华南理工大学电机学第四章思考题

-1把一台三相感应电动机用原动机驱动，使其转速高于旋转磁场的转速，定子接到三相交流电源，试分析转子导条中感应电动势和电流的方向。这时电磁转矩的方向和性质是怎样的？若把原动机去掉，电机的转速有何变化？为什么？【答】感应电动机处于发电机状态，转子感应电动势、转子有功电流的方向如图所示，应用右手定则判断。站在转子上观察时，电磁转矩的方向与转子的转向相反，即电磁转矩属于制动性质的转矩。若把原动机去掉，即把与制动性质电磁转矩平衡的原动机的驱动转矩去掉，电动机将在电磁转矩的作用下减速，回到电动机状态。4-2有一台三相绕线型感应电动机，若将其定子三相短路，转子中通入频率为的三相交流电流，问气隙旋转磁场相对于转子和相对于空间的转速及转子的转向。【答】假设转子中频率为的交流电流建立逆时针方向旋转的气隙旋转磁场，相对于转子的转速为；若转子不转，根据左手定则，定子将受到逆时针方向的电磁转矩，由牛顿第三定律可知，定子不转时，转子为顺时针旋转，设其转速为，则气隙旋转磁场相对于定子的转速为。4-3三相感应电动机的转速变化时，转子所生磁动势在空间的转速是否改变？为什么？【答】不变。因为转子所产生的磁动势相对于转子的转速为，而转子本身又以转速在旋转。因此，从定子侧观看时，在空间的转速应为，即无论转子的实际转速是多少，转子磁动势和定子磁动势在空间的转速总是等于同步转速，在空间保持相对静止。4-4频率归算时，用等效的静止转子去代替实际旋转的转子，这样做是否影响定子边的电流、功率因数、输入功率和电机的电磁功率？为什么？【答】频率归算前后，转子电流的幅值及其阻抗角都没有变化，转子磁动势幅值的相位也不变，即两种情况下转子反应相同，那么定子的所有物理量以及电磁功率亦都保持不变。4-5三相感应电动机的定、转子电路其频率互不相同，在T形等效电路中为什么能把它们画在一起？【答】主要原因是进行了频率归算。即用一个静止的电阻为的等效转子先代替电阻为的实际旋转的转子，等效转子和实际转子具有同样的转子磁动势，经过频率归算后，就定子而言，旋转的实际转子和等效的静止转子其效果完全相同。所以，虽然两者的频率不相同，却可在T型等效电路中画在一起。4-6感应电动机等效电路中的代表什么?能否不用电阻而用一个电抗去代替？为什么？【答】是代表与归算到定子边的转子所产生的机械功率相对应的等效电阻，从数量上看，等效代替了电机轴上的功率。转差率的大小代表电机的运行状态：电动机状态，，，，代表电动机轴上输出一个机械功率；发电机状态，，，，代表发电机上输入一个机械功率；电磁制动状态，，表示旋转磁场的转向与转子转向相反，电磁转矩方向与转子转向相反，同样表示，，电机轴上将产生一个制动作用的机械功率。它不能用一个电抗去代替。因为电动机输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件——电阻表示。4-7感应电动机轴上所带的负载增大时，定子电流就会增大，试说明其原因和物理过程。【答】负载增大时，电机转速下降，转差率上升，转子绕组切割磁力线的速度增加，转子的感应电动势、感应电流相应增大，转子磁动势也增大，由磁动势平衡关系可知，定子磁动势也增大，所以定子电流就会增大。4-8为什么感应电动机的转子铜耗称为转差功率？【答】因为电磁功率传送到转子后，在转子绕组中要消耗的铜耗，即转子铜耗与电磁功率和转差率成正比，故转子铜耗也称为转差功率。4-9为什么感应电动机的功率因数总是滞后的，试说明其原因。【答】感应电动机定、转子间的电磁关系犹如变压器，电子电流也由空载电流和负载分量电流两部分组成。①维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸收一定的滞后无功电流；②负载分量电流取决于转子电路。由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流过虚拟的附加电阻所消耗的功率来代替，因为输出的机械功率是有功的，故只能用有即曲线的最大值往左偏移；临界转差率的大小与电源电压的大小无关，但增大电源电压，曲线上移。4-15三相感应电动机的参数如何测定？如何利用参数算出电动机的主要性能数据？【答】（1）利用空载试验：计算出…(1)，式中，，其中…(2)，…(3)，…(4)，为了求出，我们进行堵转试验，根据堵转试验,我们求出堵转时的阻抗，即短路阻抗、电阻和电抗，其中，，，由此可算出：…(5)，若假定，则有，（式中）…(6)，再将(6)代入(4)中即可求出。（2）算出以上参数，在给定转差率的情况下，根据T型等效电路即可算出定、转子电流和励磁电流。定、转子电流求出后即可算出定、转子铜耗，电磁功率，转子的机械功率，电磁转矩和输入功率。若已知机械损耗和杂耗，可进一步算出输出功率和电动机的效率。4-16有一台50Hz、380V的三相感应电动机，若运行在60Hz、380V的电源上，问电动机的最大转矩、起动转矩和起动电流有何变化？【答】电机的漏抗，即漏抗变为原来的倍，由于电源电压不变，使最大转矩、起动转矩和起动电流都减小。4-17为什么绕线型感应电动机的转子中串入起动电阻后，起动电流减少而起动转矩反而增大？若串入起动电抗，是否会有同样效果？【答】根据起动电流，当串入起动电阻即增大后，起动电流减小；根据曲线和起动转矩，当串入起动电阻后，因为，而起动时比较大，所以在一定范围内增大。若串入起动电抗，根据以上两式，和都减小。4-18深槽和双笼感应电动机为什么具有较好的起动性能？【答】采用深槽和双笼型的特殊转子结构，起动时有明显的集肤效应，使得转子电阻增大、电抗减小，以改善起动性能，而正常运行时集肤效应减弱，使转子电阻恢复到固有直流电阻。（1）深槽感应电动机：起动时，转子电流频率较高（），集肤效应较强，类似于转子串入较大的起动电阻，将产生较大的起动转矩，并限制了起动电流过大，从而提高电机的起动性能；当电机转入正常转速运行时，转子频率变得很低（仅），集肤效应基本消失，于是导条内的电流密度接近于均匀分布，电动机的工作特性接近于一般的笼型转子电机。（2）双笼感应电动机：上笼通常用黄铜或铝、青铜等电阻率较高的材料制成，且导条截面积较小，电阻较大；下笼用电阻率较低的紫铜制成，且导条截面积较大，电阻较小。起动时，转子频率较高，转子的漏阻抗中漏抗起主要作用，因此上、下导条中电流分配主要取决于其漏抗。由于下笼漏抗很大，故电流很小，电流多挤集于上笼，类似于深槽电机中的集肤效应；然而上笼的电阻较大，可产生较大的起动转矩，从而提高电机的起动性能。当电机转入正常运转运行时，转子频率很低，转子的漏阻抗中电阻起主要作用，而下笼电阻较小、电流很大，起主要作用，则其工作特性接近于一般的笼型转子电机。4-19试述双速感应电动机的变极原理。【答】4-20试分析绕线型感应电动机的转子中串入调速电阻时，电机内部所发生的物理过程。若负载为恒转矩负载，问调速前、后转子电流是否改变？为什么？【答】在绕线型感应电动机的转子中串入调速电阻时，因为转子电流，所以转子电流减小，而，工作时比较小，所以串入调速电阻后电磁转矩变小。当负载为恒转矩负载时，串入调速电阻，，转子转速下降，转差增大，即转子切割旋转磁场的速度增大，转子上的感应电动势增大。电磁转矩，在恒转矩负载调速时不变，即转子电流的有功分量不变，同时，转子的电抗不变，故转子电流增大，定子电流也增大。4-21怎样改变单相电容电动机的转向？单相罩极电动机的转向能否改变，为什么？【答】感应电动机的转向取决于旋转磁场的转向。单向电容电动机是将电容器接入一相绕组，该相绕组的电流超前于未接入相绕组的电流一个相位角，气隙中就会形成一个旋转磁场，其方向为超前电流相转向滞后的电流相，需要正反转的单向电容电动机一般两相绕组是对称的，这样的电容器接入不同相，电动机就会有不同的转向。但单向罩极电动机的转向不能改变，因为罩极电动机是利用短路环的作用，产生椭圆形旋转磁场，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分，因此对于已造好的罩极电动机，无法改变其旋转方向。4-22单相电容电动机的旋转磁动势起动时是圆形的，如果不改变电容，运行时旋转