 应电势和电流的方向。这 时电磁转矩的方向和性质 是怎样的？若把原动机去 掉，电机的转速有何变化， 为什么？ 解答：转子电势、转子有 功电流方向如图所示。 应用右手定则判断。
4-10 感应电动机驱动额定负载运行时， 若电源电压下降过多，往往会使电机 严重过热甚至烧毁。试说明其原因。 解答：如图所示。电源电压 下降过多，Te-s曲线与 负载的机械特性将失去 交点，即机组将因Te<TL 而停转。而此时电源电 压仍然加在电机上。电 机处于堵转状态，也就 是短路状态。虽然电源 电压较低，但短路电流 仍然很大。故电机将严 重过热甚至烧毁。
4-8为什么感应电动机的转子铜耗称为 转差功率？ 解答：因为转子铜耗与电磁功率之间有如下关 系：pcu2=sPe。它表明当电磁功率一定时， 转子铜耗与转差率成比例。故转子铜耗又 称为转差功率。
4-9 为什么异步电动机的功率因数总 是滞后的? 解答： 从T形电路可见，异步电动机的等效电路元件， 除了电阻就是电抗（电感）。对电网而言， 异步电动机最终等效为一个R-L电路。故其 功因总是滞后的。 从物理本质来说，无论空载、负载，异步电动 机都从电网吸纳感性电流来建立磁场（主 磁场、漏磁场）。故其功因总是滞后的。
3 绕型机的起动原理
4-20： 续1
起动时，转子中串入起动电阻Rst， 不仅使Ist减小，而且使cosψ2增 大，从而使Tst增大。
课本第149页有：
4-20 续2： 内部物理过程分析
解答：前已论证，转子 串电阻后转速不变 时， Te下降。 Te↓→TL> Te→n↓ →Δn↑→E2↑ → I2↑→Te↑ →Te =TL → 新n下（C点）运行。
4-7感应电动机轴上所带负载增大时， 定子电流就会增大。试说明其物理过 程。 解答：轴上负载增大，理解为负载转矩TL增大。 TL增大→ TL> Te→n下降→Δn增大→E2增大 →I2增大 → Te增大→ TL= Te→新n下运行。 另一方面， I2增大 → F2增大→ F1增大→I1增大。 F2与 F1基本反相（参加课本第150页），起去 磁作用。 F2增大后，要保持气隙磁势Fm基 本不变， F1必然增大。
4-4频率归算时，用等效的静止转子去 代替实际的旋转转子。这样做是否会 影响定子边的电流、功率因数、输入 功率和电机的电磁功率？为什么？ 解答：不会。理由如下： 等效静止转子所生磁势与实际转子所生磁势同 幅、同相、同转速。（参见课本第152页） 而转子是通过转子磁势F2与定子相互作用的。 既然F2没变，故定子的量：电流、功因、功率 以及从定子传到转子的量------电磁功率都 不会受到影响。
不要求。
4-16 有一台50Hz，380V的三相感应 电动机，运行在60Hz、380V的电源 上。问电动机的最大转矩、起动转矩 和起动电流的有何变化？ 解答： 最大转矩降低（Ωs增大了，Ωs=2πf1/p）、 起动转矩降低（Ωs增大了，Ωs=2πf1/p）、 起动电流降低（因为漏抗增大了）。 参见课本第163页。
f1的三相电流后所生磁场 逆时针旋转。据右手定则、 左手定则、牛三定律分析 如右图。加黑框的转速表 示内定外转时的情况。接 下页------
反装电动机：
4-2 续：试问 1）气隙磁场相对于转子 的转速 2）气隙磁场相对于定子 的转速 3）转子的转向
据上页分析知： 1）气隙磁场相对于转子的转 速为ns，逆时针方向。 2）气隙磁场相对于定子的转 速为ns-n，顺时针方向。 3）转子的转向：顺时针方向。
4-17 为什么绕线型感应电动机的转子 串入起动电阻后，起动电流减小而起 动转矩反而增大？若串入起动电抗， 是否会有同样效果？
解答：转子串入Rst后，z2σs增大，故I2st减小。从而Ist 减小。而Tst取决于转子电流有功分量I2a（参见下 页ppt），其变化规律论证如下。 起动时f2大，X2σs大于R2，故导数为正。即I2a随R2变 大而变大。从而Tst变大。参见下页ppt。
4-12 一台感应电动机的性能可以从哪 些方面和用哪些指标来衡量？ 解答：从运行、起动两方面来衡量。 运行方面的指标：效率、功因、过载能力（即 最大转矩倍数）； 起动方面的指标：起动电流倍数、起动转矩倍 数。 合称-----效、功、最、起、起
4-13 增大感应电机的转子电阻或转子 漏抗对起动电流、起动转矩、最大转 矩、额定转速、额定效率有何影响。 解答： R2增大→Ist减小、Tst增大、Tmax不变、nN减 小、ηN减小。 X2增大→Ist减小、Tst减小、Tmax减小、nN减 小、ηN不变。
4-10 续 解答：如图所示。如果Te-s 曲线与负载的机械特性 仍有交点，那交点的横 坐标即sC必然很大。此时 转子铜耗pcu2=sCPe很大。 故电机将严重过热甚至 烧毁。
4-11笼型转子的极数和相数是如何确 定的？端环的漏阻抗是如何归并到导 条中去的？ 解答：笼型转子的极数自动等于定子的极数。 笼型转子的相数根据Q2/p确定。若Q2/p为 整数，则既可以认为转子的相数为Q2/p， 又可以认为转子的相数为Q2；若Q2/p不为 整数，则只能认为转子的相数为Q2。 端环的漏阻抗是如何归并到导条中去的？------------------------------不要求。
4-5 三相感应电动机定、转子的频率 互不相同。在T型电路中为什么能把 他们画在一起？ 解答：通过频率折算，转子频率已经与定子频 率一致。 或者说，T型电路中出现的转子是一个假转子。 假转子的频率与定子的一致。
4-6感应电动机T型电路的R2’(1-s)/s 代表什么? 能否不用电阻而用一个电 抗去代替，为什么？ 解答：R2’(1-s)/s 代表轴上的总机械功率。 不能不用电阻。因为被代表的是总机械功率， 属于有功功率。只有电阻上的功率才是有 功功率。故只能用电阻来代表，而不能用 电抗。
反装电动机：续
4-3三相感应电动机的转 速变化时，转子所生磁动 势在空间的转速是否改变， 为什么？ 解答：不会改变。理由如下： 转子所生磁势F2相对于转子的速度记为Δn； 转子本体的速度记为n；F2的绝对速度记为n2。 则n2= Δn+n = 60f2/p + n =s（60f1/p）+ n =sns+n =ns-n+n =ns。可见， n2≡ns，与n无关。证毕。
4-19 试述双速4-20 试分析绕线型感应电动机的转子中串 入调速电阻时，电机内部所发生的物理过 程。若负载为恒转矩负载，问调速前、后 转子电流如何变化？为什么？ 解答：转子串电阻后， z2σs增大，I2reg减小。而Te如何 变化取决于转子电流有功分量I2a（参见下页ppt）， 其变化规律论证如下。 运行时f2小，X2σs小于R2，故导数为负。即I2a随R2变大 而变小。从而Te变小。