華南理工大學(xué)電機(jī)學(xué)第四章試探題

4-1把一臺三相感應(yīng)電動機(jī)用原動機(jī)驅(qū)動，使其轉(zhuǎn)速n高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速氣，定子接到三相交流電源，試分析轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和電流的方向。這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向和性質(zhì)是如何的？假設(shè)把原動機(jī)去掉，電機(jī)電動勢、轉(zhuǎn)子站在轉(zhuǎn)子上即電磁轉(zhuǎn)矩電動勢、轉(zhuǎn)子站在轉(zhuǎn)子上即電磁轉(zhuǎn)矩把與制動性【答】感應(yīng)電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)有功電流的方向如下圖，應(yīng)用右手定那么判定。觀看時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩］的方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，T屬于制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。假設(shè)把原動機(jī)去掉，即質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩T平穩(wěn)的原動機(jī)的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩去掉，電動機(jī)將在電磁轉(zhuǎn)矩T的作用下減速，回到電動機(jī)狀態(tài)。4-2有一臺三相繞線型感應(yīng)電動機(jī)，假設(shè)將其定子三相短路，轉(zhuǎn)子中通入頻率為八的三相交流電流，問氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相關(guān)于轉(zhuǎn)子和相關(guān)于空間的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。隙旋轉(zhuǎn)磁場，定子將受到逆順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，【答】假設(shè)轉(zhuǎn)子中頻率為匕的交流電流成立逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的氣相關(guān)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n=6Qfjp；假設(shè)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，依照左手定那么，時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩T，由牛頓第三定律可知，定子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子為e設(shè)其轉(zhuǎn)速為n，那么氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相關(guān)于定子的轉(zhuǎn)速為n-n隙旋轉(zhuǎn)磁場，定子將受到逆順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，4-3三相感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變時(shí)，轉(zhuǎn)子所生磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速是不是改變？什么緣故？【答】不變。因?yàn)檗D(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁動勢F2相關(guān)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為％=60fjp=560fjp=sndn，而轉(zhuǎn)子本身又以轉(zhuǎn)速n在旋轉(zhuǎn)。因此，從定子側(cè)觀看時(shí)，F(xiàn)2在空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)為An+n=（n,-n）+n=n,，即不管轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速是多少，轉(zhuǎn)子磁動勢和定子磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速老是等于同步轉(zhuǎn)速七，在空間維持相對靜止。4-4頻率歸算時(shí)，用等效的靜止轉(zhuǎn)子去代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，如此做是不是阻礙定子邊的電流、功率因數(shù)、輸入功率和電機(jī)的電磁功率？什么緣故？【答】頻率歸算前后，轉(zhuǎn)子電流的幅值及其阻抗角都沒有轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)子磁動勢幅值的相位也不變，即兩種情形下轉(zhuǎn)子反映相同，那么定子的所有物理量和電磁功率亦都維持不變。4-5三相感應(yīng)電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路其頻率互不相同，在T形等效電路中什么緣故能把它們畫在一路？【答】要緊緣故是進(jìn)行了頻率歸算。即用一個(gè)靜止的電阻為人2s的等效轉(zhuǎn)子先代替電阻為R的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子和實(shí)際轉(zhuǎn)子具有一樣的轉(zhuǎn)子磁動勢，通過頻率歸算后，就定子而言，旋轉(zhuǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)子和等效的靜止轉(zhuǎn)子其成效完全相同。因此，盡管二者的頻率不相同，卻可在T型等效電路中畫在一路。4-6感應(yīng)電動機(jī)等效電路中的上5氣代表什么?可否不用電阻而用一個(gè)電抗去代替？什么緣故？

【答】土氣是代表與歸算到定子邊的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的機(jī)械功率相對應(yīng)的等效電阻，從數(shù)量上看，P=ml'2R1^等效代替了電機(jī)軸上的功率。轉(zhuǎn)差率s的大小代表電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)：電動機(jī)狀態(tài)，0<s<1，i222s土R>0，P〉0，代表電動機(jī)軸上輸出一個(gè)機(jī)械功率；發(fā)電機(jī)狀態(tài)，s<0，R<0，P<0，代表發(fā)電s2is2i機(jī)上輸入一個(gè)機(jī)械功率；電磁制動狀態(tài)，s>1，表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，一樣表示寧R2<0，P<0，電機(jī)軸上將產(chǎn)生一個(gè)制動作用的機(jī)械功率。它不能用一個(gè)電抗去代替。因?yàn)殡妱訖C(jī)輸出的機(jī)械功率是有功的，故只能用有功元件一一電阻表示。4-7感應(yīng)電動機(jī)軸上所帶的負(fù)載增大時(shí)，定子電流就會增大，試說明其緣故和物理進(jìn)程?！敬稹控?fù)載增大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率上升，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的速度增加，轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流相應(yīng)增大，轉(zhuǎn)子磁動勢也增大，由磁動勢平穩(wěn)關(guān)系F1=孔+(—F2)可知，定子磁動勢也增大，因此定子電流就會增大。4-8什么緣故感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子銅耗稱為轉(zhuǎn)差功率？【答】因?yàn)殡姶殴β蔖傳送到轉(zhuǎn)子后，在轉(zhuǎn)子繞組中要消耗的銅耗p=mI2R=sP，即轉(zhuǎn)子銅耗與電磁eCu2222e功率P和轉(zhuǎn)差率s成正比，故轉(zhuǎn)子銅耗也稱為轉(zhuǎn)差功率。e4-9什么緣故感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)老是滯后的，試說明其緣故?！敬稹扛袘?yīng)電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的電磁關(guān)系猶如變壓器，電子電叫也由空載電流I；和負(fù)載分量電流I：l兩部份組成。I；維持氣隙主磁通和漏磁通，需從電網(wǎng)吸收必然的滯后無功電流；負(fù)載分量電流fLL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R，所消耗的功率來代替，因?yàn)檩敵龅臋C(jī)械功率是有功的，故只能用有功元件一一電阻來等效代替。再加上s2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，那么與轉(zhuǎn)子平穩(wěn)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)老是滯后的。4-10感應(yīng)電動機(jī)驅(qū)動額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，假設(shè)電源電壓下降過量，往往會使電機(jī)嚴(yán)峻過熱，乃至燒毀，試說明其緣故。負(fù)載不變，那么P1不變，U1降低，那么致使I]【答】由于P=p+p+p+P，又P=mUIcos中，1Cu1FeCu2Q11111會使電機(jī)過熱乃考慮，UI一Te燒損。與負(fù)載的機(jī)械特升高，銅耗增大。因此當(dāng)電壓下降過量時(shí)，至燒損。分析此進(jìn)程也可從負(fù)載不變，那么P1不變，U1降低，那么致使I]會使電機(jī)過熱乃考慮，UI一Te燒損。與負(fù)載的機(jī)械特如下圖，電源電壓下降過量，T-s曲線性將失去交點(diǎn)，即機(jī)組因ttl而停轉(zhuǎn)。而現(xiàn)在電源電壓仍然加在電機(jī)上，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，也確實(shí)是短路狀態(tài)。盡管電源電壓較低，但短路電流仍然專門大，故電機(jī)將嚴(yán)峻過熱乃至燒毀。假設(shè)T-s曲線與負(fù)載的機(jī)械特性仍有交點(diǎn)，那交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即s必然專門大?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)子銅耗p=sP專門大，故電機(jī)將嚴(yán)峻過熱乃至燒毀。cCu2ce4-11試說明籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)是如何確信的，端環(huán)的漏阻抗是如何歸并到導(dǎo)條中去的?！敬稹浚?）籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)取決于氣隙磁場的極數(shù)，而本身并無固定的極數(shù)。一個(gè)處于兩極氣隙磁場里的籠型轉(zhuǎn)子由于旋轉(zhuǎn)磁場Bm前后切割處在不同位置的導(dǎo)條，在每根導(dǎo)條中將感生不同的電動勢，由于導(dǎo)條和端環(huán)具有電阻和漏抗，因此導(dǎo)條電流要滯后導(dǎo)條電動勢一個(gè)阻抗角寸之，導(dǎo)條電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動勢F的基波幅值在電流散布在軸線上。由于導(dǎo)條內(nèi)的電流散布取決于氣隙主磁場的極數(shù)，故籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)與產(chǎn)生它的定子磁場的極數(shù)恒相一致，且定、轉(zhuǎn)子磁動勢波始終維持彼此靜止。（2）設(shè)氣隙磁場為正弦散布，那么導(dǎo)條中的感應(yīng)磁動勢也隨時(shí)刻正弦轉(zhuǎn)變；相鄰導(dǎo)條的電動勢相量之間將互差a2角，那么a2=心迎，式中。2為轉(zhuǎn)子槽數(shù)（即轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條數(shù)）。假設(shè)Qjp為整數(shù)，那么一對極下所有導(dǎo)。2條的電動勢相量將組成一個(gè)均勻散布的電動勢星形圖，即籠型繞組是一個(gè)幅值相等、相位相差a角的多相對稱繞組，其中每對極下的每一根導(dǎo)條就組成一相，因此籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)為m2=Qjp。假設(shè)Qjp為分?jǐn)?shù)，能夠?yàn)樵趐對極內(nèi)總共有Q相，現(xiàn)在m=Q。（3）由于每段端環(huán)同時(shí)與相鄰兩根導(dǎo)條連接，導(dǎo)條與端環(huán)內(nèi)的電流互不相等，端環(huán)漏阻抗很難分清屬于哪一相。因此要確信每相的阻抗，需要進(jìn)行電路的等效變換，把端環(huán)的多邊形阻抗化成等效的星形阻抗，然后才能將它歸并到導(dǎo)條阻抗中去。4-12一臺感應(yīng)電動機(jī)的性能能夠從哪些方面和用哪些指標(biāo)來衡量？【答】感應(yīng)電動機(jī)的特性可分為運(yùn)行和起動兩方面，運(yùn)行方面的指標(biāo)有：額定效率門N、額定功率因數(shù)cos中N、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)TT。起動方面的指標(biāo)有：起動電流倍數(shù)I口N、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)TT。4-13增大感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻或漏抗對起動電流、起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、額定效率有何阻礙?【答】增加感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻，起動電流Ist減小，由于臨界轉(zhuǎn)差率Tmax+cX'1o2ocR■■R2+11m=±―1Qs+cX'■1o2oU21,增加，同時(shí)起動轉(zhuǎn)矩Tst=±m(xù)【答】增加感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻，起動電流Ist減小，由于臨界轉(zhuǎn)差率Tmax+cX'1o2ocR■■R2+11m=±―1Qs+cX'■1o2oU21,增加，同時(shí)起動轉(zhuǎn)矩Tst=±m(xù)^URV增大，但最大轉(zhuǎn)矩QsR]+cR2力+^X1+cX2力+cX，1-11o2o不變，而轉(zhuǎn)差率為s=%2，轉(zhuǎn)子銅耗pg與轉(zhuǎn)子電流的平方成正比e4-14試述轉(zhuǎn)子電阻、電源電壓對感應(yīng)電動機(jī)T-5曲線的阻礙。感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T二±eQ5m—1感應(yīng)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T二±eQ5m—1(R)R1+C：k57RU2T15，而最大轉(zhuǎn)矩+G+cX，)1o2o_J.2c土R+[R2++cX，1-11o2o，對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率5=±cR

v'r2+(x+cX'11o2o，由此可知，最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻的數(shù)值無關(guān)，但增大轉(zhuǎn)子電阻，臨界轉(zhuǎn)差率5m增大，即T-5曲線的最大值往左偏移；臨界轉(zhuǎn)差率的大小與電源電壓的大小無關(guān)，但增大電源電壓，T-5曲線上移。4-15三相感應(yīng)電動機(jī)的參數(shù)如何測定？如何利用參數(shù)算出電動機(jī)的要緊性能數(shù)據(jù)?【答】⑴利用空載實(shí)驗(yàn):計(jì)算出X。"0|2-R0=其中RPmm12110...(2)，R=匕—P「e—PQ...(3)，1——Fem12110依照堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，咱們求出堵轉(zhuǎn)時(shí)的阻抗，2-R2...(1)，式中X0=X10+XX=X【答】⑴利用空載實(shí)驗(yàn):計(jì)算出X。"0|2-R0=其中RPmm12110...(2)，R=匕—P「e—PQ...(3)，1——Fem12110依照堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，咱們求出堵轉(zhuǎn)時(shí)的阻抗，2-R2...(1)，式中X0=X10+XX=X0+X1o...(4)，為了求出X即短路阻抗［、電阻Rk和電抗X^，其中Zm'R°=R10+Rm'咱們進(jìn)行堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)，U°P丁，尸"，1k11k1020【X-X1+\''0Xki0(式中X=X-R2X0-Xk)...(6)，再將(6)代入(4)中即可求出X。kik2X2m0(2)算出以上參數(shù)，在給定轉(zhuǎn)差率5的情形下，依照T型等效電路即可算出定、轉(zhuǎn)子電流和勵磁電流。定、轉(zhuǎn)子電流求出后即可算出定、轉(zhuǎn)子銅耗，電磁功率，轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率，電磁轉(zhuǎn)矩和輸入功率。假設(shè)已知機(jī)械損耗和雜耗，可進(jìn)一步算出輸出功率和電動機(jī)的效率。4-16有一臺50Hz、380V的三相感應(yīng)電動機(jī)，假設(shè)運(yùn)行在60Hz、380V的電源上，問電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流有何轉(zhuǎn)變？【答】電機(jī)的漏抗X=2fL，即漏抗變成原先的6倍，由于電源電壓不變，使最大轉(zhuǎn)矩5Tmaxm

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―iQsU122cE+M」Gi°+cf、起動轉(zhuǎn)矩TstmU2R-耳*+氣)：￥+cX2和起動電流121o2o4-17什么緣故繞線型感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入起動電阻后，起動電流減少而起動轉(zhuǎn)矩反而增大？假設(shè)串入起動電抗，是不是會有一樣成效？【答】依照起動電流I=0)U【答】依照起動電流I=0)U*k)1121o2o，當(dāng)串入起動電阻即R，增大后，起動電流減小；依2曲線和起動轉(zhuǎn)矩T=±m(xù)0^1*VstQR+cRV+板1+cX2力=±m(xù)U2立1o+cXJ+R：_c潸I而起動時(shí)x+cX'比較大dR2Qs板］+；R2)+Q1+cx2lo20當(dāng)串入起動電阻后，因?yàn)閐Tst所以在必然范圍內(nèi)T增大。假設(shè)串st入起動電抗X'，依照以上兩式，I和T都減小。ststst4-18深槽和雙籠感應(yīng)電動機(jī)什么緣故具有較好的起動性能？【答】采納深槽和雙籠型的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，起動時(shí)有明顯的集膚效應(yīng)，使得轉(zhuǎn)子電阻增大、電抗減小，以改善起動性能，而正常運(yùn)行時(shí)集膚效應(yīng)減弱，使轉(zhuǎn)子電阻恢復(fù)到固有直流電阻。深槽感應(yīng)電動機(jī)：起動時(shí)s=1，轉(zhuǎn)子電流頻率較高(f=f、=50Hz)，集膚效應(yīng)較強(qiáng)，類似于轉(zhuǎn)子串入較大的起動電阻，將產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，并限制了起動電流過大，從而提高電機(jī)的起動性能；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)入正常轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率變得很低(僅1?3Hz)，集膚效應(yīng)大體消失，于是導(dǎo)條內(nèi)的電流密度接近于均勻散布，電動機(jī)的工作特性接近于一樣的籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)。雙籠感應(yīng)電動機(jī)：上籠通經(jīng)常使用黃銅或鋁、青銅等電阻率較高的材料制成，且導(dǎo)條截面積較小，電阻較大；下籠用電阻率較低的紫銅制成，且導(dǎo)條截面積較大，電阻較小。起動時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率較高，轉(zhuǎn)子的漏阻抗中漏抗起要緊作用，因此上、下導(dǎo)條中電流分派要緊取決于其漏抗。由于下籠漏抗專門大，故電流很小，電流多擠集于上籠，類似于深槽電機(jī)中的集膚效應(yīng)；但是上籠的電阻較大，可產(chǎn)生較大的起動轉(zhuǎn)矩，從而提高電機(jī)的起動性能。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率很低，轉(zhuǎn)子的漏阻抗中電阻起要緊作用，而下籠電阻較小、電流專門大，起要緊作用，那么其工作特性接近于一樣的籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)。4-19試述雙速感應(yīng)電動機(jī)的變極原理。【答】4-20試分析繞線型感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入調(diào)速電阻時(shí)，電機(jī)內(nèi)部所發(fā)生的物理進(jìn)程。假設(shè)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，問調(diào)速前、后轉(zhuǎn)子電流是不是改變？什么緣故？E【答】在繞線型感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入調(diào)速電阻時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流I=一E一，因此轉(zhuǎn)子電流減小，2R2+jX2o(Vc2R2W+cX'h+R2-——2-，工作時(shí)X+cX'1o2o1o2o1s21+cR;V+G1+cX2，工作時(shí)X+cX'1o2o比較小，因此串入調(diào)速電阻后電磁轉(zhuǎn)矩變小。當(dāng)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，串入調(diào)速電阻，T<T,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差△〃=n-n增大，即轉(zhuǎn)子切割旋轉(zhuǎn)磁場的速度增大，轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電動勢增大。電磁轉(zhuǎn)矩T=C①Icos4，seTm22在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速時(shí)不變，即轉(zhuǎn)子電流的有功分量七cos氣不變，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的電抗不變，故轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。224-21如何改變單相電容電動機(jī)的轉(zhuǎn)向？單相罩極電動機(jī)的轉(zhuǎn)向可否改變，什么緣故？【答】感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。單向電容電動機(jī)是將電容器接入一相繞組，該相繞組的電流超前于未接入相繞組的電流一個(gè)相位角，氣隙中就會形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場，其方向?yàn)槌半娏飨噢D(zhuǎn)向滯后的電流相，需要正反轉(zhuǎn)的單向電容電動機(jī)一樣兩相繞組是對稱的，如此的電容器接入不同相，電動機(jī)就會有不同的轉(zhuǎn)向。但單向罩極電動機(jī)