機電精簡考試內容思考題與習題的解答

第2章思考題及答案2-1直流電機的主要部件是什么？各有什么作用？答：直流電機的主要包括定子、轉子定子部分：包括主磁極、換向磁極、機座、電刷裝置1）主磁極：建立主磁通，包括：鐵芯：由低碳鋼片疊成繞組：由銅線繞成2）換向磁極：改善換向，包括：鐵芯：中大型由低碳鋼片疊成。小型由整塊鍛鋼制成。繞組：由銅線繞成。3）機座：固定主磁極、換向磁極、端蓋等，同時構成主磁路的一部分，用鑄鐵、鑄鋼或鋼板卷成。4）電刷裝置：引出（或引入）電流，電刷由石墨等材料制成。轉子部分：包括電樞鐵芯、電樞繞組、換向片電樞鐵心：構成主磁路，嵌放電樞繞組。由電工鋼片疊成。電樞繞組：產(chǎn)生感應電動勢和電磁轉矩，實現(xiàn)機—電能量轉換。由銅線繞成。換向片：換向用，由銅線圍疊而成。2-2在直流電機中，為什么要用電刷和換向器，它們起到什么作用？答：在直流發(fā)電機中，電刷和換向器起到整流的作用，將電樞繞組中的交流電整流成出線端的直流電。直流發(fā)電機中，起到逆變的作用，將端口的輸入的直流電變成電樞繞組中的交變電流。2-4何謂電樞反應？電樞反應對氣隙磁場有什么影響？答：直流電機在空載運行時，氣隙磁場僅有勵磁磁動勢產(chǎn)生，而負載運作時，氣隙磁場是由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產(chǎn)生的，顯然與空載時不同，因此把電樞磁動勢對主極磁場的影響稱為電樞反應.電樞反應結果可能使氣隙磁場畸變，同時還可能使氣隙磁場削弱或增強.2-5公式和中的應是什么磁通？答：公式中的為每個極面下的氣隙磁通，它由勵磁磁動勢和電樞磁動勢共同產(chǎn)生的.2-9直流電機的電樞電動勢和電磁轉矩的大小取決于哪些物理量，這些量的物理意義如何？答：電樞電動勢其中，Ce是電機的電動勢結構數(shù)，它的大小決定于電樞繞組導體總根數(shù)N、主磁極對數(shù)p及并聯(lián)支路數(shù)2a，是每個極面下的磁通，n是電機轉速。電磁轉矩CT是電機的電磁轉矩結構常數(shù)，，它的大小決定于電樞繞組導體總根數(shù)N、主磁極對數(shù)p及并聯(lián)支路數(shù)2a，是每個極下的磁通，是電樞電流。2-11并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，電機會有什么后果？若在起動時就斷線（電機有剩磁），又會有什么后果？答：并勵直流電動機在運行時勵磁回路突然斷線，勵磁電流消失（），主磁通將減小至剩磁通值，在斷線瞬間，由于慣性，電機轉速不會發(fā)生變化，則電樞電動勢大大減小，從而電樞電流急劇增大，電樞繞組可能被燒壞。對于電磁轉矩，當電樞電流增大的速度大于主磁通減小的速度時，則也會增大。如果負載轉矩不變，致使電機轉速迅速升高，若在空載或輕載時，轉速會劇增，致使電機受損、甚至會造成人身傷害事故。2-12試解釋他激和并激發(fā)電機的外特性為什么是一條下傾的曲線？答：討論他勵和并勵發(fā)電機他勵發(fā)電機：稍下傾曲線（端電壓U隨負載電流I增大稍有下降），原因有：IINUNUIINUNU他并題圖2-12機械特性曲線②負載增加，電樞繞組電阻壓降IaRa增大。并勵發(fā)電機：下傾曲線（端電壓U隨負載電流增大下降幅度較他勵發(fā)電機大），原因是：除①、②兩原因與他勵發(fā)電機相同外，因并勵發(fā)電機的If=U/Rf，因此由①、②原因引起U減小，致使If減?。ㄋ麆畎l(fā)電機If不變），磁通Φ減小，Ea進一步減小，致使端電壓下降幅度較大。第2章練習題題解及答案2-1試判斷下列電刷兩端電壓的性質磁極固定，電刷與電樞同時旋轉；電樞固定，電刷與磁極同時旋轉。解：由直流發(fā)電機原理可知，只有電刷和磁極保持相對靜止，在電刷兩端的電壓才為直流，由此：1）磁極固定，電刷與電樞同時旋轉時，因為電刷與磁極相對運動，電刷兩端電壓為交流。2）電樞固定，電刷與磁極同時旋轉，因為電刷與磁極相對靜止，電刷兩端電壓為直流。2-4試比較直流發(fā)電機和直流電動機的電動勢、功率和轉矩平衡關系？解：發(fā)電機電動機電動勢平衡關系功率平衡關系轉矩平衡關系2-5一臺四極直流發(fā)電機，單迭繞組，每極磁通為馬，電樞總導體數(shù)為152根，轉速為1200轉/分，求電機的空載電動勢？解：2-6一臺四極直流電動機，nN=1460r/min，Z=36槽，每槽導體數(shù)為6，每極磁通為馬，單迭繞組，問電樞電流為800安時，能產(chǎn)生多大的電磁轉矩？解：2-7直流發(fā)電機和直流電動機的電樞電動勢的性質有何區(qū)別，它們是怎樣產(chǎn)生的？直流發(fā)電機和直流電動機的電磁轉矩的性質有何區(qū)別，它們又是怎樣產(chǎn)生的？解；直流發(fā)電機電樞電動勢為電源電動勢（Ea與Ia同向），直流電動機為反電動勢（Ea與Ia反方向），它們均由電樞繞組切割磁場產(chǎn)生。直流發(fā)電機電磁轉矩為制動轉矩（Tem與n反向），直流電動機為驅動轉矩（同向），它們均由電樞載流導體在主磁極場作用下產(chǎn)生電磁力而形成轉矩。2-8把一以他勵發(fā)電機的轉速提高20%，空載電壓會提高多少（勵磁電阻保持不變）？若是一臺并勵發(fā)電機，則電壓升高得多還是少（勵磁電阻保持不變）？解：對于他勵發(fā)電機：，即=C，故，空載電壓增加1.2倍。對于并勵發(fā)電機：若=C情況同上，空載電壓Uo增加1.2倍，但由于Uo增加的同時，也相應加，從而導致也增大。所以并勵發(fā)電機空載電壓增加的程度比他勵發(fā)電機大。2-9 他勵直流電動機的額定數(shù)據(jù)如下：，，估計電樞回路總電阻的值。解：由于一般電機額定運行時效率最高，最高效率時可變損耗與不變損耗相等，即所以估計電樞回路的電阻為：2-11一臺并勵直流發(fā)電機，勵磁回路電阻負載電阻，電樞回路電阻，端電壓U=220V。試求：（1）勵磁電流和負載電流I；（2）電樞電流和電動勢（忽略電刷電阻壓降）；（3）輸出功率和電磁功率。解：(1)勵磁電流負載電流(2)電樞電流電樞電動勢(3)輸出功率電磁功率或2-12一臺并勵直流發(fā)電機，，電樞回路電阻，一對電刷壓降，勵磁回路電阻，求額定時的電磁功率和電磁轉矩？解：勵磁電流負載電流電樞電流電樞電動勢電磁功率電磁轉矩2-13并勵直流電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：，，，，。電樞總電阻，電樞反應忽略不計。求：（1）額定運行時的輸出轉矩與電磁轉矩。（2）理想空載轉速與實際空載轉速。（3）如果額定運行時總負載轉矩不變，則串入電阻瞬間電樞電流與轉速各為多少？（4）保持額定運行時總負載轉矩不變，則串入而穩(wěn)定后的電樞電流與轉速各為多少？解:(1)輸出轉矩額定運行時，電樞電流：額定運行時，電樞電動勢：額定運行時，電磁轉矩：（2）由于額定勵磁下，且不計電樞反應，所以空載時的主磁通與額定磁通相同，，則額定運行時所以：得，理想空載轉速為：實際空載有損耗，由額定運行時轉矩平衡方程為：為不變損耗引起的轉矩為制動轉矩，所以空載時的制動轉矩也為此轉矩。又得：則實際空載轉速為：（3）串入電阻，由于慣性轉速瞬間不變，瞬間電流為：電樞電流與轉速各為多少？（4）由于磁通和負載都不變，所以串入電阻穩(wěn)定時的電樞電流為：不變。而穩(wěn)態(tài)時的反電動勢為：則最后的轉速為n：穩(wěn)態(tài)時： 額定時：由以上兩個式子可得串入電阻后最后穩(wěn)定的轉速為：第3章思考題及答案3-2直流電動機為什么不能直接起動？一般的他勵直流電動機為什么不能直接起動？采用什么起動方法比較好？答：不能直接起動。這是因為受到換向器的限制，起動瞬間電樞回路相當于短路，如不加以限制，電流太大會燒毀換向器，所以，直流電動機不允許直接起動。通常采用電樞回路串電阻起動，或降壓起動，以降壓起動為最好。因為降壓起動時，可以實現(xiàn)無電流沖擊，做到平滑、無級的連續(xù)起動，甚至可以做到恒力矩起動。3-4直流他勵電動機常用哪幾種方法進行調速？它們的主要特點是什么？比較它們的優(yōu)缺點。答：直流電動機通常采用三種方法調速，它們是電樞回路串電阻調速；調整電樞電壓調速；弱磁調速。其中，串電阻調速和調整電樞電壓調速都是屬于恒轉矩調速，而弱磁調速則屬于恒功率調速。其特點是,串電阻調速和調整電樞電壓調速都適用于亞同步調速,即空載轉速以下調速,而弱磁調速一般都用于空載轉速以上調速。3-5何謂恒轉矩調速方式？何謂恒功率調速方式？為什么要考慮調速方式與負載類型的配合？怎樣配合才合適？答：根據(jù)定義，恒轉矩調速是指在在調速的過程中始終保持電磁轉矩不變的調速。在保持勵磁不變、負載不變的條件下，通過改變電樞電阻和電樞電壓可以實現(xiàn)恒轉矩調速。恒功率調速是指在在調速的過程中始終保持輸入的電功率不變的調速。在保持電樞電壓不變、負載不變的條件下，通過改變勵磁電流可以實現(xiàn)恒功率調速。對恒定負載采用恒轉矩調速方式；對額定轉速以上的調速采用恒功率調速。3-7比較各種電磁制動方法的優(yōu)缺點，它們各應用在什么地方？答：電源反接串電阻制動和能耗制動制動速度快，但對電機（機械）沖擊大，能量完全消耗在制動電阻上；電樞回路串電阻制動，制動速度快，可實現(xiàn)分級制動，但制動后需迅速切除電樞回路中所串電阻，多用于起動和制動的過程中；回饋制動主要是指帶有逆變裝置的電壓調速，通過降低電樞電壓，使直流電機在一段時間內，處于發(fā)電狀態(tài)，并將發(fā)出的電回饋電網(wǎng)。3-8采用能耗制動、轉速反向的反接制動及回饋制動都能實現(xiàn)恒速下放重物，從節(jié)能的觀點看，哪一種方法最經(jīng)濟？哪一種方法最不經(jīng)濟？答：回饋制動最經(jīng)濟；能耗制動最不經(jīng)濟。第3章練習題題解及答案3-3他勵直流電動機的數(shù)據(jù)為：PN＝13kW，UN＝110V，IN＝135A，nN=680r／min，Ra=0.05Ω，求直流電機的固有機械特性。解：電勢系數(shù)c==≈0.152轉矩系數(shù)c=9.55c=9.550.152≈1.452則電機的固有機械特性為n=-T=-T≈723.7-0.227T=724-0.227T.3-4一臺他勵直流電動機，PN＝7.6kw，UN＝110V，IN＝85.2A，nN=750r／min，Ra=0.13Ω，起動電流限制在2.1IN（1）采用串電阻起動，求起動電阻；（2）若采用降壓起動，電壓應降為多少？（3）求出這二種情況下的機械特性。解：（1）所串電阻R=-R=-0.13≈0.48.（2）降壓起動的電壓為U=2.1IR=2.185.20.13v≈23.3v.（3）電勢系數(shù)c==≈0.13轉矩系數(shù)c=9.55c=9.550.13≈1.26串電阻時，機械特性n=-T=-T≈T=874-3.72T降壓時，機械特性n=-T=-T≈T=180-0.79T3-5一臺直流他勵電動機，PN=10kW，UN＝220V，IN＝54A，nN＝1000r／min，Ra＝0.5Ω，Φ=ΦN，在負載轉矩保持額定值不變的情況下工作，不串電阻，將電壓降至139V。試求：（1）電壓降低瞬間電動機的電樞電流和電磁轉矩；（2）進入新的穩(wěn)定狀態(tài)時的電樞電流和轉速；（3）求出新的穩(wěn)定狀態(tài)時，電動機的靜差率和效率。解：瞬間時E=U-IR=220-540.5v=193v.電勢系數(shù)c===0.193轉矩系數(shù)c=9.55c=9.550.193≈1.84（1）降壓瞬間的電樞電流I==A=-108A電磁轉矩T=cI=1.84（-108）N·M=-198.72N·M.（2）新的穩(wěn)態(tài)時，電樞電流I=I=54A.轉速n==r/min≈580.3r/min=581r/min.(3)降壓后的理想空載轉速n=n=1140r/min≈720.3r/min=721r/min.靜差率=100%≈19.4%輸入功率P=UI=13954w=7506w.降壓后輸出功率P=P=1010w=5810w.則效率==100%≈77.4%3-6一并勵直流電動機，UN＝110V，IN＝28A，nN＝1500r／min，勵磁回路總電阻Rf＝110Ω，電樞回路電阻Ra＝0.15Ω，在額定運行狀態(tài)下突然在電樞回路串入0.5Ω的電阻，忽略電樞反應和電磁慣性，計算：（1）串入電阻后瞬間的電樞電勢、電樞電流、電磁轉矩；（2）若負載轉矩減為原來的一半，求串入電阻后的穩(wěn)態(tài)轉速。解：勵磁電流I==A=1A.電樞電流I=I-I=28-1A=27A.感應電動勢E=U-IR=220-270.15V=105.95V.電勢系數(shù)c==≈0.071轉矩系數(shù)c=9.55c=9.550.071≈0.678電阻瞬間E=E=105.95V電樞電流I==A≈6.23A.電磁轉矩T=cI=0.6786.23N·M≈4.22N·M.若負載轉矩減為原來的一半，則電樞電流I=0.5I=0.527A=13.5A.則串入電阻后的穩(wěn)態(tài)轉速n==r/min≈1425.7r/min=1426r/min.3-7一他勵直流電動機，PN＝2.5kW，UN=220V，IN=12.5A，nN=1500r/min，Ra=0.8Ω。試求：（1）電動機以1200r／min的轉速運行時，采用能耗制動停車，要求制動開始后瞬間電流限制為額額定電流的兩倍，求電樞回路應串入的電阻值；（2）若負載為位能性恒轉矩負載，TZ＝0.9TN，采用能耗制動，使負載以420r／min的轉速恒速下放，電樞回路應串入的電阻。解：（1）電勢系數(shù)c===0.14以n=1200r/min運行時，感應電動勢E=cn=0.141200V=168V.制動開始瞬時，要求I=-2I=-212.5V=-25V.則串入的電阻R=--R=-0.8=5.92.(2)若T=0.9T,則電樞電流I=0.9I=0.912.5A=11.25A.感應電動勢E=-cn=-0.14420V=-58.8V則串入的電阻R=--R=-0.8≈=4.43.3-8他勵直流電動機，PN＝5.6kW，UN＝220V，IN＝31A，nN=1000r／min，Ra=0.4Ω。在額定電動運行情況下進行電源反接制動，制動初瞬電流為2.5IN加入的電阻，并繪出制動的機械特性曲線。如果電動機負載為反抗性額定轉矩，制動到n＝0時，不切斷電源，電動機能否反轉？若能反轉，穩(wěn)定轉速是多少？解：制動前運行于額定狀態(tài)，則E=U-IR=220-310.4V=207.6V.制動后開始瞬時,I=-2.5I=-2.531A=-77.5A.則串入的電阻R=-R=-0.4≈=5.12.電勢系數(shù)c==≈0.21轉矩系數(shù)c=9.55c=9.550.21≈2.01機械特性曲線n=-T=-T≈-1047.6-13.1T=-1048-13.1T當轉速n=0時，T=-N·M=-80N·M.(負號表示方向與開始時相反).忽略空載制動轉矩，額定電磁轉矩為T=9.55=N·M=53.48N·M.穩(wěn)態(tài)時，負載轉矩T=T=53.48N·M.|T|>T，故電動機能反轉。穩(wěn)定轉速n=-1048-13.1(-53.48)r/min≈-1048+701r/min=-347r/min.第4章思考題及答案4-1變壓器能否對直流電壓進行變換？答：不能。變壓器的基本工作原理是電磁感應原理，如果變壓器一次繞組外接直流電壓，則在變壓器一次繞組會建立恒定不變的直流電流i1，則根據(jù)F1=i1N1，我們知道直流電流i1會建立直流磁動勢F1，該直流磁動勢F1就不會在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁通，也就不會在二次繞組中產(chǎn)生感應電動勢，故不會在負載側有電壓輸出。4-3為分析變壓器方便，通常會規(guī)定變壓器的正方向，本書中正方向是如何規(guī)定的？答：變壓器正方向的選取可以任意。正方向規(guī)定不同，只影響相應變量在電磁關系中的表達式為正還是為負，并不影響各個變量之間的物理關系。變壓器的一次側正方向規(guī)定符合電動機習慣，將變壓器的一次繞組看成是外接交流電源的負載，一次側的正方向以外接交流電源的正方向為準，即一次側電路中電流的方向與一次側繞組感應電動勢方向相同；而變壓器的二次側正方向則與一次側規(guī)定剛好相反，符合發(fā)電機習慣，將變壓器的二次繞組看成是外接負載的電源，二次側的正方向以二次繞組的感應電動勢的正方向為準，即二次側電路中電流方向與二次側負載電壓方向相同。感應電動勢的正方向和產(chǎn)生感應電動勢的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向和產(chǎn)生該磁通的電流正方向也符合右手螺旋定理。各個電壓變量的正方向是由高電平指向低電平，各個電動勢正方向則由低電平指向高電平。4-4變壓器空載運行時，為什么功率因數(shù)不會很高？答：變壓器空載運行時，一次繞組電流就稱為空載電流，一般空載電流的大小不會超過額定電流的10%，變壓器空載電流可以分為兩個分量：建立主磁通所需要的勵磁電流和由磁通交變造成鐵損耗從而使鐵芯發(fā)熱的鐵耗電流。其中勵磁電流與主磁通同相位，稱為空載電流的無功分量；鐵耗電流與一次繞組的相位相反，超前主磁通90o,稱為空載電流的有功分量。其中的鐵耗電流與勵磁電流相比非常小，所以一次繞組電流就近似認為是勵磁電流，在相位上滯后一次繞組電壓90o，所以空載運行時功率因數(shù)不會很高。4-5變壓器負載運行時，繞組折算的準則是什么？答：折算就是用一個匝數(shù)和一次繞組完全相同的假想繞組來替代原有的二次繞組，雖然折算前后二次繞組匝數(shù)改變了，但是變壓器二次繞組折算之前的能量關系、電磁關系和磁動勢大小并不受影響，這是變壓器折算的基本準則。4-6研究變壓器特性時，如何定義變壓器的電壓變化率？它的大小與哪些因素有關？答：電壓變化率就是變壓器一次繞組外接工頻額定電壓，負載功率因數(shù)一定時，變壓器空載運行時的二次側輸出空載電壓U20與變壓器負載運行時的二次側輸出負載電壓U2之差和二次側額定輸出電壓U2N之比，且當變壓器空載運行時，有U1=U1N，I2=0，U2=U2N，，則有：電壓變化率是是衡量變壓器輸出電壓穩(wěn)定性的一項重要性能指標，與變壓器的短路阻抗、負載大小和負載性質有關。4-8額定電壓為380/110的變壓器，如果將二次繞組誤接到380V電壓上，對變壓器磁路會產(chǎn)生哪些影響？答：變壓器一次繞組外接電壓和主磁通的關系滿足,當外接電壓的大小和頻率不變時，鐵芯中流通的主磁通和繞組匝數(shù)成反比，即。設一次繞組外接電壓為380V時，空載電流為，此時。如果誤把二次繞組接到380V電壓上，則有， 并且由變壓器的變比可以知道，。當變壓器鐵芯不飽和的時候，可以根據(jù)磁路歐姆定律，有，所以可以得到；如果考慮到磁路飽和情況，則鐵芯處于嚴重飽和狀態(tài)，變壓器發(fā)熱，嚴重的會損壞變壓器。4-10什么電壓互感器在工作時不允許二次側短路？電流互感器在工作時不允許二次側開路？答：由于電壓互感器二次側所接的電壓表或者功率表等儀表，內阻很大，所以實際上電壓互感器工作時相當于一太降壓變壓器的空載運行，此時二次側短路，會產(chǎn)生很大的短路電流，燒壞變壓器繞組，所以不允許二次側短路。電流互感器正常工作時，二次側相當于短路，二次側電流所產(chǎn)生的磁動勢近似與一次側磁動勢大小相等，方向相反，所以建立鐵芯中主磁通的合成磁動勢和勵磁電流很小。但是如果二次側開路，則一次側電流全部為勵磁電流，在鐵芯中產(chǎn)生的磁通會很大，鐵芯過飽和，鐵損耗增大，互感器發(fā)熱。而且二次繞組匝數(shù)很多，將會感應出危險的高電壓，危機操作人員安全。第4章練習題題解及答案4-9畫出圖3－28所示的各種聯(lián)接法的相量圖，并判斷接線組別。圖4－28作業(yè)題3－9的附圖答：ab.c.d.10、一臺三相變壓器，一次繞組和二次繞組的12個端點和各相繞組的極性如圖3－29所示，試將次變壓器聯(lián)接成Y/△-7和Y/Y-4，畫出聯(lián)接圖和相量圖，并標出各相繞組的端點標志。圖4－29作業(yè)題3－10的附圖之一答：（1）Y/△-7圖3－30作業(yè)題4－10的附圖之二根據(jù)Y/△-7畫出一次繞組和二次繞組線電動勢的相量圖，使得A和a重合在一點，注意和相差210o,所以判斷處接線組別是Y/△-7。觀察圖中，可以知道：變壓器的一次繞組和二次繞組相電動勢和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反；和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反；和纏繞在同異根鐵芯柱上，且相位相反，說明同一根鐵芯柱上的一次繞組首端和二次繞組末端是同名端?？梢韵葘⒔泳€圖中一次繞組的末端X,Y,Z聯(lián)接在一起，得出Y形聯(lián)接，同時標出一次繞組和二次繞組的相電動勢，注意相電動勢永遠從首端指向末端；一次繞組和二次繞組首端永遠是順時針排列，因此可以得出各個繞組的末端，得到圖4-30中的相量圖。Y/Y-4圖4－31作業(yè)題4－10附圖之三由相量圖可以知道，和，和，和相位相同，并分別纏繞在同一根鐵芯柱上。其它畫法同上。第5章思考題及答案5-4試說明直流繞組磁勢、單相交流繞組基波磁勢和三相交流繞組基波磁勢的區(qū)別?答：直流磁勢是一恒定的磁動勢，產(chǎn)生的磁場是靜態(tài)磁場。單相與三相交流繞組磁動勢是交變磁動勢產(chǎn)生的磁場是動態(tài)磁場，但其中，單相交流繞組基波磁勢是一個不能移動的脈振磁動勢，而三相對稱的三相交流磁動勢是一個旋轉磁動勢。其磁場在電機的氣隙中，是按正弦或余弦分布的5-6怎樣才能改變三相異步電動機的轉向?為什么?答：任意改變三根相線的兩根線的連接相序，使旋轉磁場的方向反向，使電機轉向。5-7一臺三角形聯(lián)接的定子繞組，若繞組內有一相斷線，產(chǎn)生的磁勢是什么磁勢?若電源有一相斷電，產(chǎn)生的磁勢是什么磁勢？答：若繞組內有一相斷線，產(chǎn)生的磁勢將是單相脈振磁動勢，此時，如電機正在轉動則電機照樣轉，但是，如果是靜止或停車后再起動，則是起動不了的。在這種條件下，動者恒動；靜者恒靜。5-8為什么異步電動機(電動狀態(tài))的轉速n總低于同步轉速n1？答：只有在同步轉速n1總是高于轉子轉速n的情況下，才能在旋轉磁場與轉子之間存在著相對運動，轉子上的有效導體才能夠有機會切割磁力線，并在轉子繞組和鋁條中中產(chǎn)生感應電動勢，在感生電動勢的作用下產(chǎn)生感生電流，產(chǎn)生電磁力矩。帶動負載或生產(chǎn)設備工作。5-9異步電動機的氣隙為什么要做得很??？答：三相異步電動機又名叫做感應電動機，表明在電機將電能轉換為機械能或機械能轉換為電能的過程中，能量都是通過磁場傳遞的，在磁場能量傳遞的磁路中兩次穿過氣隙。為了減少在能量轉換的過程中電機自身的損耗，提高電機的能量轉換效率，必須減小氣隙磁阻，從而減少磁場在氣隙中的損耗，降低在氣隙兩側的磁壓降。由于氣隙構成的磁阻大小與氣隙的寬度成正比，所以，要減小氣隙磁阻，必須將定子與轉子之間的氣隙做得盡可能的小。5-10什么叫電角度？電角度與機械角度是什么關系？答：機械角度每轉一圈所對應的機械或幾何角度稱為機械角度。電角度是指轉子每轉一圈，定子和轉子繞組中的感應電動勢或感應電流變化的角度。當所謂的“一圈”用定子內表面圓周上的槽數(shù)Z來表示，磁極對數(shù)用p來表示，電角度用α來表示，電角度與機械角度將有如下關系：第6章思考題及答案6-2異步電動機轉子有哪幾種結構型式?它們與直流電機轉子的根本區(qū)別是什么?答：主要有繞線型和鼠籠型，它們與直流電機的轉子的區(qū)別主要在于1）異步電機的轉子繞組都是多相繞組并聯(lián)短接的，而直流電機轉子繞組是多個線圈串聯(lián)后形成一個閉合環(huán)形狀，并以炭刷為界分割成多個繞組，同時形成多個繞組的串與并的連接。2）異步電機的的能量轉換是通過感應方式，通過轉子完成的，而直流電機電機的能量轉換直接通過轉子進行的。3）異步電機與直流電機的轉子線圈中的電壓與電流都是交流量，但直流電機線圈中的交流是通過換向器形成的。也就是說，直流電機的轉子多了一個換向器。6-3異步電機的最高允許溫升是由什么決定的?若超過規(guī)定溫升運行對電機有什么影響?答：異步電機的最高允許溫升是由絕緣材料決定的，若超過溫升，會加速絕緣材料的老化，嚴重時，會使電機絕緣材料將失去原有的絕緣作用，導致電機繞組短路而燒毀。6-4異步電動機穩(wěn)定運行時，定、轉子電動勢，電流的頻率各為多少?轉子基波磁動勢切割定子的速度會不會因為轉子轉速的變化而變化?答：異步電動機穩(wěn)定運行時，定子繞組中的電動勢為E1，轉子中的電動勢為sE20，定子繞組中的電動勢與電流的頻率為電網(wǎng)的頻率，為f1，而轉子中的感應電動勢與電流的頻率為sf1。轉子基波磁動勢切割定子的速度不會因為轉子轉速的變化而變化，這是因為：轉子基波磁動勢切割定子的速度為n1，轉子的速度一慢，轉差就會增大，而它們之和卻不變。所以有上述結論。6-5試從異步電機的主要構造和電磁關系各方面與變壓器作一比較；說明分析異步電機可采用與分析變壓器相類似的基本方法的主要理由。它們的主要區(qū)別是什么?答：三相民步電機與變壓器相比較，它們的工作原理是相同的，都是利用磁感應原理，通過磁場傳遞能量的，為了提高能量傳遞或傳輸效率，都采用硅鋼片做鐵心降低磁阻提高磁通量。從功能上看，電機的定子鐵心和繞組與變壓器的原邊鐵心和繞組相對應，轉子的定子鐵心和繞組與變壓器的副邊鐵心和繞組相對應。不同的只是變壓器的原邊與副邊繞組之間的鐵心沒有氣隙，而異步電機則在定子與轉子之間的磁路中存在有氣隙；變壓器的逼上梁山邊是靜止的，而異步電機的轉子則是轉動的。然而氣隙只不過是使勵磁電流比變壓器的勵磁電流大一些而已。轉子轉動也只不過是磁通與繞組絞鏈的方式或形式不同而已。因此，完全可以利用分析變壓器的方法分析異步電機。6-6同容量的異步電動機和變壓器相比，哪一個的空載電流大?為什么?答：相同容量的異步電動機的空載電流要大一些，這是因為在電動機的磁路中，要經(jīng)過兩次氣隙，而氣隙的磁阻要遠遠大于鐵心的磁阻，磁路損耗自然要大，為了彌補這一損耗，需要較大的勵磁電流來補償。6-7求異步電動機等效電路時采用的折算法與變壓器求等效電路時所采用的折算法有何異同?答：變壓器等效電路的折算時，原邊與副邊繞組的相數(shù)是相同的；原邊與副邊都是靜止的；原、副邊電壓與電流的折算變比是相同的，而異步電機則不然，定子繞組與轉子繞組的相數(shù)可以是不同的，定子和轉子之間的電壓與電流折算變比是不同的。特別是轉子向定子一側折算時，需要將旋轉的轉子等效為靜止狀態(tài)，以便采用變壓器的折算方法將轉子一側的電壓、電流表阻抗折算到定子一側。6-8為什么說定、轉子磁勢相對靜止是異步電機能工作的必要條件?試證明無論異步電機轉速n為多大時，定、轉子基波磁勢總保持相對靜止。6-9異步電機等效電路中rm和xm的物理意義是什么?可以不可以把rm和xm的串聯(lián)支路轉變成并聯(lián)支路?答：異步電機等效電路中rm和xm反映了電機在建立和維持磁通的過程中，在磁路中的實功損耗和虛功損耗。理論上講完全可以，但不便于分析，物理意義不直觀。6-10繞線式異步電動機定，轉子的極數(shù)與相數(shù)分別是否相等?鼠籠式異步電動機定、轉于的極數(shù)與相數(shù)分別是否相等?鼠籠式轉子磁極是怎樣形成的?答：繞線式異步電動機定，轉子的極數(shù)與相數(shù)分別是相等的，而鼠籠式的異步電動機卻不等。是由氣隙中的磁場的等效磁極形成的。6-11異步電機等效電路中r1和x'20的物理意義是什么?它們大小與定、轉子電流值有無關系?答：在異步電機等效電路中，r1和表示定子某一相繞組回路中的等效電阻，其大小會影響勵磁電流的大小；而x'20是轉子在靜止狀態(tài)下繞組中漏抗。其大小會影響到功率因數(shù)的大小，而與轉子電流的大小無關，因為轉子電流的大小由負載決定。第6章練習題題解及答案6-1某三相異步電動機PN=55kW，UN=380V，cosφN==0.89，IN=119A，nN=570r/min。試求：(1)電動機的同步轉速n1；(2)電動機的極對數(shù)p；(3)電動機在額定負載時的效率ηN。解：由額定轉速可知，（1）三相異步電動機的同步轉速為：n1=600轉/分；（2）磁極對數(shù)p=5；（3）效率為：6-2有一臺頻率為50Hz的三相異步電動機，額定轉速nN=1450r/min，空載轉差率s=0.01，試求該電機的磁極對數(shù)p、同步轉速n1，空載轉速n0，額定負載時的轉差率sN和起動時的轉差率s。解：由額定轉速可知，電動機的空載轉速；n1=1500r/min；磁極對數(shù)p=2；空載時電動機轉速為：；額定轉差率為：；電動機起動時的轉差率：s=1;6-3一臺三相、四極、50Hz繞線轉子異步電動機，nN=1460r/min，UN=380V，Y聯(lián)接、定子每相串聯(lián)匝數(shù)W1=240匝，kw1=0.93，已知定子每相感應電勢E1為相電壓的85％。試求電機額定負載運行時轉子相電勢E2和頻率f2。解：由題目中的條件條件可知，欲求相電勢E2和頻率f2。需首先求電動機定子和轉子之間的變比ke。6-4有一臺3000V、6極、50Hz，Y聯(lián)接的三相異步電動機，額定轉速nN=975r/min，每相參數(shù)為：r1=0.42Ω，xl=2.0Ω，r'2=0.45Ω，x'2=2.0Ω，rm=67Ω，xm=48．7Ω。試分別用“T”形等效電路和簡化等效電路計算定子電流I1和轉子電流折算值I'2，并比較兩種計算結果的誤差。解：由電動機的T型型電路可知6-6一臺三相異步電機輸入功率為PN=32.8kW，定子銅耗pcual=1060W，鐵耗pFe=655W，附加損耗pad=165W，機械損耗pmec=280W，轉差率s=0.0206。試求電機的電磁功率Pem，轉子銅耗pcua2，輸出功率P2。解：由交流電動機的能流圖可以看出，從輸入端看電動機的電磁功率為：轉子銅損pcua2：輸出功率：6-7一臺異步電動機，額定電壓UN=380伏，Δ接法，f1=50Hz，額定功率PN=7.5kW，額定轉速nN=960r/min，額定負載時cosφN=0.824，定子銅耗pcua1=474W，鐵耗pFe=231W，機械損耗pmec=45W，附加損耗pad=37.5W，試計算額定負載時：(1)轉差率sN；(2)轉子電流的頻率f2，(3)轉子銅耗pcua2，(4)效率ηN，(5)定子電流I1。解：（1）額定轉速可知，電動機的同步轉速為1000轉/分，所以，其額定轉差率為：（2）（3）由電動機的能流圖可知：（4）（5）由三相功率表達式：可知：6-8有一臺三相四極鼠籠轉子異步電機，PN=10kW，UN=380伏，Δ接法，IN=20A，定、轉子銅耗分別為：pcua1=557W，pcua2=314W，鐵耗pFe=276W，機械損耗pmec=77W，附加損耗pad=200W，試求：(1)電動機的額定轉速nN；(2)額定負載制動轉矩TN和空載制動轉矩T0；(3)額定電磁轉矩Tem；(4)電動機輸出額定功率時的效率ηN。解：（1）由題中條件可知：磁極對數(shù)p=2；n1=1500轉/分；電磁功率為：由可知，額定轉差率sN為：（2）（3）因為空載時，pcua2≈0，所以空載轉矩為：（4）因為系統(tǒng)工作在額定條件下的總損耗為，所以額定工作時的效率為：6-9一臺三相六極鼠籠式異步電動機PN=3kW，UN=380伏，Y聯(lián)接，IN=7.25A，f1=50Hz，r1=2.01Ω，空載試驗數(shù)據(jù)為：U1=380V，I0=3.64A，p0=246W，pmec=11W，短路試驗中一點的數(shù)據(jù)為：Uk=100V，Ik=7.05A，pk=470W，忽略空載附加損耗，計算電機正常運行時參數(shù)xm、rm、x1、r'2、x'20(設x1=x'20)解：第7章思考題及答案7-1異步電機的機械特性表達公式有幾種?它們之間有何內在聯(lián)系?答：主要有種形式：一種為物理表達式；一種為參數(shù)表達式；另一種是實用表達式。它們都與電機本身的參數(shù)和轉差率相聯(lián)系。7-2異步電動機的機械特性方程式有哪幾種表達式?它們各有什么用途?答：物理表達式提示了電磁轉矩與轉子電流與和率因數(shù)之間的關系；參數(shù)表達式反映了電機參數(shù)與電磁轉矩之間的關系；而工程實際運算一般用實用表達式。7-4異步電動機的最大電磁轉矩Tmax。受哪個參數(shù)變化的影響最大?試從物理意義上解釋其原因。答：受電源電壓影響最大。這是因為，交流異步電動機的電磁轉矩與電源電壓的平方成正比。7-5異步電機機械特性參數(shù)式對應異步電機的哪一種等效電路?它的主要誤差是什么?答：異步電機機械特性參數(shù)式對應異步電機的T型等效電路。誤差主要是忽略了空載電流（或勵磁電流）或空載損耗。7-6試分析異步電動機定子繞組串電抗器的人工機械特性與降低電源電壓的人工機械特性有何異同?答：特性異同表現(xiàn)為：相同之處為空載轉速不變，轉矩都與電機端電壓的平方成正比；不同之處為串電抗器的人工機械特性的臨界轉差率會變，而純降低電源電壓的人工機械特性臨界轉差率不會變。7-7什么條件下異步電動機的電磁轉矩與轉差率存在近似正比例關系?nssNs0s=1TNTBnssNs0s=1TNTBATstt7-8鼠籠式異步電動機采用直接起動有何優(yōu)缺點?答：簡單易行，方便實用，但往往存在著起動電流過大，對所在電網(wǎng)造成沖擊，特別是頻繁起動，將嚴重影響電網(wǎng)供電。7-9三相異步電動機的最大轉矩及臨界轉差率與電機的哪些參數(shù)有關?在給定參數(shù)及電源頻率條件下，如電壓降到額定電壓的80％，最大轉矩如何變化?對臨界轉差率有沒有什么影響?答：三相異步電動機的最大轉矩與相數(shù)m、極對數(shù)p、電源電壓U1的平方有關，且成正比,與電源頻率f1，電機定子回路電阻r1和短路電抗有關，且成反比；而臨界轉差率則與電機轉子回路電阻r2成正比，與定子回路電阻r1和短路電抗成反比。在給定參數(shù)及電源頻率條件下，如電壓降到額定電壓的80％，最大轉矩將下降為額定最大轉矩的64%；而臨界轉差率不變。7-10鼠籠式和繞線式異步電動機有哪幾種間接起動方法?各有何優(yōu)缺點?答：鼠籠式異步電動機的間接起動動有：定子串電阻和電抗起動；Y—△起動；自耦變壓器起動，這些起動方法都能大幅度降低起動電流對電網(wǎng)的沖擊，但起動轉矩卻隨端電壓的降低成平方倍地下降。所串電阻還消耗能量。而繞線式異步電動機在上述起動方法的基礎上，還能夠采用在轉子繞組回路中串電阻和電抗的方法，優(yōu)點是能夠改善起動轉矩，提高起動能力，缺點是所串電阻消耗能量，必須在起動后迅速切除；串頻敏電阻的方法，可以省去切換電阻的過程，實現(xiàn)自適應起動。缺點是所串電阻都消耗能量。第7章練習題題解及答案7-6有一臺J2—82—4型鼠籠轉子異步電動機，PN=55kW，UN=380V，I1N=100A，nN=1475r/min，過載能力λm=2.0，起動電流倍數(shù)Ki=6.06，起動轉矩倍數(shù)Km=1.1，試求：(1)全壓直接起動時的IstN和TstN；(2)為了限制起動電流，采用定子串電阻起動，但要保證Tst=0.8TN；試求所串電阻值和Ist；(3)如采用自耦變壓器降壓起動，仍保證Tst=0.8TN，試求變壓器變比和Ist；(4)如采用Y-Δ起動，能否滿足Tst≥TstN。的要求?解：（1）全壓起動時，根據(jù)要求，需先計算出額定轉矩0α0αUNUstrkRxk于是有：（2）根據(jù)轉矩與電壓成平方倍的關系，有：（3）（4）顯然，，不能滿足起動要求。7-10一臺Y(1P23)160M—6異步電動機，額定電壓UN＝380V，Δ接法，f＝50Hz，PN＝7.5kW，額定轉速nN=960r/min，額定負載時cosφ＝0.824，定子銅耗pcua1＝474W，鐵耗pFe＝231W，機械損耗pmec＝45W，附加損耗pad＝37.5W，試計算：(1)額定轉差率sN；(2)額定運行時轉子銅耗。pcua2；(3)額定定子電流I1N；(4)效率ηN；(5)最大轉矩Tm；(6)起動轉矩Tst；(7)臨界轉差率sm。解：第8章思考題及答案8-1三相異步電動機斷了一根電源線成為單相還是兩相？為什么？答：電機仍能繼續(xù)工作，但不能停，一旦停車，則不能再起動，相當于起動后的單相電機。這是因為，若為Y接，則未斷的兩根電源線之間的線電壓將