電機(jī)習(xí)題與解答VIP

1、第五章 三相異步電動機(jī)基本工作原理和結(jié)構(gòu)5-1 三相異步電動機(jī)為什么會轉(zhuǎn)，怎樣改變它的極性？答：（1）電生磁：定子三相繞組通以三相正弦交流電流產(chǎn)生一個以同步速n1、轉(zhuǎn)向與相序一致（順時針方向）的旋轉(zhuǎn)磁場。假定此瞬間旋轉(zhuǎn)磁場極性由上到下（如圖所示）n1TemnBC.A.（2）（動）磁生電：由電磁感應(yīng)理論：靜止的轉(zhuǎn)子繞組切割定子旋轉(zhuǎn)磁場而感應(yīng)電動勢，其方向由”右手發(fā)電機(jī)”定則確定，如圖所示（轉(zhuǎn)子上面三個導(dǎo)體為 ,下面三個導(dǎo)體為 ）。由于轉(zhuǎn)子繞組自身閉合，便有電流通過，并假定電流與電動勢同相（即為有功分量電流）。(3) 電磁力（矩）：轉(zhuǎn)子載（有功）電流導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下受到電磁力的作用，其方向

2、由”左手電動機(jī)”定則確定（轉(zhuǎn)子上面三個導(dǎo)體受力方向向右，下面三個導(dǎo)體受力方向向左），這些力對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩（順時針方向）Tem，它與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同（即與相序一致），于是在該轉(zhuǎn)矩驅(qū)動下，轉(zhuǎn)子沿著轉(zhuǎn)矩方向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)了能量轉(zhuǎn)換。改變相序即可改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的轉(zhuǎn)向。5-2 為什么異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速一定小于同步轉(zhuǎn)速？若轉(zhuǎn)子電流和轉(zhuǎn)子電動勢之間有相位差，這里所有轉(zhuǎn)子導(dǎo)體上的電磁力的方向是否都和轉(zhuǎn)向相同，畫圖分析說明。答： 由上題知，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)向n與定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向n1相同，只有n<n1（異步電動機(jī)），即轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子繞組才能感應(yīng)電動勢和電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩

3、。若轉(zhuǎn)速上升到n=n1，則轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場同速、同向旋轉(zhuǎn)，兩者相對靜止，轉(zhuǎn)子繞組就不感應(yīng)電動勢和電流，也就不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)就不轉(zhuǎn)了。若轉(zhuǎn)子電流和電動勢有相位差，這時轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向不會全與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相同，分析如下：假定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體外的” 、×”表示電動勢方向（由”右手發(fā)電機(jī)”定則確定），導(dǎo)體內(nèi)的 、 表示電流方向，如圖所示。圖（a）為轉(zhuǎn)子電流與電動勢同相位，由”左手電動機(jī)”定則確定各導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的方向，由小箭頭表示，可見，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向相同。 圖（b）為轉(zhuǎn)子電流與電動勢有相位差（如電流滯后電動勢一相位角2，當(dāng)正對著磁極軸線的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電動勢達(dá)最大值時，

4、則電流達(dá)最大值的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體還在逆磁場旋轉(zhuǎn)方向并距前述導(dǎo)體一空間電角度2的地方，同樣可判得轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體在磁場中所受電磁力的方向，可見，轉(zhuǎn)子大部分導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向NS.×××××.n122NS.×××××ian1e2 相同，只有小部分導(dǎo)體電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)向相反，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流與電動勢的相位差時，電動機(jī)總電磁轉(zhuǎn)矩將減小。5-3 試述“同步”和“異步”的含義？答： “同步”和”異步”是個相對概念，是指交流旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n對旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1而言，若n= n1為同步電機(jī)，nn1為異步電機(jī)。5

5、-4 何謂異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率？在什么情況下轉(zhuǎn)差率為正，什么情況為負(fù)，什么情況下轉(zhuǎn)差率小于1或大于1？如何根據(jù)轉(zhuǎn)差率的不同來區(qū)別各種不同運(yùn)行狀態(tài)？ 答：異步電機(jī)轉(zhuǎn)差率s 是指旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n之間的轉(zhuǎn)速差（n1-n）與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1的比率，即 。當(dāng)n< n1時，轉(zhuǎn)差率為正（s>0），n> n1時轉(zhuǎn)差率為負(fù)（s<0）；當(dāng)n1>n>0時，轉(zhuǎn)差率s<1；當(dāng)0>n>時，轉(zhuǎn)差率s>1;當(dāng)+>s>1 時為電磁制動運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)1>s>0時為電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)0>s>-時為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。5-5 假如一

6、臺接到電網(wǎng)的異步電動機(jī)用其它原動機(jī)帶著旋轉(zhuǎn)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，如圖5-9所示，試畫出轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢、電流和相序的方向。這時轉(zhuǎn)子有功電流和定子旋轉(zhuǎn)磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩方向如何？如把原動機(jī)去掉，情況又會怎樣？答：當(dāng)轉(zhuǎn)子由電動機(jī)驅(qū)動，且n>n1，此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以逆時針方向切割旋轉(zhuǎn)磁場（相對切割速度為n-n1）,而感應(yīng)電動勢e2方向如圖所示（由”右手發(fā)電機(jī)”定則判定）,其相序由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的切割方向決定，由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場在時間上有先后順序，如將先切割N極軸線的一相定義為U相，則后切割的那兩相（互差1200空間電角度）分別為V相和W相，可見，其相序與轉(zhuǎn)向相反，如圖所示。如果電流i2

7、與電動勢e2同相（即有功分量電流），則轉(zhuǎn)子有功電流和旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，并形成轉(zhuǎn)矩Tem，由”左手電動機(jī)”定則判得，其方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，為制動性質(zhì)轉(zhuǎn)矩。實際上，此時電動機(jī)已處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)（）。如果把原動機(jī)去掉，轉(zhuǎn)速將下降，不再大于n1了，這時因為已處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行的電機(jī)在旋轉(zhuǎn)過程中，繞組電阻有銅損耗，通風(fēng)、軸承、磨擦等有機(jī)械損耗，致使轉(zhuǎn)速逐漸下降，直至n<n1，電磁轉(zhuǎn)矩方向反過來，這臺電機(jī)重新在電網(wǎng)電源的支持下進(jìn)入到電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。NS.n1TemVWUne2(i2)5-6 三相異步電動機(jī)在正常運(yùn)行時，它的定子繞組往往可以接成星形或角形。試問在什么情況下采用這種或那種接法？采用

8、這兩種連接方法時，電動機(jī)的額定值（功率、相電壓、線電壓、相電流、線電流、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速等）有無改變？答：380/220V，Y/接線的三相異步電動機(jī)，每相繞組所受的電壓均為220V，故當(dāng)電源線電壓為380V時定子繞組接成Y 接線，當(dāng)電源電壓為220V時，定子繞組接成形接線。采用這兩種接線時，相電壓U相同，均為220V；相電流I=U/Z相同；效率N、功率因數(shù)、功率PN及轉(zhuǎn)速nN均相等，因在相同相電壓下，、PN、nN均取決于負(fù)載大小，當(dāng)負(fù)載相同時，PN、N就相同，因而，就相同。唯一不同的是線電壓Ul和線電流Il不等，。5-7在繞線式異步電動機(jī)中，如果將定子三相繞組短接，并且通過滑環(huán)向轉(zhuǎn)子三相繞

9、組通入三相電流（如5-10所示）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場若為順時針方向，這時電動機(jī)能轉(zhuǎn)嗎？轉(zhuǎn)向如何？答： 電動機(jī)以逆時針方向旋轉(zhuǎn)，原理如圖所示： 轉(zhuǎn)子三相繞組通入三相正弦交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為n1、轉(zhuǎn)向為順時針方向，并假定圖示瞬間，轉(zhuǎn)子磁場極性N、S如圖所示（上面為N極，下面為S極，產(chǎn)生此極性的轉(zhuǎn)子電流，右面三個導(dǎo)體為 ，左面三個導(dǎo)體為 ）。 轉(zhuǎn)子磁場旋轉(zhuǎn)結(jié)果，在定子繞組中感應(yīng)三相電動勢, 方向如圖所示（用”右手發(fā)電機(jī)”定則），由于定子三相繞組短接，.W1V2U1W2V1U2.NSTem(n)便有三相電流流過，該電流的有功分量(與電動勢同相)與轉(zhuǎn)磁場相互作用，定子導(dǎo)體便受到圖示方向力的作用（由”左手

10、電動機(jī)”定則判斷），形成順時針方向的轉(zhuǎn)矩，它企圖使定子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。但由于定子靜止不動，它必對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個大小相等的反作用力，對轉(zhuǎn)軸形成一個逆時針方向的轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。5-8 假如一臺星形接法的異步電動機(jī)，在運(yùn)行中突然切斷三相電流，并同時將任意兩相定子繞組立即接入直流電源，這時異步電動機(jī)的工作狀況如何，試用圖分析之。答：A、B兩相定子繞組通入直流電流If方向如圖所示，它產(chǎn)生恒定方向的磁場（圖.Temn.V1U2W1V2U1W2+_If恒定磁場磁力線示表示，方向向左）。由于轉(zhuǎn)子慣性仍以原轉(zhuǎn)向 （假定為順時針方向）旋轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體便切割定子恒定磁場感應(yīng)電動勢和電流（方向由”右手發(fā)

11、電機(jī)”定則判定），此電流的有功分量與定子恒定磁場相互作用，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受到圖示方向力的作用，并形成逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩Tem，它對轉(zhuǎn)子起制動作用，使轉(zhuǎn)子很快停止下來。+_IfACB5-9 一臺三相異步電動機(jī)，PN=4.5千瓦，Y/接線，380/220伏，轉(zhuǎn)/分，試求：1 接成Y形或形時的定子額定電流；2 同步轉(zhuǎn)速及定子磁極對數(shù)P；3 帶額定負(fù)載時轉(zhuǎn)差率；解： (1)Y接時： UN=380V 接時： UN=220V (2)磁極對數(shù) 取p=2同步轉(zhuǎn)速(3) 額定轉(zhuǎn)差率 5-10一臺八極異步電動機(jī)，電源頻率f=50赫，額定轉(zhuǎn)差率=0.04，試求：1 額定轉(zhuǎn)速；2 在額定工作時，將電源相序改變，求反接瞬時

12、的轉(zhuǎn)差率。解： (1) 同步轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)速 (2) 反接轉(zhuǎn)差率 第七章 三相異步電動機(jī)運(yùn)行原理7-1 異步電動機(jī)的氣隙為什么要盡可能地小？它與同容量變壓器相比，為什么空載電流較大？ 答：異步電動機(jī)氣隙小的目的是為了減小其勵磁電流(空載電流)，從而提高電動機(jī)功率因數(shù)。因異步電動機(jī)的勵磁電流是由電網(wǎng)供給的，故氣隙越小，電網(wǎng)供給的勵磁電流就小。而勵磁電流又屬于感性無功性質(zhì)，故減小勵磁電流，相應(yīng)就能提高電機(jī)的功率因數(shù)。 異步電動機(jī)與變壓器一樣，均為交流勵磁的電機(jī)。它們U1-E1-0-I0的分析思路相同。在容量和電壓相同的情況下，異步電動機(jī)和變壓器的主磁通0基本相同，又由磁路歐姆定律知：，其I0Rm（匝

13、數(shù)N1的影響遠(yuǎn)不及Rm），由于異步電動機(jī)主磁通磁路中有兩個氣隙，而變壓器是純鐵心磁路，故異步電動機(jī)主磁通磁路的磁阻遠(yuǎn)較變壓器大，故其空載電流遠(yuǎn)較變壓器大。7-2 異步電動機(jī)在起動和空載運(yùn)行時，為什么時候功率因數(shù)很低？當(dāng)滿載運(yùn)行時，功率因數(shù)會提高？答：1.由等效電路分析：下面分別畫出起動（a）、 空載（b）和滿載(c)時的等效電路 r1 x1rmxm(b)r1 x1 r2 x2（a） r1 x1 r2/sN x2（c）rmxm起動時 由于，故 1較大，就較小。空載時 由于，故 1較大，就較小。滿載時：激磁支路阻抗rm+jxm 與轉(zhuǎn)子支路阻抗 并聯(lián)，又由于激磁阻抗遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)子支路阻抗，故可近似看成激

14、磁支路開路。 由于，故 1較小，就較大。2、由電磁關(guān)系分析 起動時：s=1，轉(zhuǎn)子漏抗x2s=sx2最大，故轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cos2較小，因而轉(zhuǎn)子無功分量電流大，則與其平衡的定子側(cè)無功分量電流也大，因而功率因數(shù)就小。 空載時，I1=I0， 其中很小一部分的有功分量用來供空載損耗，其余絕大部分的無功分量電流用來勵磁，因此，空載電流屬感性無功性質(zhì)，因而電動機(jī)的功率因數(shù)就小 滿載時，因電動機(jī)軸上輸出的是機(jī)械功率，從電路角度需用有功功率來模擬其機(jī)械功率，因此負(fù)載后，轉(zhuǎn)子電流的有功分量增大(增大)，則與其平衡的定子有功分量電流就增大，因而電動機(jī)的功率因數(shù)就大。7-3 當(dāng)異步電動機(jī)運(yùn)行時，定子電動勢的頻率是多少

15、？轉(zhuǎn)子電動勢的頻率為多少？由定子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢以什么速度截切定子，又以什么速度截切轉(zhuǎn)子？由轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢以什么速度截切轉(zhuǎn)子，又以什么速度截切定子？，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的相對速度是多少？答：定子電動勢頻率為f1；轉(zhuǎn)子電動勢頻率為f2=s f1 ；由定子電流產(chǎn)生的定子旋轉(zhuǎn)磁動勢以n1的速度截切定子，又以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子。由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢以 的速度截切轉(zhuǎn)子，又以 的速度截切定子，它與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢的相對速度為 。7-4說明異步電動機(jī)軸機(jī)械負(fù)載增加時，定、轉(zhuǎn)子各物理量的變化過程怎樣？答： 電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩（Tem）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩(TL)平衡，當(dāng)機(jī)械負(fù)載（即

16、負(fù)載轉(zhuǎn)矩）增加時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n勢必下降，轉(zhuǎn)差率增大。這樣轉(zhuǎn)子切割氣隙磁場速度增加，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢()及電流I2隨之增大，因而轉(zhuǎn)子磁動勢F2增大。根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系，與轉(zhuǎn)子磁動勢F2所平衡的定子負(fù)載分量磁動勢F1L相應(yīng)增大，而勵磁磁動勢F0基本不變，因而定子磁動勢增大，定子電流I1隨之增大。由于電源電壓不變，則電動機(jī)的輸入功率就隨之增加，直至轉(zhuǎn)子有功電流產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩又與負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新平衡為止。7-5 為什么說異步電動機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的，而變壓器呢？答： 異步電動機(jī)定，轉(zhuǎn)子間的電磁關(guān)系尤如變壓器，定子電流也由空載電流和負(fù)載分量電流兩部分組成：1） 維持氣隙主磁通和漏磁通，需從電網(wǎng)吸取一定的滯

17、后無功電流（即為I0）；2） 負(fù)載分量電流取決于轉(zhuǎn)子電路；由等效電路可知，電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率（還包括機(jī)械損耗等）只能用轉(zhuǎn)子電流流過虛擬的附加電阻所消耗的功率來等效代替（因輸出的機(jī)械功率是有功的，故只能用有功元件電阻來等效代替）。再加上轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗，故轉(zhuǎn)子電流只可能是滯后無功電流，則與轉(zhuǎn)子平衡的定子負(fù)載分量也只能是滯后的無功電流，因此異步電動機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的。變壓器卻不一定。與異步電動機(jī)相同的一點(diǎn)是其空載電流總是滯后無功電流，而變壓器所帶的電氣負(fù)載有阻、感、容性的(而異步電動機(jī)在電路中模擬機(jī)械負(fù)載的只能是阻性的有功元件)，當(dāng)其負(fù)載容抗若大于變壓器的感抗時，其功率因數(shù)就會超前。7-

18、6 異步電動機(jī)等效電路中的附加電阻的物理意義是什么？能否用電感或電容來代替，為什么？答：異步電動機(jī)等效電路中的附加電阻實為代表機(jī)械負(fù)載（嚴(yán)格地說還包括機(jī)械損耗等） 的一個虛擬電阻，用轉(zhuǎn)子電流在該電阻所消耗的功率來等效代替總機(jī)械功率（包括軸上輸出的機(jī)械功率和機(jī)械損耗等）.因輸出的機(jī)械功率及機(jī)械損耗等均屬有功性質(zhì)，因此，從電路角度來模擬的話，只能用有功元件電阻，而不能用無功元件電感或電容來等效代替。7-7 異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與哪些因數(shù)有關(guān)，哪些是運(yùn)行因素，哪些是結(jié)構(gòu)因素？答： 電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電源參數(shù)：電源電壓U1頻率f1，電機(jī)本身參數(shù)：相數(shù)m1、極對數(shù)p、定、轉(zhuǎn)子漏阻抗r1、

19、r2、x1、x2； 運(yùn)行參數(shù)：轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。其中U1、f1及s是運(yùn)行因素，m1、p、r1、r2、x1、x2為結(jié)構(gòu)因素。sTemTmTmTmba sm sb sa11230TL7-8 異步電動機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行時，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，若電源電壓下降過多，對電動機(jī)的Tmax、Tst、1、I1、I2、s及有何影響？答：因為，而sm與U1無關(guān), 因而電源電壓下降后其Tem-s曲線如圖所示，曲線1為正常電壓下的曲線，曲線3為電壓下降過多的曲線，曲線2為電壓下降的曲線。 電機(jī)正常工作時，穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn)，其對應(yīng)轉(zhuǎn)差率為sa。1、當(dāng)電壓下降過多，則電磁轉(zhuǎn)矩下降更多,當(dāng)最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm<TL，則電動機(jī)就停轉(zhuǎn)，定

20、、轉(zhuǎn)子電流急速增大，若無保護(hù)，則繞組會因過熱而燒毀。2、 電壓下降，而Tm>TL，(曲線2)，則穩(wěn)定運(yùn)行于b 點(diǎn)，（不停轉(zhuǎn)），但此時： Tmax減?。篢mU12 Tst減?。篢stU120減?。?S增大：由于U1下降瞬間，Tem減小，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降，I2增大：，正常運(yùn)行時，sx2<<r2,故I1增大：I2增大，F(xiàn)2增大，F(xiàn)1L=F2增大，故I1L 增大；而U1下降，致使0、I0減小，但由于I1L增大幅度遠(yuǎn)大于I0減小程度，故I1仍為增大。降低：電壓U1下降，鐵損減小，但此時I1、I2增大，定、轉(zhuǎn)子銅損增大，其增加的幅度遠(yuǎn)大于鐵損減小幅度，故效率下降。7-9 漏抗的大小對異步電動

21、機(jī)的運(yùn)行性能，包括起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)有何影響，為什么？答： 由： 知：起動轉(zhuǎn)矩Tst和最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨漏抗的增大而減小。漏抗增大，功率因數(shù)下降。因阻的成份（有功）不變，而漏抗（無功）增大所致。7-10 通常的繞線式異步電動機(jī)如果：（1）轉(zhuǎn)子電阻增加；（2）轉(zhuǎn)子漏抗增加；（3）定子電壓大小不變，而頻率由50Hz變?yōu)?0Hz，各對最大轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩有何影響？答：起動轉(zhuǎn)矩Tts和最大轉(zhuǎn)矩Tmax見上題兩式，1、轉(zhuǎn)子電阻增加，Tmax不變，因Tmax與無關(guān)，在一定范圍內(nèi)（sm<1），Tst隨的增大而增大。因在此范圍內(nèi)，增大，轉(zhuǎn)子電流I2減小，而轉(zhuǎn)子功率因數(shù)cos2卻增大，致使轉(zhuǎn)子電流

22、的有功分量增大，故起動轉(zhuǎn)矩增大TemTmaxabSbSa0S112Sm2、轉(zhuǎn)子漏抗增大，Tmax、Tst減小:見上題公式3、定子頻率f1增大，Tmax、Tst減小:見上題公式7-11 一臺鼠籠異步電動機(jī)，原來轉(zhuǎn)子是銅條，后因損壞改成鑄鋁，如輸出同樣功率，在通常情況下，sN、cos、1、I1N、sm、Tmax、Tst 有何變化？答：鋁的電阻率比銅大，故轉(zhuǎn)子由銅條改為鋁條，實為增加轉(zhuǎn)子繞組電阻r2，其Tem-s曲線如圖曲線1。 輸出同樣功率（如額定功率）, 由得其曲線2.（1）sN增大，由圖知，工作點(diǎn)由a（sa）變至b（sb）。（2）不變，因轉(zhuǎn)子電阻改變不影響電機(jī)從電網(wǎng)吸取的勵磁功率，故無功功率不

23、變，由于輸出功率不變，則電機(jī)從電網(wǎng)吸取的有功功率基本不變，忽略電機(jī)損耗，所以基本不變。（3）N下降：由于轉(zhuǎn)差率s增大，故轉(zhuǎn)子銅損增加，I1稍有增大，故定子銅損也稍大，而鐵損不變，機(jī)械損耗pmec因s 增大n減小而稍有減小，但其減小幅度不及轉(zhuǎn)子繞組銅損增大幅度，故總損耗增加，效率降低。（4）I1N有所增大：，因P2不變，不變，N下降，故I1N有所增大。（5）sm增大，見圖（因為smr2）（6）Tmax不變（因為Tmax與無關(guān)）（7）Tst增大，見圖7-12 一臺50Hz380伏的異步電動機(jī)若運(yùn)行于60Hz、380伏的電網(wǎng)上，設(shè)輸出功率保持不變，問下列各量是增大還是減?。篢emabnanb0S12

24、n1） 激磁電抗、激磁電流和電動機(jī)的功率因數(shù)；2） 同步轉(zhuǎn)速和額定電流時的電機(jī)轉(zhuǎn)速；3） 最大轉(zhuǎn)矩和產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率；4） 起動轉(zhuǎn)矩；5） 電機(jī)效率。答：本題題意為頻率增加：頻率增加及輸出功率不變的Tem-n曲線見圖曲線1、2.(1)勵磁電抗增大，；勵磁電流減小，；功率因數(shù)增大，因I0減小所導(dǎo)致。 (2)同步轉(zhuǎn)速增大，；額定電流時轉(zhuǎn)速增大，, 工作點(diǎn)由a至b，增加。(3) 最大轉(zhuǎn)矩下降，臨界轉(zhuǎn)差率減小，見7-9題式或圖(4)起動轉(zhuǎn)矩下降，見7-9題式或圖(5)電動機(jī)效率升高。7-13增大異步電動機(jī)的氣隙對空載電流、漏抗、最大轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩有何影響？答：氣隙增大：（1）空載電流增大，當(dāng)電源

25、電壓一定，一定，又由于，(N1一定)，氣隙大，磁阻Rm大，故I0大。（2）、漏抗減小，因氣隙大，漏磁路徑增長，其磁阻增大，故漏抗減小。（3）、最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩減小，見題7-9式。7-14 一臺六極異步電動機(jī)，額定功率PN=28千瓦，UN=380伏，f1=50Hz，nN=950轉(zhuǎn)/分，額定負(fù)載時，pcu1+pFe=2.2千瓦，pmec=1.1千瓦，pad=0，計算在額定時的sN、pcu2、N、I1和f2 。解：磁極對數(shù)： 取同步轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)差率：總機(jī)械功率：轉(zhuǎn)子銅損： 輸入功率： 效率：定子電流：轉(zhuǎn)子電動勢頻率：7-15一臺4極異步電動機(jī)，額定功率PN=5。5千瓦， f1=50Hz，在某運(yùn)行情

26、況下，自定子方面輸入的功率為6.32千瓦，pcu1=341瓦，pcu2=237.5瓦，pFe=167.5瓦，pmec=45瓦，pad=29瓦，試?yán)L出該電機(jī)的功率流程圖，標(biāo)明電磁功率、總機(jī)械功率和輸出功率的大小，并計算在該運(yùn)行情況下的效率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速及空載轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩 。解：輸出功率：效率：電磁功率：轉(zhuǎn)差率：轉(zhuǎn)速： 空載損耗：空載轉(zhuǎn)矩：輸出轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩：或 第八章 三相異步電動機(jī)起動和調(diào)速8-1普通鼠籠異步電動機(jī)在額定電壓下起動，為什么起動電流很大，而起動轉(zhuǎn)矩卻不大？答： (1)從電磁關(guān)系看，起動初瞬，n=0, 定子旋轉(zhuǎn)磁場對靜止轉(zhuǎn)子的相對切割速度最高(n1)，故轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢最

27、大。此時盡管轉(zhuǎn)子電動勢頻率以及它所對應(yīng)的漏抗也大，但由于受轉(zhuǎn)子槽形的影響，在起動瞬間槽口處飽和，致使漏抗增加幅度較電動勢小，而轉(zhuǎn)子繞組電阻又近為不變，故起動時轉(zhuǎn)子電流增大，根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系，此時定子電流(即起動電流)就大(約為額定電流5-7倍)。從等效電路看，起動初瞬，n=0，s=1，附加電阻，相當(dāng)于短路運(yùn)行狀態(tài)，此時起動電流：由于定，轉(zhuǎn)子繞阻的漏阻抗即很小，故起動電流很大。（2） 其一：轉(zhuǎn)子電流I2盡管大，但由于起動初瞬間，x2增大而r2不變，故功率因數(shù)角大，功率因數(shù)cos2就很低，所以這時轉(zhuǎn)子電流有功分量I2cos2卻不大(因為說起動瞬間轉(zhuǎn)子電流大的是無功分量電流)。其二，由于起動電流大

28、，定子繞組漏阻抗壓增大，由于知，此時定子繞組的感應(yīng)電動勢E1較小，故而小，基于此兩原因，所以異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩就不大。8-2在應(yīng)用降壓起動來限制異步電動機(jī)起動電流時，起動轉(zhuǎn)矩受到什么影響，比較各種降壓的起動方法，著重指出起動電流倍數(shù)年和起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)間的關(guān)系。答： 由上題式知：IstU1，而TstU12, 故采用降壓起動限制起動電流的同時，更限制了起動轉(zhuǎn)矩，因此此法只適用于空載或輕載時起動。Ist、Tst被限制情況列表如下：全壓起動IstTst降壓起動定子串電抗器起動*1Ist /KTst /k2Y-換接起動*2Ist /k2Tst /k2自耦補(bǔ)償器起動Ist /k2Tst /k2*1 設(shè)K為電

29、壓降低倍數(shù)（K=） *2 Y-換接起動中K= 。定子串電抗器起動的起動電流僅限制了K倍（其它為K2倍），但K值可根據(jù)要求靈活選擇。Y-換接起動只適用于有六個引出端頭的角接線的異步電動機(jī)，其K固定為，故無選擇靈活性，但其起動設(shè)備價廉。自耦補(bǔ)償器起動，有三個K值，可供選擇，它對電動機(jī)定子繞線無任何要求，起動轉(zhuǎn)矩比Y-換接大，但設(shè)備費(fèi)用較貴。8-3 繞線式異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子回路中串電阻起動時，為什么既能降低起動電流，又能增大起動轉(zhuǎn)矩？答：繞線式異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子回路串電阻增加了轉(zhuǎn)子回路阻抗，由式 可見，起動電流隨所串電阻r2st增大而減小，轉(zhuǎn)子回路串電阻同時，還減小轉(zhuǎn)子回路阻抗角，從而提高轉(zhuǎn)子回路功率因

30、數(shù)cos2，其結(jié)果增大了轉(zhuǎn)子電流的有功分量，從而增大了起動轉(zhuǎn)矩。8-4 繞線式異步電動機(jī)在起動和運(yùn)行時，如將它的三相轉(zhuǎn)子繞組接成Y形短接，或接成 形短接，問對起動性能和運(yùn)行性能有無影響，為什么？答：繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子為三相對稱繞阻，因此在起動或運(yùn)行時，無論是接成Y形，或形連接，其每相繞組感應(yīng)電動勢是相等的。而每相繞組的漏阻抗和等效的虛擬電阻又相同，所以每相繞組電流相等，那么由轉(zhuǎn)子電流所形成的電磁轉(zhuǎn)矩和由磁動勢平衡關(guān)系所決定的定子電流就與轉(zhuǎn)子繞組的上述接線無關(guān)，因此它不影響電動機(jī)的起動和運(yùn)行性能。8-5 一臺鼠籠異步電動機(jī)原來轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是銅的，后因損壞改成鋁條，在其它條件不變情況下，對起動性能有

31、何影響？最大電磁轉(zhuǎn)矩是否改變？若負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，其轉(zhuǎn)差率將如何變化？答：由題7-11知，鼠籠異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子由銅條改為鋁條后（仍保持sm<1），其起動轉(zhuǎn)矩增大，而最大轉(zhuǎn)矩不變。若負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL恒定，由Tem-s曲線知，改鋁條后，其運(yùn)行點(diǎn)由a點(diǎn)改為b點(diǎn)，轉(zhuǎn)差率由sa變?yōu)閟b，故轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)速減小。TemTmaxabsbsa0TLTsts18-6深槽和雙鼠籠異步電動機(jī)在額定電壓下起動，起動電流較小而起動轉(zhuǎn)矩較大，為什么？答：電動機(jī)在起動時，n=0，s=1，轉(zhuǎn)子繞組電動勢頻率最高（f2=sf1），此時趨表效應(yīng)最強(qiáng)烈，使槽電流分布趨于槽口（雙鼠籠轉(zhuǎn)子趨于上籠），相當(dāng)于槽導(dǎo)體有效截面減小，轉(zhuǎn)子電阻增大

32、（雙鼠籠轉(zhuǎn)子，上籠本身截面積又小，電阻大），故就類同題8-3，它既限制了起動電流，又增大了起動電阻。8-7雙鼠籠異步電動機(jī)兩籠之間為什么一定要有縫隙？深槽式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子槽為什么要做得深而窄？答： 磁通總是以磁阻小的路徑閉合，雙鼠籠電動機(jī)兩籠間的縫隙主要是迫使上籠漏磁通路徑也交鏈于下籠（因縫隙的磁阻大），這樣交鏈于下籠的漏磁通比上籠多，下籠就有較大的漏抗，使趨表效應(yīng)更為明顯。深槽式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子槽之所以做得深而窄，主要是為了改變轉(zhuǎn)子的漏磁通的分布，從而改變其參數(shù)。槽越深，交鏈槽底部的漏磁通就越多，這些漏磁通所經(jīng)過的截面積就越大，磁阻越小，漏抗就越大。另外槽窄，漏磁通經(jīng)過槽內(nèi)部分的長度越短，磁阻

33、越小，故漏抗也越大，因此槽深而窄的結(jié)果，均增加槽底部分漏抗，使趨表效應(yīng)更為明顯。8-8 在繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子回路中串接電抗器或電容器是否能改善起動性能？是否能用來調(diào)速？此時Tst、Tmax、sm和額定負(fù)載下的效率和功率因數(shù)如何變化？答：（1）繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電抗器，增大了轉(zhuǎn)子回路阻抗 ，由式 可見，可減小起動電流。 同時，它也增大了轉(zhuǎn)子回路阻抗角，cos2減小，使轉(zhuǎn)子電流有功分量I2cos2減小，進(jìn)而使起動轉(zhuǎn)矩減小得更多。至于轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)電容器（如容抗不過分大），則反之。因此，無論是串電抗器還是電容器，都不能全面改善起動性能。(2)由式： 及Tem-s曲線（以串電抗器為例）可知

34、：TemTmaxabsm0TLTsts1若負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，其工作點(diǎn)由a變至b，轉(zhuǎn)差率s減小，轉(zhuǎn)速增高。問題是它只能在sm值之內(nèi)調(diào)速，而sm值很小（0.080.2），故此法雖能調(diào)速，但調(diào)速范圍很小，故很少有實用價值。（3）串電抗后（以串聯(lián)電抗器為例），由公式和曲線可知，Tmax、Tst減?。ㄒ騝os2減?。p小，在額定負(fù)載下，功率因數(shù)就下降（因感抗增大所致），效率下降。當(dāng)串接適當(dāng)電容，情況反之。8-9 為什么說一般的電動機(jī)不適用于需要在寬廣范圍內(nèi)調(diào)速的場合，簡述異步電動機(jī)有哪幾種主要的調(diào)速方法。答： 由 知：異步電動機(jī)調(diào)速方法主要有：（1）變極調(diào)速、（2）變頻調(diào)速、變轉(zhuǎn)差調(diào)速（包括（3）變壓調(diào)速

35、、（4）轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速），前三種用于鼠籠異步電動機(jī)的調(diào)速，后一種為繞線式異步電動機(jī)的調(diào)速）。 其中（1）（用得較多）、（3）兩種不能在寬廣范圍內(nèi)調(diào)速，而（2）和（4）即使有較大范圍調(diào)速，因其成本高，由于經(jīng)濟(jì)上的原因，異步電動機(jī)不適用于需要在較寬的范圍內(nèi)調(diào)速的場合（在這種場合下，采用直流電動機(jī)更為適宜）。8-10 異步電動機(jī)的電源電壓、電源頻率、轉(zhuǎn)子電阻及電抗各對轉(zhuǎn)速有何影響？ 答： 異步電動機(jī)（1）電源電壓下降；（2）電源頻率增大；（3）轉(zhuǎn)子電阻增大；（4）轉(zhuǎn)子感抗增大的Tem-s曲線如圖所示，TemTmax0TLs1s1 s s2(1)(2)(4)(3)若電動機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由曲線可知：

36、（1） s增大，n減小（2）s減小，n增大（f1增大，n1增大）（3）s增大，n減小（4）s減小，n增大第九章 三相異步電動機(jī)在不對稱電壓下運(yùn)行 單相異步電動機(jī)9-1 如果電源電壓顯著不對稱，三相異步電動機(jī)能否帶額定負(fù)載長期運(yùn)行，為什么？答：在不對稱電壓運(yùn)行時，由于三相異步電動機(jī)定子繞組為Y 接線或接線，繞組內(nèi)不存在零序電流、零序電壓和零序磁場。由負(fù)序分量電流產(chǎn)生的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁動勢，疊加在正序旋轉(zhuǎn)磁動勢上，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，其幅值時大時小，因此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩也時大時小，從而引起電機(jī)振動，轉(zhuǎn)速不均，并有電磁噪聲，同時由于負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生反向電磁轉(zhuǎn)矩，它對正向電磁轉(zhuǎn)矩起制動作用，使總合成轉(zhuǎn)矩減小

37、，電機(jī)出力減小，起動性能和過載能力下降，嚴(yán)重時會導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)。若在負(fù)載不變的情況下，定、轉(zhuǎn)子電流增大，溫升升高，轉(zhuǎn)差率增大，功率因數(shù)及效率下降。另外還可能使某相負(fù)序分量電流與正序分量電流同相（或相位差很?。?，使該相電流過大，為此當(dāng)電源電壓顯著不對稱時，就不允許三相異步電動機(jī)帶額定負(fù)載長期運(yùn)行。9-2 正序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以什么速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)序電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以什么速度截切轉(zhuǎn)子？當(dāng)三相異步電動機(jī)在不對稱電壓運(yùn)行時，轉(zhuǎn)子電流會有哪幾種頻率？n1n1n答：正序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以n1-n的速度截切轉(zhuǎn)子，負(fù)序分量電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場以n1+n速度截切轉(zhuǎn)子。 三相異步電動機(jī)在不對稱運(yùn)行時，電機(jī)內(nèi)

38、部只有正序和負(fù)序分量電流，它們分別產(chǎn)生正序和負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁動勢，前者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢和電流，其頻率為，后者在轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢和電流，其頻率為：.9-3 當(dāng)電源電壓不對稱時，三相異步電動機(jī)定子繞組產(chǎn)生的磁動勢是什么性質(zhì)？當(dāng)三相是Y 接線或接線異步電動機(jī)缺相運(yùn)行時，定子繞組產(chǎn)生的磁動勢又是什么性質(zhì)？答：三相異步電動機(jī)定子不論是Y 接線或接線，當(dāng)電源電壓不對稱時，在其內(nèi)部只存在彼此獨(dú)立的正序和負(fù)序分量電流，分別產(chǎn)生正序和負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁動勢，它們大小不等、轉(zhuǎn)速相同而轉(zhuǎn)向相反，其合成結(jié)果是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢。 電動機(jī)缺相運(yùn)行(1) 接線電動機(jī)，繞組一相斷線，成為兩相繞組通入兩相電流運(yùn)行，故定子產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)

39、磁動勢。 （2）接線電動機(jī)，電源一相斷線，Y 形接線電動機(jī)無論繞組一相斷線還是電源一相斷線，成單相繞組通入單相電流運(yùn)行，故定子繞組產(chǎn)生脈動磁動勢。9-4 三相異步電動機(jī)起動時，如電源一相斷線，這時電動機(jī)能否起動，如繞組一相斷線，這時電動機(jī)能否起動？Y 、接線是否一樣？如果運(yùn)行中電源或繞組一相斷線，能否繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，有何不良后果？答： 電源一相斷線，電動機(jī)無論是Y 接線或接線，均成為單相運(yùn)行，就相當(dāng)于一臺單相異步電動機(jī)，它產(chǎn)生脈動磁動勢，而脈動磁動勢可分解成大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢，由于起動初瞬，轉(zhuǎn)子是靜止的，兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢以相同的速率截切轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動勢、電流和電

40、磁轉(zhuǎn)矩，顯然兩個轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，其合成總轉(zhuǎn)矩為零，故無起動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)不能起動。如果繞組一相斷線，對Y 接電動機(jī)仍為單相運(yùn)行，故也不能起動。而接線電動機(jī)卻成為兩面相運(yùn)行，它產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，旋轉(zhuǎn)磁動勢有起動轉(zhuǎn)矩，故能起動。如果運(yùn)行中電源或繞組一相斷線，即使成單相運(yùn)行，電動機(jī)仍能按原方向旋轉(zhuǎn)（只要此時的電磁轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩），因為這時兩個旋轉(zhuǎn)磁動勢中必有一個與原來轉(zhuǎn)向相同，它對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率為 ，而另一個，由于, 因此由相反方向旋轉(zhuǎn)磁動勢所產(chǎn)生的有功分量電流很?。┛顾拢?，這使它所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 減小，則，結(jié)果轉(zhuǎn)子總轉(zhuǎn)矩減小，若它仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則轉(zhuǎn)子就沿原方向旋轉(zhuǎn)。 上述各種情況， 對

41、電機(jī)都不利，若成單相運(yùn)行，無法起動，呈堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，電流急劇增大而會燒壞繞組。若運(yùn)行中缺相，電機(jī)雖能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)（若此時電磁轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩），由于反向電磁轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果，使總轉(zhuǎn)矩減?。ǔ隽p?。糌?fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)就處于過載狀態(tài)，繞組過熱，時間長同樣會燒毀繞組。9-5 試比較單相異步電動機(jī)和三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線，著重就以下各點(diǎn)比較：1） 當(dāng)s=0時的轉(zhuǎn)矩；2）當(dāng)s=1時的轉(zhuǎn)矩；3）最大轉(zhuǎn)矩；1） 在有相同轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率；5）當(dāng)時的轉(zhuǎn)矩。答：三相 單相（1）s=0 Tem=0 Tem <0（2）s=1 Tem >0 Tem =0（3）最大轉(zhuǎn)矩 Tmax3 > Tmax

42、1（4）相同轉(zhuǎn)矩時 S3 < S1（5）1<s<2 Tem >0 Tem <0第十章 三相同步發(fā)電機(jī)基本工作原理和結(jié)構(gòu)10-1 同步發(fā)電機(jī)是怎樣發(fā)出三相對稱正弦交流電的？答： 同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上繞有勵磁繞組，通以直流電勵磁，產(chǎn)生磁場，并由原動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)，使定子三相對稱繞組不斷切割轉(zhuǎn)子磁場而感應(yīng)出三相交流電動勢。 （1）波形：由于感應(yīng)電動勢的波形主要取決于轉(zhuǎn)子磁場在氣隙空間分布的波形，制造時使轉(zhuǎn)子磁極的磁場在氣隙空間盡可能按正弦波分布，三相繞組的Y形連接和采用短距、分布繞組，便得到正弦波形的感應(yīng)電動勢；（2）大小：由于定子三相繞組對稱，它們切割同一個轉(zhuǎn)子磁場，三相感

43、應(yīng)電動勢也對稱，大小均為 （3）相位差和相序：由于定子繞組在空間位置上互差1200電角度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場切割定子三相繞組在時間上有先后順序，定子的三相感應(yīng)電動勢在時間相位上就互差1200電角度，如果將先切割的一相定義為A相，則后切割的那兩相就為B相和C相，因此三相電動勢的相序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向一致，其由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向決定；（4）頻率：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一對磁極，感應(yīng)電動勢就經(jīng)歷一個周期的變化，若電機(jī)有p對磁極，轉(zhuǎn)子以每分鐘n轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，則每分鐘內(nèi)電動勢變化pn個周期，即頻率為：也就是當(dāng)電機(jī)的磁極對數(shù)p 一定時，頻率f和轉(zhuǎn)速n有嚴(yán)格不變的關(guān)系。10-2 什么叫同步電機(jī)？其感應(yīng)電動勢頻率和轉(zhuǎn)速有何關(guān)系？怎樣由其極數(shù)決定它的轉(zhuǎn)速

44、？答： 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速恒等于定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速的電機(jī)稱為同步電機(jī)，其感應(yīng)電動勢的頻率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系是： ，當(dāng)電機(jī)的磁極對數(shù)p一定時，fn，即：頻率f與轉(zhuǎn)速n之間保持嚴(yán)格不變的關(guān)系。10-3 說明汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，為什么汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用隱極式，而水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用凸極式？答：汽輪發(fā)電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)由定子、轉(zhuǎn)子兩部分組成，定子由定子鐵心、電樞繞組、機(jī)座及端蓋等部件組成；轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、勵磁繞組、護(hù)環(huán)、集電環(huán)、中心環(huán)、阻尼繞組和風(fēng)扇等組成。隱極式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵磁繞組嵌放在轉(zhuǎn)子表面各槽內(nèi)，氣隙均勻，機(jī)械強(qiáng)度好，適用于少極、高轉(zhuǎn)速的汽輪發(fā)電機(jī)， 凸極式發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子氣隙不均勻，對著極弧氣隙小，而極間氣

45、隙大，勵磁繞組嵌放在極弧下，適用于多極低轉(zhuǎn)速的水輪發(fā)電機(jī)。10-4 有一臺QFS-300-2的汽輪發(fā)電機(jī)，UN=18千伏，fN=50赫茲，試求（1）發(fā)電機(jī)的額定電流；（2）發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行時能發(fā)多少有功和無功功率？解：（1）額定電流 （2）額定功率因數(shù)角有功功率 無功功率10-5有一臺TS854-210-40的水輪發(fā)電機(jī)，PN=100兆瓦，UN=13。8千伏，fN=50赫茲，求（1）發(fā)電機(jī)的額定電流；（2）額定運(yùn)行時能發(fā)多少有功和無功功率？（3）轉(zhuǎn)速是多少？ 解：（1）額定電流 （2）有功功率無功功率 （3）轉(zhuǎn)速 第十一章 三相同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行原理11-1 試比較三相對稱負(fù)載時同步發(fā)電機(jī)的電樞磁

46、動勢和激磁磁動勢的性質(zhì)，它們的大小、位置和轉(zhuǎn)速各由哪些因素決定的？答：電樞反應(yīng)磁動勢是交流勵磁，勵磁磁動勢是直流勵磁基波波形大小位置轉(zhuǎn)速勵磁磁動勢正弦波恒定不變，由勵磁電流大小決定由轉(zhuǎn)子位置決定由原動機(jī)的轉(zhuǎn)速決定（根據(jù)f、p）電樞反應(yīng)磁動勢正弦波恒定不變，由電樞電流大小決定由電樞電流的瞬時值決定由電流的頻率和磁極對數(shù)決定ZL11-2 同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)性質(zhì)主要決定于什么？在下列情況下，電樞反應(yīng)各起什么作用？1） 三相對稱電阻負(fù)載；2） 電容負(fù)載，發(fā)電機(jī)同步電抗；3） 電感負(fù)載答： 電樞反應(yīng)的性質(zhì)取決于內(nèi)功率因數(shù)角，而角既與負(fù)載性質(zhì)有關(guān)，又與發(fā)電機(jī)本身的參數(shù)有關(guān)。由等效電路圖可知（忽略電樞繞組

47、電阻ra）：當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=R時，阻抗Z=jxt+R，其阻抗角在900>>00范圍內(nèi)，即空載電動勢和電樞電流之間的相位角在900>>00范圍內(nèi)，所以電樞反應(yīng)既有交軸又有直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=-jxc時，阻抗Z=jxt-jxc，由于xt*=1.0>xc*=0.8, 阻抗角=900，即空載電動勢和電樞電流之間的相位角=900，所以電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)；當(dāng)負(fù)載阻抗為ZL=jxL時，阻抗Z=jxt+jxL的阻抗角為=900，即空載電動勢和電樞電流之間的相位角=900，所以電樞反應(yīng)為直軸去磁電樞反應(yīng)。11-3保持轉(zhuǎn)子激磁電流不變，定子電流I=IN，發(fā)電

48、機(jī)轉(zhuǎn)速一定，試根據(jù)電樞反應(yīng)概念，比較：（1）空載；（2）帶電阻負(fù)載；（3）帶電感負(fù)載；（4）帶電容負(fù)載時發(fā)電機(jī)端電壓的大??？為保持端電壓為額定值，應(yīng)如何調(diào)節(jié)？答：（1）空載時，端電壓為空載電動勢，即UN=E0；（2）和（3）情況下，電樞反應(yīng)有直軸去磁作用，端電壓將下降，低于空載電動勢，但帶純感性負(fù)載（參看上題等效電路），內(nèi)功率因數(shù)角=900，而帶純電阻負(fù)載時的更接近00（見上題），故純感性負(fù)載時的電樞反應(yīng)直軸去磁作用更強(qiáng)，端電壓下降得更多；（4）種情況由于負(fù)載的容抗大于發(fā)電機(jī)的同步電抗，使內(nèi)功率因數(shù)角<00, 接近-900，所以電樞反應(yīng)的性質(zhì)為直軸助磁，使端電壓上升，即U>E0；綜

49、上所述，電壓從大到小的順序為：U4>U1>U2>U3。欲保持端電壓為額定值，當(dāng)U> UN時，應(yīng)減小勵磁電流；當(dāng)U< UN時，應(yīng)增加勵磁電流。11-4 同步電機(jī)的電樞反應(yīng)電抗與異步電機(jī)的什么電抗相似？指出它們的相似處？答： 同步電機(jī)電樞反應(yīng)電抗xa與異步電機(jī)的勵磁電抗xm相似；這兩個電抗所對應(yīng)的磁通都是由定子三相電流產(chǎn)生的，都通過氣隙，既交鏈定子繞組，又交鏈轉(zhuǎn)子繞組，兩個電抗都與氣隙大小、電源頻率、繞組匝數(shù)、鐵心幾何尺寸、材質(zhì)及磁路的飽和程度有關(guān)。11-5 同步電抗對應(yīng)什么磁通？它的物理意義是什么？ 答：同步電抗是電樞反應(yīng)電抗和漏抗 之和；物理意義：同步電抗是表征三

50、相穩(wěn)定運(yùn)行時，電樞旋轉(zhuǎn)磁場和漏磁場對電樞電路作用的一個綜合參數(shù)；同步電抗越大，表示一定負(fù)載電流時，電樞反應(yīng)磁場和漏磁場越強(qiáng)，由它們在電樞繞組中引起的電抗壓降越大。11-6 為什么同步電抗的數(shù)值一般都較大（不可能做得較?。嚪治鱿铝星闆r對同步電抗的影響？1）電樞繞組匝數(shù)增加；2）鐵心飽和程度增大；3）氣隙加大 ；4）激磁繞組匝數(shù)增加。答： 由于電機(jī)的氣隙較小，磁阻很小，由 得，同步電抗較大。(1）電樞繞組匝數(shù)增加，同步電抗增大 ； （2）鐵心飽和程度提高，磁阻增大，同步電抗減小 （3）氣隙增大，磁阻增大，同步電抗減小。 （4）勵磁繞組匝數(shù)增加，由于未改變電樞繞組的匝數(shù)及電機(jī)磁路的磁阻，所以同步

51、電抗不變。11-7 一臺同步電機(jī)，定子繞組施以三相對稱電壓，并保持恒定，試問：抽出轉(zhuǎn)子與使轉(zhuǎn)子以同步速沿電樞旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)（激磁繞組開路）這兩種情況下哪種情況定子電流大，為什么？答： 定子繞組施以三相對稱低電壓，將在繞組中產(chǎn)生三相對稱電流并形成旋轉(zhuǎn)磁場，定子側(cè)的電動勢方程式為： 若忽略定子漏阻抗壓降，上式為： 上式表明，當(dāng)電源電壓不變時，氣隙磁通基本不變。產(chǎn)生氣隙磁通的磁動勢的大小主要取決于氣隙磁通磁路的磁阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子在同步速下沿電樞旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)并與抽出轉(zhuǎn)子相比：前者氣隙磁通路徑上磁阻小而后者磁路的磁阻很大，產(chǎn)生同樣大的磁通所需的電流前者就比后者的小。所以，抽出轉(zhuǎn)子后電樞電流會很大，但由于定子

52、只是施以三相對稱低電壓，所以電樞電流不會大到燒毀繞組的程度。11-8 同步發(fā)電機(jī)帶上 >00的對稱負(fù)載，后，端電壓為什么會下降，試用磁路和電路兩方面分別加以分析？答：磁路方面：帶上 >00的對稱負(fù)載，電樞反應(yīng)的性質(zhì)有直軸去磁作用，故端電壓會下降。電路方面： 電動勢方程： 由相量圖可見，發(fā)電機(jī)帶上 >00的負(fù)載后，由于電機(jī)本身阻抗壓降的影響，使得端電壓下降。11-9表征同步發(fā)電機(jī)單機(jī)對稱 穩(wěn)定運(yùn)行的性能有哪些特性？其變化規(guī)律如何？什么叫短路比？它和同步電抗有何關(guān)系？它的大小對電機(jī)的運(yùn)行性能和制造成本有何關(guān)系？ 答：有空載特性、短路特性、外特性和調(diào)整特性，變化規(guī)律曲線為： 空載特

53、性： 短路特性：IfIkIfkIN0IfU0UNIf0IIN0If<0°=0°>0° 外特性： 調(diào)整特性：IIN0UNU<0°>0°=0°短路比Kc： 是指在空載特性曲線上對應(yīng)額定電壓時的勵磁電流If0下，三相穩(wěn)態(tài)短路電流Ik與額定電流IN的比值；Kc與同步電抗的關(guān)系是：其中，Ks為電機(jī)的飽和系數(shù)。影響：如果短路比大，由短路比的表達(dá)式：知，空載時產(chǎn)生額定電壓（或E0）所需的勵磁電流就大，或者說，運(yùn)行時要產(chǎn)生所需的E0就要有較大的勵磁磁動勢。這就表明發(fā)電機(jī)的氣隙大，在保證氣隙磁通密度一定的條件下需增大勵磁磁動勢，其一需增加勵磁繞組匝數(shù)，其二需增加勵磁電流（即需增加勵磁電源容量及勵磁繞組導(dǎo)線截面）。另外，氣隙大，必導(dǎo)致定子幾