4-1 把一臺(tái)三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)用原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，使其轉(zhuǎn)速高于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)和電流的方向。這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的方向和性質(zhì)是怎樣的？若把原動(dòng)機(jī)去掉，電機(jī)的轉(zhuǎn)速有何變化？為什么？【答】 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、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(shí)，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(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩。若把原動(dòng)機(jī)去掉，即把與制動(dòng)性質(zhì)電磁轉(zhuǎn)矩平衡的原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩去掉，電動(dòng)機(jī)將在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下減速，回到電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。4-2 有一臺(tái)三相繞線型感應(yīng)電動(dòng)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(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子和相對(duì)于空間的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向?！敬稹?假設(shè)轉(zhuǎn)子中頻率為的交流電流建立逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，相對(duì)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(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩，由牛頓第三定律可知，定子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，設(shè)其轉(zhuǎn)速為，則氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速為。 4-3 三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，轉(zhuǎn)子所生磁動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)相對(duì)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(shí)，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(dòng)勢(shì)和定子磁動(dòng)勢(shì)在空間的轉(zhuǎn)速總是等于同步轉(zhuǎn)速，在空間保持相對(duì)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，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(dòng)勢(shì)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(dòng)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(gè)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(dòng)勢(shì)，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(dòng)機(jī)等效電路中的代表什么?能否不用電阻而用一個(gè)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(duì)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(dòng)機(jī)狀態(tài)，代表電動(dòng)機(jī)軸上輸出一個(gè)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(gè)機(jī)械功率；電磁制動(dòng)狀態(tài)，表示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(gè)制動(dòng)作用的機(jī)械功率。它不能用一個(gè)電抗去代替。因?yàn)殡妱?dòng)機(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(dòng)機(jī)軸上所帶的負(fù)載增大時(shí)，定子電流就會(huì)增大，試說明其原因和物理過程?！敬稹?負(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(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流相應(yīng)增大，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)也增大，由磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系可知，定子磁動(dòng)勢(shì)也增大，所以定子電流就會(huì)增大。 4-8 為什么感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的，試說明其原因?！敬稹?感應(yīng)電動(dòng)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。 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； 負(fù)載分量電流取決于轉(zhuǎn)子電路。由等效電路可知，電動(dòng)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，故只能用有功元件電阻來等效代替。再加上轉(zhuǎn)子繞組的漏阻抗，故轉(zhuǎn)子電流只可能是滯后無功電流，則與轉(zhuǎn)子平衡的定子負(fù)載分量也只能是滯后的無功電流，因此異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的。 4-10 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，若電源電壓下降過多，往往會(huì)使電機(jī)嚴(yán)重過熱，甚至燒毀，試說明其原因?！敬稹?由于，又， 負(fù)載不變，則不變，降低，則導(dǎo)致升高，銅耗增大。所以當(dāng)電壓下降過多時(shí)，會(huì)使電機(jī)過熱甚至燒損。分析此過程也可從曲線來考慮，造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)或“爬行”，從而燒損。如圖所示，電源電壓下降過多，曲線與負(fù)載的機(jī)械特性將失去交點(diǎn)，即機(jī)組因而停轉(zhuǎn)。而此時(shí)電源電壓仍然加在電機(jī)上，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，也就是短路狀態(tài)。雖然電源電壓較低，但短路電流仍然很大，故電機(jī)將嚴(yán)重過熱甚至燒毀。若曲線與負(fù)載的機(jī)械特性仍有交點(diǎn)，那交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即必然很大。此時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗很大，故電機(jī)將嚴(yán)重過熱甚至燒毀。 4-11 試說明籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)是如何確定的，端環(huán)的漏阻抗是如何歸并到導(dǎo)條中去的?！敬稹?（1）籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)取決于氣隙磁場(chǎng)的極數(shù)，而本身并沒有固定的極數(shù)。一個(gè)處于兩極氣隙磁場(chǎng)里的籠型轉(zhuǎn)子由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)先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(dòng)勢(shì)，由于導(dǎo)條和端環(huán)具有電阻和漏抗，所以導(dǎo)條電流要滯后導(dǎo)條電動(dòng)勢(shì)一個(gè)阻抗角，導(dǎo)條電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的基波幅值在電流分布在軸線上。由于導(dǎo)條內(nèi)的電流分布取決于氣隙主磁場(chǎng)的極數(shù)，故籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)與產(chǎn)生它的定子磁場(chǎng)的極數(shù)恒相一致，且定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)波始終保持相互靜止。（2）設(shè)氣隙磁場(chǎng)為正弦分布，則導(dǎo)條中的感應(yīng)磁動(dòng)勢(shì)也隨時(shí)間正弦變化；相鄰導(dǎo)條的電動(dòng)勢(shì)相量之間將互差角，則，式中為轉(zhuǎn)子槽數(shù)（即轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條數(shù)）。若為整數(shù)，則一對(duì)極下所有導(dǎo)條的電動(dòng)勢(shì)相量將構(gòu)成一個(gè)均勻分布的電動(dòng)勢(shì)星形圖，即籠型繞組是一個(gè)幅值相等、相位相差角的多相對(duì)稱繞組，其中每對(duì)極下的每一根導(dǎo)條就構(gòu)成一相，所以籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)為。若為分?jǐn)?shù)，可認(rèn)為在對(duì)極內(nèi)總共有相，此時(shí)。（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。因此要確定每相的阻抗，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(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的性能可以從哪些方面和用哪些指標(biāo)來衡量？【答】 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的特性可分為運(yùn)行和起動(dòng)兩方面，運(yùn)行方面的指標(biāo)有：額定效率、額定功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。起動(dòng)方面的指標(biāo)有：起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。 4-13 增大感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻或漏抗對(duì)起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、額定轉(zhuǎn)速、額定效率有何影響？【答】 增加感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電阻，起動(dòng)電流減小，由于臨界轉(zhuǎn)差率增加，同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，但最大轉(zhuǎn)矩不變，而轉(zhuǎn)差率為，轉(zhuǎn)子銅耗與轉(zhuǎn)子電流的平方成正比增大，電磁功率則近似與轉(zhuǎn)子電流的一次方成正比增大，增加轉(zhuǎn)子電阻使轉(zhuǎn)子電流增大，即轉(zhuǎn)差率也增大，轉(zhuǎn)速略微減小，額定效率，定、轉(zhuǎn)子電流增大，銅耗增大，則額定效率降低，轉(zhuǎn)子邊有功分量增加，則額定功率因數(shù)增加；增加轉(zhuǎn)子漏抗，起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩都減小，額定轉(zhuǎn)速減小，額定效率不變，額定功率因數(shù)降低。 4-14 試述轉(zhuǎn)子電阻、電源電壓對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)曲線的影響。【答】 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，而最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率，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)差率增大，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(dòng)機(jī)的參數(shù)如何測(cè)定？如何利用參數(shù)算出電動(dòng)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(shí)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(lì)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(dòng)機(jī)的效率。 4-16 有一臺(tái)50Hz、380V的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，若運(yùn)行在60Hz、380V的電源上，問電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流都減小。 4-17 為什么繞線型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入起動(dòng)電阻后，起動(dòng)電流減少而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而增大？若串入起動(dòng)電抗，是否會(huì)有同樣效果？【答】 根據(jù)起動(dòng)電流，當(dāng)串入起動(dòng)電阻即增大后，起動(dòng)電流減?。桓鶕?jù)曲線和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)串入起動(dòng)電阻后，因?yàn)椋饎?dòng)時(shí)比較大，所以在一定范圍內(nèi)增大。若串入起動(dòng)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(dòng)機(jī)為什么具有較好的起動(dòng)性能？【答】 采用深槽和雙籠型的特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，起動(dòng)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(dòng)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。（1）深槽感應(yīng)電動(dòng)機(jī)：起動(dòng)時(shí)，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(dòng)電阻，將產(chǎn)生較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，并限制了起動(dòng)電流過大，從而提高電機(jī)的起動(dòng)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），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(dòng)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(dòng)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(dòng)時(shí)，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(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而提高電機(jī)的起動(dòng)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(dòng)機(jī)的變極原理?！敬稹?4-20 試分析繞線型感應(yīng)電動(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子中串入調(diào)速電阻時(shí)，因?yàn)檗D(zhuǎn)子電流，所以轉(zhuǎn)子電流減小，而，工作時(shí)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(shí)，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(chǎng)的速度增大，轉(zhuǎn)子上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大。電磁轉(zhuǎn)矩，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。 4-21 怎樣改變單相電容電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向？單相罩極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向能否改變，為什么？【答】 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向。單向電容電動(dòng)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(huì)形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，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(dòng)機(jī)一般兩相繞組是對(duì)稱的，這樣的電容器接入不同相，電動(dòng)機(jī)就會(huì)有不同的轉(zhuǎn)向。但單向罩極電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不能改變，因?yàn)檎謽O電動(dòng)機(jī)是利用短路環(huán)的作用，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)方向從未罩極部分轉(zhuǎn)向罩極部分，因此對(duì)于已造好的罩極電動(dòng)機(jī)，無法改變其旋轉(zhuǎn)方向。 4-22 單相電容電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)起動(dòng)時(shí)是圓形的，如果不改變電容，運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)還是圓形的嗎？【答】 若單相電容電動(dòng)機(jī)要獲得良好的起動(dòng)性能，則起動(dòng)時(shí)其電容值要比正常工作時(shí)的電容值大得多，如果電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)后不改變電容，即電容值偏大，產(chǎn)生在時(shí)間上可超前于正常工作時(shí)工作繞組電流一定的相角，從而存在反向旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，形成橢圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，不僅使合成電磁轉(zhuǎn)矩減小，降低電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)、效率和過載能力，而且會(huì)造成電機(jī)過熱，產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。7