电机学第10章三相异步电动机的基本性能思考题与习题参考答案

1 第10章三相异步电动机的基本性能思考题与习题参考答案 10.1 异步电动机的性能指标有哪些？它们代表的物理意义是什么？ 答：异步电动机的性能指标主要有五项，分别是：额定效率N，额定功率因数Ncos，最大转矩倍数NTTmax，起动转矩倍数NstTT和起动电流倍数NstII。其中，N和Ncos是反映电动机出力能力的指标，称为力能指标；NTTmax是反映电动机短时间承受过负载能力的指标，称为过载能力；NstTT

和NstII是反映电动机起动性能的指标。 10.2 什么是三相异步电动机的Y-△降压起动? 它与直接起动相比，起动转矩和起动电流有何变化? 答：为了降低三相异步电动机的起动电流，对于定子绕组为Δ形联结电动机，起动时先将定子绕组接成Y形，实现降压起动，当起动完毕后，再将定子绕组恢复成Δ形联结进入正常运行。Y-△降压起动

时，绕组电压降低31倍，起动电流和起动转矩降均低为直接起动时的31。 10.3 三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩与直接起动时相比有何变化?

答：采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低为直接起动时的21ak倍（ak为自耦变压器的变比）。 10.4 在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，既可提高起动转矩，又能减少起动电流，这是什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？ 答：从等效电路来看，起动时，转子回路串入电阻，转子电流将减小，根据磁动势平衡关系，此时的定子电流也将减小。虽然转子电流减小了，但是因为转子电阻的增大，转子回路功率因数将提高，由

220TcosICTem

可知，当所串电阻值适当时，转子电流有功分量22cosI是增大的，所以起动转矩

会增大。必须指出，串入的电阻值不能过大，否则转子电流太小，使22cosI减小，导致起动转矩反而减小。转子回路串电感，可以降低起动电流，但同时转子的功率因数也降低，使22cosI减小，导致起动转矩减小；串电容时可分两种情况：1）当2X-CX=0或|2X-CX|<2X时，起动电流增大，起动转矩也增大；2）|2X-CX|>2X，起动电流减小，起动转矩也减小。 10.5三相异步电动机进行变频调速时，应按什么规律来控制定子电压?为什么? 2

答：在变频调速时，为了保持电机良好的运行性能，总希望维持主磁通0不变，因此需要11fU保持不变，即电压与频率成正比变化。这也称为电压频率协调控制。 10.6 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速有哪些特点？ 答：转子回路串电阻调速不能实现连续调节（分级调速），调速范围较小，转子电阻铜损耗增大，电机效率降低。 10.7 什么是绕线转子电动机的串级调速？与绕线转子电动机转子串电阻调速相比，其优点是什么？ 答：绕线转子异步电动机的串级调速不是在转子回路中串入电阻，而是串入一个与转子感应电动势

sE2频率相同、相位相反的附加电动势adE，从而改变转子电流的大小，实现速度调节。与转子回路串电

阻调速相比，转差功率中只有一小部分被转子绕组电阻所消耗，而其余大部分被产生adE的装置回馈到了电网，所以即使电机在低速运行，效率也较高。 10.8 简述电磁转差离合器的工作原理和调速过程。 答：工作原理：电磁转差离合器本质上也是一台感应电动机，但结构简单，主要由电枢（由铸钢制成的圆筒）和磁极组成。磁极上的励磁线圈通入直流电流产生恒定的磁场，电枢由异步电动机拖动，电枢因切割直流励磁磁场而产生涡流，该涡流与励磁磁场相互作用产生电磁力，拖动磁极转子沿电枢旋转方向旋转，磁极转子的转速必小于电枢的转速（即拖动电枢的异步电动机的转速）。 调速过程：调节直流励磁电流的大小，可以平滑地调节机械负载的转速。在负载不变时，增大励磁电流，磁场增强，涡流增大，电磁转矩增大，磁极转子转速（既机械负载转速）上升，与之相伴，磁场与电枢相对速度减小，涡流开始减小，电磁转矩也减小，当转速升高到某一值时，电磁转矩减小（恢复）到又与负载转矩平衡，电机便在这个高转速下稳定运行。因此，增大励磁电流，负载转速上升，反之，减小励磁电流，负载转速下降。 10.9 如果电网电压不对称程度严重，三相异步电动机在额定负载下能否长时间运行？为什么？ 答：如果电源电压不对称程度严重，三相异步电动机不能在额定负载下长期运行。因为这时负序电压较大，负序磁场强，制动性质的负序电磁转矩大，电机转速低，正序电流大，再加上较大的负序电流，造成电机发热，长时间运行将烧毁电机。 10.10 三相异步电动机起动时，如果电源或绕组一相断线，电动机能否起动？如果运行中电源或绕组一相断线，能否继续旋转？为什么？ 答：对于Y形联结的电动机，一相电源断线或一相绕组断线情况是相同的，这时电机气隙中产生一个脉动磁场，因此电机不能起动。但运行中发生一相断线，电机仍能能继续旋转，这时相当于单相电动 3

机运行，但此时电流会增大，电机发热，长时间运行会烧毁电机。 对于Δ形联结的电动机，如果一相电源断线，这时电机气隙中产生一个脉动磁场，因此电机不能起动。但运行中发生这种断线，能继续旋转，相当于单相电动机。如果一相绕组断线，电机变成两相绕组通两相电流，由于绕组在空间上有相位差、绕组电流在时间上有相位差，所以产生一个椭圆形旋转磁场，因此电机能起动，运行中发生这种断线，也能继续旋转。当然也将出现电机过热现象。 10.11 一台三相笼型异步电动机,kW,40NP,V380NU△联结，,r/min2930Nn9.0N，

Ncos

=0.85，起动电流倍数5.5Ik，起动转矩倍数2.1Tk，供电变压器允许起动电流为150A，能

否在下列情况下采用Y降压起动？（1）负载转矩为NT.250；（2）负载转矩为NT.50。

解： AUPINNNNN44.799.085.038031040cos33 NmnPTNNN4.1302930104055.955.93 AIkINIst9.43644.795.5

NNTstTTkT2.1 AAIIststY6.1459.4363131（小于150A）

NNststYTTTT4.02.13131 因此，负载转矩为NT25.0时，可以采用Y—Δ起动；负载转矩为NT5.0时，不可以采用Y—Δ起动。

10.12 一台三相笼型异步电动机的数据为：V380NU，△联结，IN=20 A，7Ik，4.1Tk，求：(1)采用Y-△降压起动时，起动电流为多少? 能否半载起动? (2)采用自耦变压器在半载下起动，起动电流为多少? 试选择自耦变压器的抽头比。 解：（1）AIkINIst140207 AIIststY67.461403131

NNTstTTkT4.1 NNNststYTTTTT5.0467.04.13131，所以不能半载起动。 4

（2）NNastastTTkTkT5.04.112267.18.2ak598.01ak 可以选择3QJ系列%60抽头，这时，AIkIstast4.5014060.0122 10.13 一台4极绕线式异步电动机，1f50Hz，转子每相电阻02.02R，额定负载时min/1480rnN，若负载转矩不变，要求把转速降到1100r/min，问应在转子每相串入多大的电阻？

解：额定负载时 min/1500250606011rpfn75115001480150011nnnsNN

降速运行时 15415001100150011nnns 因负载转矩不变，则有 sRRsRsN22 即 15402.075102.0sR 解得 38.0sR 10.14 有一台4极绕线式三相异步电动机，PN=155kW，1f50Hz，转子每相电阻R2=0.012Ω。已

知在额定负载下转子铜耗为2210W，机械损耗为2640W，附加损耗为310W，试求：(1)额定转速及电磁转矩；(2)若电磁转矩保持不变，而将转速降到1300r／min，应该在转子的每相绕组中串人多大电阻?此时转子铜耗是多少?

解：（1）min/1500250606011rpfn WppPPadmecNmec1579503102640101553 WpPPCumecem16016022101579502

0138.016016022102emCuPps min/3.14791500)0138.01()1(1rnsn NmnPPTememem6.1019150016016055.955.911 5

（2）降速后 15215001300150011nnns 因负载转矩不变，则有 sRRsRsN22 即 152012.00138.0012.0sR 解得 104.0sR 串电阻后 67.9012.0104.0012.022RRRs 串电阻后铜损耗为 WppCuCu7.21370221067.967.922

第10章 自测题参考答案 一、填空题 1. 额定效率和额定功率因数、起动转矩倍数和起动电流倍数；2. 最大转矩倍数、短时间承受过负载；3.31、31； 4. 21、21； 5. 降低、增大； 6. 改变方向、对调定子任意两相绕组的出线端； 7. 转子电动势频率、相反； 8. 0、正比； 9. （0.5～0.6）倍额定负载，额定负载； 10. 反转旋转、制动 二、选择题 1.① 2.③ 3.① 4.① 5.② 6.② 7.④ 8.① 9.③ 10.④ 三、简答题 1. 答:起动时，转子转速为0，定子磁场以同步转速1n切割转子，转子感应电动势及转子绕组电流都最大，根据磁动势平衡，定子电流（起动电流）也大。但起动时，转子频率高（为1f），转子漏抗大，因此转子功率因数低，转子电流有功分量小，而且起动时主磁通降低约一半，所以起动转矩却不大。 2. 答：通过改变定子绕组的接法，使定子每相的一半绕组中的电流方向发生改变，即可以实现变极调速。因为变极前后三相绕组的相序发生了变化，因此变极后只有对调定子两相绕组的出线端，才能保证电动机的转向不变。 3. 答：单相绕组通入单相电流产生脉动磁场，它可以分解成大小相等、转速相同、转向相反的两个旋转磁场。这两个旋转磁场分别对转子形成正向电磁转矩emT和反向电磁转矩emT，在起动时，