電機與拖動基礎(chǔ)習題解答第三章

1、武漢紡織大學 第三章3 . 1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)主要是哪幾部分?它們分別起什么作用?答: 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)分定子和轉(zhuǎn)子兩部分,定、轉(zhuǎn)子之間有空氣隙。定子是由定子鐵心、定子繞組和機座三個部分組成。定子鐵心是磁路的一部分, 同時用來嵌放定子繞組; 定子繞組通電時能產(chǎn)生磁場; 機座用來固定與支撐定子鐵心。轉(zhuǎn)子部分有轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心也是磁路的一部分, 同時用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組; 轉(zhuǎn)子繞組的作用是產(chǎn)生感應電動勢、流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 3 . 2 異步電動機的基本工作原理是什么?為什么異步電動機在電動運行狀態(tài)時,其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速? 答: 異步電動機是應用通電導體在磁場中產(chǎn)生

2、電磁力的原理而工作的。電動機在工作時定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間要有相對切割運動,否則在轉(zhuǎn)子繞組中不能產(chǎn)生感應電動勢, 不能產(chǎn)生電流,也就沒有電磁轉(zhuǎn)矩,所以在電動運行狀態(tài)時,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能等于同步轉(zhuǎn)速,只能低于同步轉(zhuǎn)速。 3 . 3 什么叫轉(zhuǎn)差率?三相異步電動機的額定轉(zhuǎn)差率為多少?為什么轉(zhuǎn)差率是異步電動機最重要的一個技術(shù)參數(shù)? 答: 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差(- n)稱為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差(- n)與同步轉(zhuǎn)速之比,稱為轉(zhuǎn)差率,用s表示,即s= 額定轉(zhuǎn)差率很小,約為0.0150.05。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=( 1 - s),用轉(zhuǎn)差率s能表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速, 轉(zhuǎn)子的感應電動勢也與轉(zhuǎn)差率相關(guān),所以轉(zhuǎn)差率是最重要的一

3、個技術(shù)參數(shù)。 3 . 4 已知一臺三相異步電動機的額定功率=10 kW ,額定電壓 =380 V ,額定功率因數(shù)cos=0 . 75 ,額定效率=86 %,問其額定電流為多少? 解: 由 =cos× kW 則有=23.6A 3 .5 一臺異步電動機定子繞組有6根引出線,其銘牌上標明“電壓380 /220 V ,接法Y/”。如果三相電源電壓是380 V ,定子繞組應采用哪種接法?出線盒內(nèi)的接線端子應如何連接?答: 應采用Y接法, 出線盒內(nèi)三個繞組的末端、連接在一起,三個首端出線頭、接三相電源,3 . 6 三相異步電動機的定子繞組是如何組成的?按什么規(guī)律連接?有什么特點? 答: 三相異步

4、電動機的定子繞組由三個匝數(shù)相等、相位互差的繞組組成。三個繞組可以連接成Y聯(lián)接(星形聯(lián)接),也可以連接成聯(lián)接(三角形聯(lián)接)。其特點是對稱的三相繞組。3 .7 三相異步電動機銘牌上標注的額定功率是輸入功率還是輸出功率?是電功率還是機械功率?答: 三相異步電動機銘牌上標注的額定功率不是輸入功率,而是輸出功率, 不是電功率,而是機械功率。3 . 8 單相繞組通以單相交流電將在氣隙中產(chǎn)生什么性質(zhì)的磁場?三相對稱繞組通以三相對稱電流將在氣隙中產(chǎn)生什么性質(zhì)的磁場?兩種磁場之間有何內(nèi)在聯(lián)系?答: 單相繞組通以單相交流電將在氣隙中產(chǎn)生脈動磁場。三相對稱繞組通以三相對稱電流將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。脈動磁場可以分解

5、為基波與高次諧波磁場, 三相對稱繞組的基波磁場疊加在一起就形成了基波旋轉(zhuǎn)磁場。3 . 9 三相旋轉(zhuǎn)磁動勢的幅值與極數(shù)及繞組系數(shù)之間有什么關(guān)系? 答: 由三相旋轉(zhuǎn)磁動勢幅值表達式 =1 .35可知, 磁動勢幅值與極對數(shù)p成反比關(guān)系,與繞組系數(shù)成正比。3 . 10 若將三相異步電動機三相電源的任何兩相引線對調(diào),異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向?qū)⒆骱巫兓?為什么? 答: 若將三相異步電動機三相電源的任何兩相引線對調(diào),則電動機反轉(zhuǎn)。因為當電動機定子繞組外接電源相序變化時, 定子旋轉(zhuǎn)磁場就反向,所以電動機也就反向旋轉(zhuǎn)。3 . 11 為什么三相異步電動機空載電流的標么值要比變壓器的大? 答: 變壓器的磁路是鐵心構(gòu)成的

6、磁路,磁阻小,產(chǎn)生一定的額定磁通所需要的勵磁電流比較小;而三相異步電動機的磁路中包含有定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙, 氣隙的磁阻比較大,產(chǎn)生同樣大小的額定磁通所需要的勵磁電流就比較大,所以三相異步電動機空載電流的標么值要比變壓器的大。3 . 12 三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn),若定子繞組加額定電壓,將會產(chǎn)生什么后果?并分析原因。 答: 當三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn)時,若定子繞組加額定電壓,則流過繞組的電流會很大,使電動機發(fā)熱嚴重,導致燒壞電動機。其原因是: 轉(zhuǎn)子繞組短路并堵轉(zhuǎn)時, 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為零, 旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對切割速度為最大,在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應電動勢最大, 轉(zhuǎn)子電流最大,定子電流也就

7、最大,約為額定電流的57倍,會燒壞電動機。3 . 13 異步電動機的轉(zhuǎn)差率s是如何定義的?電機運行時,轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢、電流的頻率與定子頻率是什么關(guān)系?答: 轉(zhuǎn)差率s的定義是轉(zhuǎn)差(- n)與同步轉(zhuǎn)速之比,即s=電機運行時,轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢的頻率、電流的頻率與定子頻率成成正比,即 3 . 14 異步電機的時空相量圖中,哪些是時間相量,哪些是空間相量? 答: 異步電機的時空相量圖中,表示電流、電壓、感應電動勢的相量是時間相量, 表示磁通、磁動勢的相量是空間相量。3 . 15 一臺額定電壓380 V 、星形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,如果誤連成三角形聯(lián)結(jié),并接到380 V的電源上,會有什么后果?為什么

8、? 答: 一臺額定電壓380 V 、星形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,如果誤連成三角形聯(lián)結(jié),并接到380 V的電源上, 電動機會被燒壞。因為額定電壓380 V 、星形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,其定子繞組額定電壓為220V，若將星形聯(lián)結(jié)的定子繞組誤連成三角形聯(lián)結(jié), 并接到380 V的電源上,這時定子繞組電壓為380 V,大大超過其額定電壓,會使定子電流變得很大, 會燒壞電動機。3 . 16 一臺額定電壓380 V 、三角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,如果誤連成星形聯(lián)結(jié),并接到380 V的電源上滿載運行時,會有什么后果?為什么?答: 額定電壓380 V 、三角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,如果誤連成星形聯(lián)結(jié),并接到380

9、 V的電源上滿載運行時, 電動機不能起動,不能運行。額定電壓380 V 、三角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機,如果誤連成星形聯(lián)結(jié),并接到380 V的電源上時,其一相繞組電壓降為380/=220V, 由于起動轉(zhuǎn)矩與繞組電壓的平方成正比, 這時起動轉(zhuǎn)矩降低為原來的,故而在滿載時電動機不能起動,不能運行,時間一長會燒壞電動機。3 . 17 三相異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載額定運行時,會產(chǎn)生哪些損耗?請畫出功率流程圖。 答: 電動機運行時的損耗有定子銅損耗,定子鐵損耗,轉(zhuǎn)子銅損耗,機械摩擦損耗,附加損耗。其功率流程圖如題3.17圖。 題3.17圖3 . 18 三相異步電動機的電磁功率、轉(zhuǎn)子銅損耗和機械功率之間在數(shù)量

10、上存在著什么關(guān)系?答: 三相異步電動機的電磁功率、轉(zhuǎn)子銅損耗和機械功率之間存在著比例關(guān)系,三者之比為1s(1-s)。3 . 19 三相異步電動機負載運行時,其T形等值電路為什么不能簡化成一字形等值電路? 答: 在電動機T形等值電路中,轉(zhuǎn)子的等值電阻為,s很小,約為0.0150.05, 就比較大, 轉(zhuǎn)子阻抗+也就比較大。勵磁阻抗與相并聯(lián), 與相比,并沒有大到可以去掉而對電路沒有影響的程度,所以不能去掉勵磁阻抗而將T形等值電路簡化成一字形等值電路。3 . 20 異步電動機的過載倍數(shù)、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)有何意義?它們是否越大越好? 答: 異步電動機的過載倍數(shù)表示電動機的過載能力,用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來

11、表示,即= 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)表示電動機起動時帶負載的能力,等于起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比,即=較大時, 電動機的過載能力較大, 較大時, 電動機起動時帶負載的能力較大,但它們不是越大越好,因為電動機的最大轉(zhuǎn)矩是一定的, 過大時,就小, 電動機帶額定負載的能力降低,這是不可取的,一般為1.82.2, 為2左右。3 . 21 異步電動機帶負載起動,負載越大,起動電流是不是越大?為什么? 答: 異步電動機帶負載起動, 起動電流與負載大小無關(guān),并不是負載越大,起動電流就越大。轉(zhuǎn)子電流= , 起動時s=1, 起動時的轉(zhuǎn)子電流 , 與負載無關(guān),所以起動電流即定子電流 也與負載無關(guān),只不過負載越大, 起動加速度就變

12、小, 起動時間變長。3 . 22 異步電動機在何種條件下的機械特性是固有機械特性? 答: 異步電動機定子繞組接額定頻率的額定電壓,定、轉(zhuǎn)子回路不串接任何元器件得到的機械特性就是固有機械特性。3 . 23 試簡述三相異步電動機的運行性能優(yōu)劣主要通過哪些技術(shù)指標來反映? 答: 三相異步電動機的運行性能優(yōu)劣主要通過功率因數(shù)和效率等技術(shù)指標來反映, 功率因數(shù)越高, 運行性能越優(yōu)越; 效率越高, 能量利用率高,運行性能越優(yōu)越。另外，最大轉(zhuǎn)矩越大，電動機帶負載能力越大; 起動轉(zhuǎn)矩越大，電動機帶負載起動能力越大。3 . 24 三相異步電動機T形等值電路的參數(shù)主要通過什么實驗來測定? 答: 三相異步電動機T形

13、等值電路的參數(shù)主要通過空載實驗和短路實驗來測定。通過空載實驗測定電動機的勵磁阻抗和鐵損耗及機械損耗。通過短路實驗測定電動機的短路阻抗,短路實驗又稱堵轉(zhuǎn)實驗。3 . 25 為什么三相異步電動機的功率因數(shù)總是滯后的? 答: 三相異步電動機要從電網(wǎng)吸收滯后的勵磁電流產(chǎn)生磁場;定子和轉(zhuǎn)子繞組都是感性負載,所以三相異步電動機的功率因數(shù)總是滯后的。3 . 26 為什么要進行頻率折算?折算應遵循什么樣的基本原則? 答: 三相異步電動機運行時,定子電流頻率為,轉(zhuǎn)子電流頻率為,定、轉(zhuǎn)子電流頻率不相等, 對不同頻率的電量列出的方程組不能聯(lián)立求解,也不能根據(jù)它們求出等值電路和相量圖。所以要把轉(zhuǎn)子的頻率折合,使定、轉(zhuǎn)

14、子有相同的頻率。頻率折算的原則是保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變,也就是保持轉(zhuǎn)子電流不變。3 . 27 說明三相異步電動機等值電路中,參數(shù)、 、 、 、各代表什么意義?三相異步電動機轉(zhuǎn)子附加電阻( 1 - s)/ s 是如何產(chǎn)生的?它代表什么物理意義? 答: 、分別表示三相異步電動機定子一相繞組的電阻和電抗;、 分別表示轉(zhuǎn)子一相繞組的電阻和電抗折算到定子的折算值; 、分別表示勵磁電阻和電抗。轉(zhuǎn)子附加電阻( 1 - s)/ s 是頻率折算產(chǎn)生的, 它代表了電動機輸出的機械功率3 . 28 一臺三相異步電動機,額定運行時轉(zhuǎn)速=1 450 r /min,問這時傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率有百分之幾消耗在轉(zhuǎn)子電阻上?有百分

15、之幾轉(zhuǎn)化成機械功率?解: 電磁功率、總機械功率、轉(zhuǎn)子銅損耗之間的比例為 =1 ( 1 - s) s,所以傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率中有3.3%消耗在轉(zhuǎn)子電阻上, 有96.7%轉(zhuǎn)化成機械功率。3 . 29一臺三相異步電動機,額定功率=25 kW ,額定電壓=380 V ,額定轉(zhuǎn)速=1 470 r /min,額定效率=86% ,額定功率因數(shù)cos=0 . 86 ,求電動機額定運行時的輸入功率和額定電流。 解: = 3 . 30 一臺三相異步電動機,額定功率=7 . 5 kW ,額定電壓=380 V ,額定轉(zhuǎn)速=971 r /min,額定功率因數(shù)cos=0 . 786 ,定子三角形聯(lián)結(jié)。額定負載運行時,定

16、子銅損耗=386 W ,鐵損耗=214 .5 W ,機械損耗=100 W ,附加損耗=112 . 5 W ,求額定負載運行時: ( 1 )轉(zhuǎn)子電流頻率; ( 2 )轉(zhuǎn)子銅損耗; ( 3 )電磁功率; ( 4 )定子電流; ( 5 )效率; ( 6 )畫出功率流程圖,標明各部分功率及損耗。 解: ( 1 ) ( 2 ) 電磁功率 轉(zhuǎn)子銅損耗 ( 3 )電磁功率 ( 4 )( 5 )效率 ( 6 )功率流程圖如題3.30圖 題3.30圖3 . 31 一臺四極三相異步電動機,額定功率=55 kW ,額定電壓=380 V ,額定負載運行時,電動機的輸入功率 =59 . 5 kW ,定子銅損耗=1 09

17、1 W ,鐵損耗=972 W ,機械損耗=600 W ,附加損耗=1 100 W 。求額定負載運行時: ( 1 )額定轉(zhuǎn)速; ( 2 )電磁轉(zhuǎn)矩; ( 3 )輸出轉(zhuǎn)矩; ( 4 )空載轉(zhuǎn)矩。解: ( 1 ) = ( 2 )電磁轉(zhuǎn)矩 ( 3 )輸出轉(zhuǎn)矩 ( 4 )空載轉(zhuǎn)矩 或者 3 . 32 一臺八極三相異步電動機,額定功率=200 kW ,額定電壓=380 V ,額定轉(zhuǎn)速=735 r /min,過載倍數(shù)=2 . 2 ,求: ( 1 )該電動機轉(zhuǎn)矩的實用公式; ( 2 )當s=0. 015時的電磁轉(zhuǎn)矩; ( 3 )電動機拖動1 200 N ·m負載時的轉(zhuǎn)速。解: ( 1 ) 轉(zhuǎn)矩的實用

18、公式 = ( 2 ) ( 3 ) 利用機械特性的線性表達式,認為轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成成正比,即 = 3 . 33 一臺四極三相異步電動機,額定功率=25 kW ,額定電壓=380 V ,額定轉(zhuǎn)速=1 450 r /min,過載倍數(shù)=2 . 6 ,求: ( 1 )額定轉(zhuǎn)差率; ( 2 )額定轉(zhuǎn)矩; ( 3 )最大轉(zhuǎn)矩; ( 4 )臨界轉(zhuǎn)差率。 解: ( 1 )額定轉(zhuǎn)差率 ( 2 )額定轉(zhuǎn)矩 ( 3 )最大轉(zhuǎn)矩 ( 4 )臨界轉(zhuǎn)差率 3 . 34 一臺八極三相異步電動機,額定功率=10 kW ,額定電壓=380 V ,額定轉(zhuǎn)速=720 r /min,過載倍數(shù)=2 . 2 ,求: ( 1 )最大轉(zhuǎn)矩; ( 2 )臨界轉(zhuǎn)差率; ( 3 )電磁轉(zhuǎn)矩實用公式。 解: ( 1 ) 最大轉(zhuǎn)矩 ( 2 )臨界轉(zhuǎn)差率 ( 3 )電磁轉(zhuǎn)矩實用公式 3 . 35 設(shè)一臺三相異步電動機的銘牌標明其額定頻率=50 Hz ,額定轉(zhuǎn)速=965 r /min,問電動機的極對數(shù)和額定轉(zhuǎn)差率為多少?若另一臺三相異步電動機極數(shù)為2 p=10 , =50 Hz ,轉(zhuǎn)差率=0 . 04 , 問該電動機的額定轉(zhuǎn)速為多少? 答: 額定頻率=50 Hz ,額定轉(zhuǎn)速=965 r /min的電動機,其同步轉(zhuǎn)速,由 可知,額定轉(zhuǎn)差率 =當電動機極數(shù)為2 p=10 , =