華南理工大學(xué)電機(jī)學(xué)第四章思考題

-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)速高于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，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。這時電磁轉(zhuǎn)矩的方向和性質(zhì)是怎樣的？若把原動機(jī)去掉，電機(jī)的轉(zhuǎn)速有何變化？為什么？【答】感應(yīng)電動機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢、轉(zhuǎn)子有功電流的方向如圖所示，應(yīng)用右手定則判斷。站在轉(zhuǎn)子上觀察時，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，即電磁轉(zhuǎn)矩屬于制動性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。若把原動機(jī)去掉，即把與制動性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩平衡的原動機(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)，若將其定子三相短路，轉(zhuǎn)子中通入頻率為的三相交流電流，問氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子和相對于空間的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向?！敬稹考僭O(shè)轉(zhuǎn)子中頻率為的交流電流建立逆時針方向旋轉(zhuǎn)的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場，相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為；若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則，定子將受到逆時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，由牛頓第三定律可知，定子不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子為順時針旋轉(zhuǎn)，設(shè)其轉(zhuǎn)速為，則氣隙旋轉(zhuǎn)磁場相對于定子的轉(zhuǎn)速為。4-3三相感應(yīng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時，轉(zhuǎn)子所生磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速是否改變？為什么？【答】不變。因?yàn)檗D(zhuǎn)子所產(chǎn)生的磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為，而轉(zhuǎn)子本身又以轉(zhuǎn)速在旋轉(zhuǎn)。因此，從定子側(cè)觀看時，在空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)為，即無論轉(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)速總是等于同步轉(zhuǎn)速，在空間保持相對靜止。4-4頻率歸算時，用等效的靜止轉(zhuǎn)子去代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，這樣做是否影響定子邊的電流、功率因數(shù)、輸入功率和電機(jī)的電磁功率？為什么？【答】頻率歸算前后，轉(zhuǎn)子電流的幅值及其阻抗角都沒有變化，轉(zhuǎn)子磁動勢幅值的相位也不變，即兩種情況下轉(zhuǎn)子反應(yīng)相同，那么定子的所有物理量以及電磁功率亦都保持不變。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形等效電路中為什么能把它們畫在一起？【答】主要原因是進(jìn)行了頻率歸算。即用一個靜止的電阻為的等效轉(zhuǎn)子先代替電阻為的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，等效轉(zhuǎn)子和實(shí)際轉(zhuǎn)子具有同樣的轉(zhuǎn)子磁動勢，經(jīng)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)子其效果完全相同。所以，雖然兩者的頻率不相同，卻可在T型等效電路中畫在一起。4-6感應(yīng)電動機(jī)等效電路中的代表什么?能否不用電阻而用一個電抗去代替？為什么？【答】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，等效代替了電機(jī)軸上的功率。轉(zhuǎn)差率的大小代表電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)：電動機(jī)狀態(tài)，，，，代表電動機(jī)軸上輸出一個機(jī)械功率；發(fā)電機(jī)狀態(tài)，，，，代表發(fā)電機(jī)上輸入一個機(jī)械功率；電磁制動狀態(tài)，，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，同樣表示，，電機(jī)軸上將產(chǎn)生一個制動作用的機(jī)械功率。它不能用一個電抗去代替。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——電阻表示。4-7感應(yīng)電動機(jī)軸上所帶的負(fù)載增大時，定子電流就會增大，試說明其原因和物理過程?！敬稹控?fù)載增大時，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，由磁動勢平衡關(guān)系可知，定子磁動勢也增大，所以定子電流就會增大。4-8為什么感應(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蕚魉偷睫D(zhuǎn)子后，在轉(zhuǎn)子繞組中要消耗的銅耗，即轉(zhuǎn)子銅耗與電磁功率和轉(zhuǎn)差率成正比，故轉(zhuǎn)子銅耗也稱為轉(zhuǎn)差功率。4-9為什么感應(yīng)電動機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的，試說明其原因?！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)吸收一定的滯后無功電流；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代替，因?yàn)檩敵龅臋C(jī)械功率是有功的，故只能用有即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，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)的主要性能數(shù)據(jù)？【答】（1）利用空載試驗(yàn)：計(jì)算出…(1)，式中，，其中…(2)，…(3)，…(4)，為了求出，我們進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，根據(jù)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn),我們求出堵轉(zhuǎn)時的阻抗，即短路阻抗、電阻和電抗，其中，，，由此可算出：…(5)，若假定，則有，（式中）…(6)，再將(6)代入(4)中即可求出。（2）算出以上參數(shù)，在給定轉(zhuǎn)差率的情況下，根據(jù)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。若已知機(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)，若運(yùn)行在60Hz、380V的電源上，問電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流有何變化？【答】電機(jī)的漏抗，即漏抗變?yōu)樵瓉淼谋?，由于電源電壓不變，使最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩和起動電流都減小。4-17為什么繞線型感應(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？若串入起動電抗，是否會有同樣效果？【答】根據(jù)起動電流，當(dāng)串入起動電阻即增大后，起動電流減??；根據(jù)曲線和起動轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串入起動電阻后，因?yàn)椋饎訒r比較大，所以在一定范圍內(nèi)增大。若串入起動電抗，根據(jù)以上兩式，和都減小。4-18深槽和雙籠感應(yīng)電動機(jī)為什么具有較好的起動性能？【答】采用深槽和雙籠型的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，起動時有明顯的集膚效應(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)行時集膚效應(yīng)減弱，使轉(zhuǎn)子電阻恢復(fù)到固有直流電阻。（1）深槽感應(yīng)電動機(jī)：起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較高（），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，轉(zhuǎn)子頻率變得很低（僅），集膚效應(yīng)基本消失，于是導(dǎo)條內(nèi)的電流密度接近于均勻分布，電動機(jī)的工作特性接近于一般的籠型轉(zhuǎn)子電機(jī)。（2）雙籠感應(yīng)電動機(jī)：上籠通常用黃銅或鋁、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，轉(zhuǎn)子頻率較高，轉(zhuǎn)子的漏阻抗中漏抗起主要作用，因此上、下導(dǎo)條中電流分配主要取決于其漏抗。由于下籠漏抗很大，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)；然而上籠的電阻較大，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，轉(zhuǎn)子頻率很低，轉(zhuǎn)子的漏阻抗中電阻起主要作用，而下籠電阻較小、電流很大，起主要作用，則其工作特性接近于一般的籠型轉(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，電機(jī)內(nèi)部所發(fā)生的物理過程。若負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，問調(diào)速前、后轉(zhuǎn)子電流是否改變？為什么？【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，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流，所以轉(zhuǎn)子電流減小，而，工作時比較小，所以串入調(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，串入調(diào)速電阻，，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差增大，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，在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速時不變，即轉(zhuǎn)子電流的有功分量不變，同時，轉(zhuǎn)子的電抗不變，故轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。4-21怎樣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)向能否改變，為什么？【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相位角，氣隙中就會形成一個旋轉(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)一般兩相繞組是對稱的，這樣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)的轉(zhuǎn)向不能改變，因?yàn)檎謽O電動機(jī)是利用短路環(huán)的作用，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)方向從未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分，因此對于已造好的罩極電動機(jī)，無法改變其旋轉(zhuǎn)方向。4-22單相電容電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁動勢起動時是圓形的，如果不改變電容，運(yùn)行時旋轉(zhuǎn)