华南理工大学电机学第四章思考题

41 把一台三相感应电动机用原动机驱动,使其转速高于旋转磁场得转速,定子接到三相交流电源,试分析转子导条中感应电动势与电流得方向。这时电磁转矩得方向与性质就是怎样得？若把原动机去掉,电机得转速有何变化？为什么？

【答】感应电动机处于发电机状态,转子感应电动势、转子有功电流得方向如图所示,应用右手定则判断。站在转子上观察时,电磁转矩得方向与转子得转向相反,即电磁转矩属于制动性质得转矩。若把原动机去掉,即把与制动性质电磁转矩平衡得原动机得驱动转矩去掉,电动机将在电磁转矩得作用下减速,回到电动机状态。

42 有一台三相绕线型感应电动机,若将其定子三相短路,转子中通入频率为得三相交流电流,问气隙旋转磁场相对于转子与相对于空间得转速及转子得转向。

【答】假设转子中频率为得交流电流建立逆时针方向旋转得气隙旋转磁场,相对于转子得转速为;若转子不转,根据左手定则,定子将受到逆时针方向得电磁转矩,由牛顿第三定律可知,定子不转时,转子为顺时针旋转,设其转速为,则气隙旋转磁场相对于定子得转速为。

43三相感应电动机得转速变化时,转子所生磁动势在空间得转速就是否改变？为什么？【答】不变。因为转子所产生得磁动势相对于转子得转速为,而转子本身又以转速在旋转。因此,从定子侧观瞧时,在空间得转速应为,即无论转子得实际转速就是多少,转子磁动势与定子磁动势在空间得转速总就是等于同步转速,在空间保持相对静止。

44 频率归算时,用等效得静止转子去代替实际旋转得转子,这样做就是否影响定子边得电流、功率因数、输入功率与电机得电磁功率？为什么？

【答】频率归算前后,转子电流得幅值及其阻抗角都没有变化,转子磁动势幅值得相位也不变,即两种情况下转子反应相同,那么定子得所有物理量以及电磁功率亦都保持不变。

45三相感应电动机得定、转子电路其频率互不相同,在T形等效电路中为什么能把它们画在一起？

【答】主要原因就是进行了频率归算。即用一个静止得电阻为得等效转子先代替电阻为得实际旋转得转子,等效转子与实际转子具有同样得转子磁动势,经过频率归算后,就定子而言,旋转得实际转子与等效得静止转子其效果完全相同。所以,虽然两者得频率不相同,却可在T型等效电路中画在一起。

46感应电动机等效电路中得代表什么?能否不用电阻而用一个电抗去代替？为什么？

【答】就是代表与归算到定子边得转子所产生得机械功率相对应得等效电阻,从数量上瞧,等效代替了电机轴上得功率。转差率得大小代表电机得运行状态:电动机状态,,,,代表电动机轴上输出一个机械功率;发电机状态,,,,代表发电机上输入一个机械功率;电磁制动状态,,表示旋转磁场得转向与转子转向相反,电磁转矩方向与转子转向相反,同样表示,,电机轴上将产生一个制动作用得机械功率。它不能用一个电抗去代替。因为电动机输出得机械功率就是有功得,故只能用有功元件——电阻表示。

47 感应电动机轴上所带得负载增大时,定子电流就会增大,试说明其原因与物理过程。

【答】负载增大时,电机转速下降,转差率上升,转子绕组切割磁力线得速度增加,转子得感应电动势、感应电流相应增大,转子磁动势也增大,由磁动势平衡关系可知,定子磁动势也增大,所以定子电流就会增大。

48 为什么感应电动机得转子铜耗称为转差功率？

【答】因为电磁功率传送到转子后,在转子绕组中要消耗得铜耗,即转子铜耗与电磁功率与转差率成正比,故转子铜耗也称为转差功率。

49 为什么感应电动机得功率因数总就是滞后得,试说明其原因。

【答】感应电动机定、转子间得电磁关系犹如变压器,电子电流也由空载电流与负载分量电流两部分组成。

①维持气隙主磁通与漏磁通,需从电网吸收一定得滞后无功电流;

②负载分量电流取决于转子电路。

由等效电路可知,电动机轴上输出得机械功率(还包括机械损耗等)只能用转子电流流过虚拟得附加电阻所消耗得功率来代替,因为输出得机械功率就是有功得,故只能用有功元件——电阻来等效代替。再加上转子绕组得漏阻抗,故转子电流只可能就是滞后无功电流,则与转子平衡得定子负载分量也只能就是滞后得无功电流,因此异步电动机得功率因数总就是滞后得。410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。

【答】由于,又, 负载不变,则不变,降低,则导致升高,铜耗增大。所以当电压下降过多时,会使电机过热甚至烧损。分析此过程也可从曲线来考虑,↓→↓→↓,造成电机堵转或“爬行”,从而烧损。

如图所示,电源电压下降过多,曲线与负

载得机械特性将失去交点,即机组因而停

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。若曲线与负载得机

械特性仍有交点,那交点得横坐标即必然

很大。此时转子铜耗很大,故电机将严重过

热甚至烧毁。

411试说明笼型转子得极数与相数就是

如何确定得,端环得漏阻抗就是如何归并

到导条中去得。

【答】(1)笼型转子得极数取决于气隙磁场得极数,而本身并没有固定得极数。一个处于两极气隙磁场里得笼型转子由于旋转磁场先后切割处在不同位置得导条,在每根导条中将感生不同得电动势,由于导条与端环具有电阻与漏抗,所以导条电流要滞后导条电动势一个阻抗角,导条电流所产生得转子磁动势得基波幅值在电流分布在轴线上。由于导条内得电流分布取决于气隙主磁场得极数,故笼型转子得极数与产生它得定子磁场得极数恒相一致,且定、转子磁动势波始终保持相互静止。

(2)设气隙磁场为正弦分布,则导条中得感应磁动势也随时间正弦变化;相邻导条得电动势相量之间将互差角,则,式中为转子槽数(即转子得导条数)。若为整数,则一对极下所有导条得电动势相量将构成一个均匀分布得电动势星形图,即笼型绕组就是一个幅值相等、相位相差角得多相对称绕组,其中每对极下得每一根导条就构成一相,所以笼型转子得相数为。若为分数,可认为在对极内总共有相,此时。

(3)由于每段端环同时与相邻两根导条连接,导条与端环内得电流互不相等,端环漏阻抗很难分清属于哪一相。因此要确定每相得阻抗,需要进行电路得等效变换,把端环得多边形阻抗化成等效得星形阻抗,然后才能将它归并到导条阻抗中去。

412 一台感应电动机得性能可以从哪些方面与用哪些指标来衡量？

【答】感应电动机得特性可分为运行与起动两方面,运行方面得指标有:额定效率、额定功率因数、最大转矩倍数。起动方面得指标有:起动电流倍数、起动转矩倍数。

413 增大感应电机转子得电阻或漏抗对起动电流、起动转矩、最大转矩、额定转速、额定效率有何影响？

【答】增加感应电机转子得电阻,起动电流减小,由于临界转差率增加,同时起动转矩增大,但最大转矩不变,而转差率为,转子铜耗与转子电流得平方成正比增大,电磁功率则近似与转子电流得一次方成正比增大,增加转子电阻使转子电流增大,即转差率也增大,转速略微减小,额定效率,定、转子电流增大,铜耗增大,则额定效率降低,转子边有功分量增加,则额定功率因数增加;增加转子漏抗,起动电流、起动转矩、最大转矩都减小,额定转速减小,额定效率不变,额定功率因

数降低。

414 试述转子电阻、电源电压对感应电动机曲线得影响。

【答】感应电动机得电磁转矩,而最大转矩,对应得临界转差率,由此可知,最大转矩得大小与转子电阻得数值无关,但增大转子电阻,临界转差率增大,即曲线得最大值往左偏移;临界转差率得大小与电源电压得大小无关,但增大电源电压,曲线上移。

415 三相感应电动机得参数如何测定？如何利用参数算出电动机得主要性能数据？

【答】(1)利用空载试验:计算出…(1),式中,,其中…(2),…(3), …(4),为了求出,我们进行堵转试验,根据堵转试验,我们求出堵转时得阻抗,即短路阻抗、电阻与电抗,其中,,,由此可算出:…

(5),若假定,则有,

(式中)… (6),再将(6)代入(4)中即可求出。

(2)算出以上参数,在给定转差率得情况下,根据T型等效电路即可算出定、转子电流与励磁电流。定、转子电流求出后即可算出定、转子铜耗,电磁功率,转子得机械功率,电磁转矩与输入功率。若已知机械损耗与杂耗,可进一步算出输出功率与电动机得效率。

416 有一台50Hz、380V得三相感应电动机,若运行在60Hz、380V得电源上,问电动机得最大转矩、起动转矩与起动电流有何变化？

【答】电机得漏抗,即漏抗变为原来得倍,由于电源电压不变,使最大转矩、起动转矩与起动电流都减小。

417 为什么绕线型感应电动机得转子中串入起动电阻后,起动电流减少而起动转矩反而增大？若串入起动电抗,就是否会有同样效果？

【答】根据起动电流,当串入起动电阻即增大后,起动电流减小;根据曲线与起动转矩,当串入起动电阻后,因为,而起动时比较大,所以在一定范围内增大。若串入起动电抗,根据以上两式,与都减小。

418 深槽与双笼感应电动机为什么具有较好得起动性能？

【答】采用深槽与双笼型得特殊转子结构,起动时有明显得集肤效应,使得转子电阻增大、电抗减小,以改善起动性能,而正常运行时集肤效应减弱,使转子电阻恢复到固有直流电阻。(1)深槽感应电动机:起动时,转子电流频率较高,集肤效应较强,类似于转子串入较大得起动电阻,将产生较大得起动转矩,并限制了起动电流过大,从而提高电机得起动性能;当电机转入正常转速运行时,转子频率变得很低(仅),集肤效应基本消失,于就是导条内得电流密度接近于均匀分布,电动机得工作特性接近于一般得笼型转子电机。

(2)双笼感应电动机:上笼通常用黄铜或铝、青铜等电阻率较高得材料制成,且导条截面积较小,电阻较大;下笼用电阻率较低得紫铜制成,且导条截面积较大,电阻较小。起动时,转子频率较高,转子得漏阻抗中漏抗起主要作用,因此上、下导条中电流分配主要取决于其漏抗。由于下笼漏抗很大,故电流很小,电流多挤集于上笼,类似于深槽电机中得集肤效应;然而上笼得电阻较大,可产生较大得起动转矩,从而提高电机得起动性能。当电机转入正常运转运行时,转子频率很低,转子得漏阻抗中电阻起主要作用,而下笼电阻较小、电流很大,起主要作用,则其工作特性接近于一般得笼型转子电机。

419 试述双速感应电动机得变极原理。

【答】

420 试分析绕线型感应电动机得转子中串入调速电阻时,电机内部所发生得物理过程。若负载为恒转矩负载,问调速前、后转子电流就是否改变？为什么？

【答】在绕线型感应电动机得转子中串入调速电阻时,因为转子电流,所以转子电流减小,而,工作时比较小,所以串入调速电阻后电磁转矩变小。当负载为恒转矩负载时,串入调速电阻,,转子转速下降,转差增大,即转子切割旋转磁场得速度增大,转子上得感应电动势增大。电磁转矩,在恒转矩负载调速时不变,即转子电流得有功分量不变,同时,转子得电抗不变,故转子电流增大,定子电流也增大。

421 怎样改变单相电容电动机得转向？单相罩极电动机得转向能否改变,为什么？

【答】感应电动机得转向取决于旋转磁场得转向。单向电容电动机就是将电容器接入一相绕组,该相绕组得电流超前于未接入相绕组得电流一个相位角,气隙中就会形成一个旋转磁场,其方向为超前电流相转向滞后得电流相,需要正反转得单向电容电动机一般两相绕组就是对称得,这样得电容器接入不同相,电动机就会有不同得转向。但单向罩极电动机得转向不能改变,因为罩极电动机就是利用短路环得作用,产生椭圆形旋转磁场,旋转方向从未罩极部分转向罩极部分,因此对于已造好得罩极电动机,无法改变其旋转方向。

422 单相电容电动机得旋转磁动势起动时就是圆形得,如果不改变电容,运行时旋转磁动势还就是圆形得吗？

【答】若单相电容电动机要获得良好得起动性能,则起动时其电容值要比正常工作时得电容值大得多,如果电动机在起动后不改变电容,即电容值偏大,产生在时间上可超前于正常工作时工作绕组电流一定得相角,从而存在反向旋转磁动势,形成椭圆形旋转磁动势,不仅使合成电磁转矩减小,降低电动机得功率因数、效率与过载能力,而且会造成电机过热,产生振动与噪声。