电机学答案第章

第五章 异步电机

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？ 转差率为转子转速

态。 0?n与同步转速n1之差对同步转速n1之比值s?nn?n s?0 为发电机状

11s?1为电动机状态，s?1为电磁制动状态。

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？

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。

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?60f1/p（何？转差率如何计算？

假如定子是可转动的，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，所以转子为逆时针旋转。sn1?nn1p为定、转子绕组极对数）沿顺时针方向旋转，问此时转子转向如

? （

n为转子转速）

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？

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。这是因为

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。

5．5 三相异步电机的极对数

p、同步转速n1、转子转速n、定子频率f1、转子频率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。 1 2 5 3 4 1800 600 1000 -500 50 1000 50 50 60 3 1 F2相对于转子的转速n2&&相对于定子的转速n ?n1?n F215．6 试证明转子磁动势相对于定子的转速为同步速度n1。

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F2相对于转子的转速n，转差率为s&时，转子电流的频率f2?sf1，则这个磁动势相对转子的转速为sn1，它相对定子的转向永远相同，相对定子的转速为sn1?n?n1n1?nn1?n?n1，即永远为同步速。

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？

绕组折算：将异步电机转子绕组折算成一个相数为m1，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。

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

1?ssR2的模拟电阻，而定子方各物理量不变。

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。

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？

&?I&?I& 当负载时，定子电流只有一个分量I&，用以产生磁时来抵消转 电磁势平衡方程式：知I101L0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。

&??E&?I&&&& 从空载到满载，由电势平衡方程式U111Z1 ∵U1基本不变，I1?，I1Z1略有?∴E1略有

下降，故主磁通?m略为下降。

?代表什么意义？能否用电感或电容代5．9 异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的?1?s?/sR2替？

等效电路 T形等效电路

?形 准确P形等效电路（?为复数） 换准确P形等效电路（?为实数） 简化?形等效电路（?=1）

s? 消耗在1?mec，它是有功功率，不能用电容或电感代sR2上的电功率就是电动机所产生的机械功率P??替。

5．10 异步电动机带额定负载运行时，若电源电压下降过多，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、?m、I2、s有何影响？

∵Tem?T2?T0负载不变 ∴Tem不变 Tem?CM?mI2cos?2如电压下降过多?m?，为保持Tem不

变，I2??I1?易烧毁电机。

Tmax? Tstm1U11?12(R?R2?(x?x'))2111?2?2'm1U1R2'2(R1?R2)?(x1?'2?x2?)2 ∴U1? Tmax? Tmax?U1

221??1&??E&?I& ∴U1? Tst? Tst?U1 U111Z1

∴E1?U1 E1?4.44f1N1kN1?m ∴U1??m? 转矩Tem?CM?mI2cos?2不变，?m?I2? ∵Tem?Pem?1 ?1为常数 Tem不变

Rem不变 s?Pcu2pem ∵Pcu2?m1I2R2 ∵I2? ∴Pcu2? ∴s?（或者U1?，Tem成平方下降，而负

2载转矩不变∴n?s?）

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？

∴漏电抗与Ist,Tst,Tmax成反比，与cos?1成正比

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？

（1）R2增加一倍，Tst增加，Tmax不变 （2）x??x2?增加一倍，Tst减小，Tmax减小

（3）f1由50Hz变为60Hz，相当于x??x2?增加，且分母增大了∴Tst，Tmax减小

5．13 一台笼型异步电动机，原来转子是插铜条的，后因损坏改为铸铝的，在输出同样转矩的情况下，下

列物理量将如何变化？

（1）转速n； R2?Tem2R2m1U1s'2(R1?R2s)2?(X1??X2?)''''?1?1 Tem? 而负载转矩不变，∴n下降

（2）转子电流I2；

负载转矩不变，Tem基本不变，∵Tem?Cm?mI2cos?2∴I2基本不变。 （3）定子电流I1； I1?I2∴I1基本不变。 （4）定子功率因数cos?1；

（5）输入功率P1；

T2基本不变∴P1基本不变。 （6）输出功率P2；

P2?（∵R2?Pcu2增大） （7）效率?； ??∵损耗减小 （8）起动转矩Tst； （9）最大电磁转矩Tmax。

' Tmax不变

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，

串入适当的电抗时，是否也有相似的效果？

转子侧串入电抗，不能增大起动转矩∵串如电抗后I2?虽然?m增大了，但cos?2 下降∴总起来起动转矩Tst?Cm?mI2cos?2仍然不能增大。

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？

Ist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。

Tst不大的原因是：在刚起动时，n=0 ,s=1，转子频率较高，转子电抗较大，转子边的功率因数

1很低，由Tem?Cm?mI2cos?2 E2?12U1 ?mst?2?m 知，最初起动时，虽然I2较大，但因

'cos?2很低，∴Tst仍然不大。

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表面流

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Ist?,Tst?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，提高了电机的效率。

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？

试分析比较串入电阻前后起动时的?m、I2、cos?2、Ist是如何变化的？串入的电阻越大是否起动转矩越大？为什么？

绕线式转子串入电阻R?后，转子电流减小，定子电流也减小，但起动转矩增大，这是因为：在起动

时，s?1，虽然串入R?导致I2减小，但却使得E1?U1设串电阻前由于R1?R2，x1??x2?∴

''E1?12U1

②?m较大，接近正常运行时的主磁通，转子回路功率因数 ③cos?2?''R2?R?''2'(R2?R?)?x2?增大，综合三个因素，Tst?

一般情况下，串入电阻后，I2和I1将变小，?m基本不变，严格地讲，随I1变小，?m会大一点

&?U&?I&（∵?E111Z1变小，?m?），cos?2将明显提高Tst明显增加，Ist?