电机学答案第5章

1、申第五章异步电机薄5.1什么叫转差率？如何根据转差率来判断异步机的运行状态？ni-n菜转差率为转子转速n与同步转速口之差对同步转速ni之比值s=s1为电磁制动状态.量5.2异步电机作发电机运行和作电磁制动运行时,电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样？怎样区分这两种运行状态？薄发电机运行和电磁制动运行时,电磁转矩方向都与转向相反,是制动转矩；但发电机的转向与旋转磁场转向相同,转子转速大于同步速,电磁制动运行时,转子转向与旋转磁场转向相反.妨5.3有一绕线转子感应电动机,定子绕组短路,在转子绕组中通入三相交流电流,其频率为f1,旋转磁场相对于转子以n1=60f/pp为定、转子绕组极对数沿顺时针方向

2、旋转,问此时转子转向如何？转差率如何计算？蚂假设定子是可转动的,那么定子应为顺时针旋转与旋转磁场方向相同但因定子固定不动不能旋转,所以转n1n子为逆时针旋转.s=kn为转子转速11蚁5.4为什么三相异步电动机励磁电流的标幺值比变压器的大得多？芳在额定电压时异步机空在电流标么值为30%左右,而变压器的空载电流标么值为50%左右.这是由于异步机在定子和转子之间必须有空隙,使转子能在定子内圆内自动转动,这样异步机的磁路磁阻就较大,而变压器磁路中没有气隙,磁阻小,因此,相对变压器而言,异步电动机所需励磁磁动势大,励磁电流大.刷5.5三相异步电机的极对数p、同步转速山、转子转速n、定子频率f1、转子频率

3、f2、转差率s及转子磁动势F2相对于转子的转速n2之间的相互关系如何？试填写下表中的空格.肃1蒙50肇0.03袄2蔻1000神50w1800肄60袅3蔽5衿600肄-500羁3聿1000斯-0.2肄4前50螂1前F2相对于转子的转速n2=n1-nF2相对于定子的转速n1曹5.6试证实转子磁动势相对于定子的转速为同步速度n1.螃转子磁势是由转子三相或多相对称绕组感应的三相或多相对称电流产生的一个旋转磁势,这个磁势相对转子的转速由转子电流的频率决定,当转子的转速为寸2相对于转子的转速n,转差率为s时,转子电流的频率f2=sf1,那么这个磁动势相对转子的转速为sn,它相对定子的转向永远相同,相对定子

4、的转速为ni_nsr+n=-njr+n=r,即永远为同步速.膀5.7试说明转子绕组折算和频率折算的意义,折算是在什么条件下进行的？蔓绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为叫,匝数为N1,绕组系数为kN1的等效转子绕组来替代原来的转子绕组,保持极对数不变.薇频率折算：用一个等效的静止转子来代替原来的旋转的转子,在该静止转子回路中串入一个r2的模拟电阻,而定子方各物理量不变.艘折算的条件：保持转子磁动势不变,及转子上有功,无功率不变.辐5.8异步电动机定子绕组与转子绕组没有直接联系,为什么负载增加时,定子电流和输入功率会自动增加,试说明其物理过程.从空载到满载,电机主磁通有无变化？腿电磁势平

5、衡方程式：知巾=十I1当负载时,定子电流只有一个分量lL用以产生磁时来抵消转子磁势的作用,.虽然定转子无直接电联系,定子电流会自动增加的原因.帆从空载到满载,由电势平衡方程式Ui=-比+1亿1;Ui根本不变,iL,I1Z1略有Ei略有下降,故主磁通6m略为下降.薄5.9异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的11-s?s】R；代表什么意义？能否用电感或电容代替？蔗等效电路T形等效电时11r形准确p形等效狐.为复数蜗换准确P形等效电路仃为实数蚂简化形等效电路仃=1建消耗在1/R2上的电功率就是电动机所产生的机械功率Pmec,它是有功功率,不能用电容或电感代替.蟆5.10异步电动机带额定负载运行

6、时,假设电源电压下降过多,会产生什么严重后果？试说明其原因.如果电源电压下降,对感应电动机的Tmax、Tst、6m、I2、S有何影响？蟆Tem=T2+T0负载不变.Tem不变Tem=CM6m12cos中2如电压下降过多m1,为保持Tem不变,I2tI1易烧毁电机.1mu22肃Tmax=8获夺笈鬲7u1vTmaxvTmax工U12-覆TstTrQ21；：XUrTsrTstUl由,1乙1 R1R21,-.x2-蜜,E1：U1E1=4.44flN1kN1：m,3、科转矩Tem=CMml2C0S%不变,m2:Tem=j01为常数Tem不变蔻Rem不变S=P.u2=mJ；R2;I2.Pcu2.S或者JJ

7、,Tem成平方下降,而负载转矩不变,pemnJs范5.11漏电抗大小对异步电动机的运行性能,包括起动电流、起动转矩、最大转矩、功率因数等有何影响？为什么？凯,漏电抗与Ist,Tst,Tmax成反比,与COsQ成正比赣5.12某绕线转子异步电动机,如果1转子电阻增加一倍；2转子漏电抗增加一倍；3定子电压的大小不变,而频率由50Hz变为60Hz,各对最大转矩和起动转矩有何影响？袄1R2增加一倍,Tst增加,Tmax不变蝇2x0-x2o增加一倍,Tst减小,Tmax减小苗3f1由50Hz变为60Hz,相当于x+xz.增加,且分母增大了Tst,Tmax减小卜列物肇5.13台笼型异步电动机,原来转子是插

8、铜条的,后因损坏改为铸铝的,在输出同样转矩的情况下,理量将如何变化？犀1转速n；蓬R2Tem=岳:U；,dTemJ而负载转矩不变,n下降肆2转子电流|2;腿负载转矩不变,Tem根本不变,:Tem=Cm.1m12cos中2,I2根本不变.蒂3定子电流|1;衿I1=I2I1根本不变.腿4定子功率因数C0S%;黄5输入功率R；裂T2根本不变,P1根本不变.莫6输出功率P2；袈P2IR2Pcu2增大黄7效率；充“J:损耗减小聿8起动转矩Tst;蜗9最大电磁转矩Tmax.甫Tmax不变蛔5.14绕线式三相异步电动机转子回路串人适当的电阻可以增大起动转矩,腿串入适当的电抗时,是否也有相似的效果？蚀转子侧串

9、入电抗,不能增大起动转矩二串如电抗后I2J虽然6m增大了,但cos%荽下降.总起来起动转矩Tst=CmGm12cos%仍然不能增大.展5.15普通笼型异步电动机在额定电压下起动时,为什么起动电流很大而起动转矩不大？但深槽式或双笼电动机在额定电压下起动时,起动电流较小而起动转矩较大,为什么？星1st大的原因是：在刚启动时,转子处于静止状态,旋转磁场以较大的转速切割转子导环,在转子中产生较大的电势,因而产生较大的电流,由磁势平衡关系,定子中也将流过较大的电流.赣Tst不大的原因是：在刚起动时,n=0,s=i,转子频率较高,转子电抗较大,转子边的功率因数很低,由Tem=Cm6m12cos52E2电1

10、Ui6mst=16m知,最初起动时,虽然I2较大,但因COs邛2很低,Tst仍然不大.肄对深槽和双鼠笼异步电动机在起动时f2=f1,有明显的集肤效应,即转子电流在转子导体外表流动,相等于转子导体截面变小,电阻增大,即相等于转子回路串电阻,使IstMTst当起动完毕后,f2=sf1很小,没有集肤效应,转子电流流过的导体截面积增大,电阻减小,相当于起动时转子回路所串电阻去掉,减小了转子铜损耗,提升了电机的效率.腿5.16绕线转子异步电动机在转子回路中串人电阻起动时,为什么既能降低起动电流又能增大起动转矩？试分析比拟串入电阻前后起动时的m、|2、COs平2、1st是如何变化的？串入的电阻越大是否起动

11、转矩越大？为什么？曹绕线式转子串入电阻R口后,转子电流减小,定子电流也减小,但起动转矩增大,这是由于：在起动时,s=1,虽然串入Rq导致I2减小,但却使得E1比U1设串电阻前由于R1定R,X1仃定X2仃E1定WU1蟆m较大,接近正常运行时的主磁通,转子回路功率因数艘OOH=一增大,综合三个因素,Tst膂一般情况下,串入电阻后,I2和Ii将变小,6m根本不变,严格地讲,随Ii变小,6m会大一点(.一E=UiIi乙变小,Gm),S中2将明显提升丁曳明显增加,1st1膀由于cos%最大为1,接近1时变化不大了,相反,电阻率大了,电流明显减小,Tst反而会变小,并不是串电阻越大,起动转矩越大.薄5.1

12、7两台同样的笼型异步电动机共轴连接,拖动一个负载.如果起动时将它们的定子绕组串联以后接至电网上,起动完毕后再改接为并联.试问这样的起动方法,对起动电流和转矩的影响怎样？先通过串联起动,使每台电动机定子绕组电压为并联起动时候的g因此Tst为并联时的,1st为并联起动时的而电网供应的起动电流为并联时的4(电网供应的电流并联是一台起动电流的2倍)蔽5.28一台型号为JQ-82-4的三相异步电动机的额定功率为55k四额定电压为380V,额定功率因数为0.89,额定效率为91.5%,试求该电动机的额定电流妍PN=73JNINCOsCPNnNIN=EcNs-=看鼠菰制为.=102.62(A)薇5.29某异

13、步电动机的额定频率为50Hz,额定转速为970r/min,问该电机的极数是多少？额定转差率是多少？英;nN=970%所=1000；4n=誓,p=3极数为6极.第5.30台50Hz三相绕线式异步电动机,定子绕组Y联接,在定子上加额定电压.当转子开路时,其滑环上测得电压为72V,转子每相电阻R2=0.6建,每相漏抗X2q=4C.忽略定子漏阻抗压降,试求额定运行Sn=0.04,时,蔗(1)转子电流的频率；莆转子电流的频率f2=sNf=0.04父50=2(Hz)甚(2)转子电流的大小；聿滑环上测得电压为72V,这是线电压,相电压为7%3二.转子开路,且忽略定子漏阻抗压降,说明转子上的电压为V2=723

14、&二kekiR2X2；-keKX2二keU2打一区12.(R2)2-X22；-k(004)42.68kj.I2=k/2=2.68(A)*(3)转子每相电动势的大小；蒲.转子开路时测得的转子感应电势为E2=%,3=41.57(V)此时转子不转,即S=1,当Sn=0.04时E2s=SE2=0.0441.57=1.66(V)蓬(4)电机总机械功率.薄5.31一台三相异步电动机的数据为：UN=380V,定子联接,50Hz,额定转速nN=1426r/min,Ri=2.865G,Xi仃=7.71夏,R2=2.82夏,X2口=11.75Q,Rm忽略不计,Xm=202C.试求：膈(1)极数；蒲解：.nN=14

15、26%.,n1=1500%n,P=2,即2P=4袂(2)同步转速；s(3)额定负载时的转差率和转子频率；科(4)绘出T型等效电路并计算额定负载时的I1、P1、COS%和I2.蜜=1=嬴翳彳=6.337131.99,定子电流为内1=11.04(A)用cos%=cos(-31.99C)=0.848(滞后)E1339.975.405蜗2=Z=-58.4111.61=5.821-17.0141(A)即380-41.54-j32.02=338.46-j32.02=339.97|-5.404；螃5.32JQ-92-4三相异步电动机的数据为：P2=75kW,UN=380V(定子联接),nN=1480r/mi

16、n,=0.088建,Xg=0.404C,R；=0.073.,X2仃=0.77建,Rm=2.750,Xm=2*,机械损耗Pmec=1.1kW.试用T型、较准确r型和简化r型三种等效电路计算额定负载时的定子电流、功率因数和效率,并对计算结果进行分析比拟.展T型等效电路:二禺=70,514|22.8,(A)即1卜=70,514(A)cos单1=0,9219(滞后)为了求菜功率,要计算I2,1m_386,37_386,37699(A)IE1386,37-1478(A),12-Z2-5.529-69.9(A)1m-Zm一26,145一l4,78(A)_2_2_2_,_2_蜜,Pcui=3IiRi=3x7

17、0,5x0.088=1312(W)Pcu2=3匹=3,69.9乂0.073=1073(W)22衿PFe=3ImRm=3父14,78父2.75=1802(W)Pmec=1100(W)Pad忽略.藏较准确P型电路蠢5.33某三相异步电动机,PN=10kW,UN=380V线电压,IN=19,8A,4极,Y联接,R=0,5C.空载试验数据为：U=380V线电压,I0=5.4A,P0=0.425kW,机械损耗pmec=0.08kW.短路试验中的一点为：Uk=120V线电压,屋=18.1A,Pk=0.92kW.试计算出忽略空载WW口损耗和认为X1y=X2CJ时的参数R；、X1GRm和Xm.380赚空载试验

18、：Z0=管=飞蜡=40.63.忽略Pad301.263?5.42=3.444(C)或者km425_8035.42-0.5黄短路试验:蜜5.34一台三相异步电动机的输入功率为10.7kW,定子铜耗为450W铁耗为200W转差率为s=0.029,试计算电动机的电磁功率、转子铜耗及总机械功率.用Pem=P-Pcu1-PFe=10700-450-200=10050(W)电磁功率蚀5.35台JQ-52-6异步电动机,额定电压为380V,定子A联接,频率50Hz,额定功率7.5kW,额定车t速960r/min,额定负载时cosQ=0.824,定子铜耗474W铁耗231W机械损耗45VV附加损耗37.5W,

19、试计算额定负载时,蜗1转差率；螃2转子电流的频率;妨3转子铜耗；膈4效率；蚕5定子电流.裂160fni工P3000=1000min=0.04ni-n1000-960ni-1000衿f2=Sf1=0.04X50=2HZ曹3Pmec=P2+Pmec+Pad=7500+45+37.5=7582.5W蠢4P=FCu+FCu2+Re+匕ec+Fad=474+316+213+45+37.5=1103.5W膂5P=四111cos%=638011x0.824=385A,频,机械损耗=0.202C,0.1375Q,奠5.36台4极中型异步电动机,PN=200kW,UN=380V,定子A联接,定子额定电流IN率5

20、0Hz,定子铜耗Pcu2=5.12kW,转子铜耗pcu2=2.85kW,铁耗pFe=3.8kWPmec=0.98kW,附加损耗Pad=3kW,R1=0.0345建,Xm=5.9建.正常运行时X仃R；=0.022C,X；o=0.195G；起动时,由于磁路饱和与趋肤效应的影响,Xg=R；=0.0715.,X；.：0.11C.试求：交1额定负载下的转速、电磁转矩和效率；Pad=200+0.98+3=203.98kw肃2最大转矩倍数即过载水平和起动转矩倍数.蔽解：1Pmec=P2+Pmec+.PcS即2.85Spmec1-S203.981-SiecBS=0.01378(2)Tmax=2j2(R,R12

21、2m1u1(X1X2J)蠢5.37一台三相8极异步电动机的数据为：PN=200kW,UN=380V,f=50Hz,nN=722r/min,过载水平kM=2.13.试求：腿1产生最大电磁转矩时的转差率；肇2s=0.02时的电磁转矩.膈1T.21一膀推倒如下：=-丁=一即Tem=TN时Tmax_N.mkm-m-N22劳Sm-2km-N-m+仃n=0求一元二次方程即可w节5.38一台三相4极异步电动机额定功率为28kWUn=380V,0n=90%,cos邛=0.88,定子为三角形联接.在额定电压下直接起动时,起动电流为额定电流的6倍,试求用Y-A起动时,起动电流是多少？莫解：羁直接起动时的起动电流：菱用Y-起动时：期5.39一台三相绕线转子异步电动机,PN=155kW,|N=294A,2P=4,UN=380V,Y联接.其参数为R1=R；=0.012Q,X1a=X；a=0.06Q,仃1生1,电动势及电流的变比ke=K=1.2.现要求把起动电流限制为3倍额定电流,试计算应在转子回路每相中接入多大的起动电阻？这时的起动转矩为多少？藕解:菽起动时阻抗:腿,每相接入的起动电阻为:=0.1347力0.1