【正文】 知，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩，長期低壓運(yùn)行，異步電動機(jī)的功率因數(shù)很低，電能使用效率低，并且定、轉(zhuǎn)子電流都偏大，有可能燒毀電機(jī)。77 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻改善了功率因數(shù)，使起動轉(zhuǎn)矩增加；籠型轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)起動時轉(zhuǎn)矩小，如果把電阻串在定子繞組里以改善功率因數(shù)，起動轉(zhuǎn)矩能否提高？為什么？答： 把電阻串在定子繞組里雖然可以改善功率因數(shù)，但也起到了分壓的作用，實(shí)際加在定子繞組的電壓將減小，起動轉(zhuǎn)矩不能提高。78 一臺額定頻率為50Hz的三相異步電機(jī)，當(dāng)定子繞組加額定電壓，轉(zhuǎn)子繞組開路時的每相感應(yīng)電動勢為100V。設(shè)電機(jī)額定運(yùn)行時的轉(zhuǎn)速n=960r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場相同，問：（1）此時電機(jī)運(yùn)行在什么狀態(tài)？（2）此時轉(zhuǎn)子每相電動勢為多少？（忽略定子漏阻抗壓降影響）（3）轉(zhuǎn)子參數(shù)，試求額定運(yùn)行時轉(zhuǎn)子電流是多少？解： （1）轉(zhuǎn)差率，此時電機(jī)運(yùn)行在正向電動狀態(tài)。 （2）此時轉(zhuǎn)子每相電動勢。 （3）額定運(yùn)行時轉(zhuǎn)子電流 79 一臺三相異步電動機(jī)的數(shù)據(jù)為：，，定子繞組為Δ接法。已知該三相異步電動機(jī)一相的參數(shù)為：，，，忽略不計(jì)。試求：（1）額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電流的頻率。（2）作T型等效電路，并計(jì)算額定負(fù)載時的定子電流、轉(zhuǎn)子電流折算值、輸入功率和功率因數(shù)為多少？解： （1）額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)差率 轉(zhuǎn)子電流的頻率 （2）T型等效電路為 額定負(fù)載時的阻抗計(jì)算： 定子相電流 定子線電流 功率因數(shù) （滯后） 輸入功率 感應(yīng)電動勢 轉(zhuǎn)子電流折算值 710 一臺三相4極異步電動機(jī)，其額定功率，額定頻率。在額定負(fù)載運(yùn)行情況下，定子銅耗為341W，，機(jī)械損耗為45W，附加損耗為29W。（1）畫出功率流程圖，標(biāo)明各功率及損耗。（2）在額定運(yùn)行的情況下，求電動機(jī)的效率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩各是多少？解： （1）功率流程圖如下： ， ， ， （2）效率 轉(zhuǎn)差率 轉(zhuǎn)速 電磁轉(zhuǎn)矩 輸出轉(zhuǎn)矩 711 一臺三相6極異步電動機(jī)，其額定數(shù)據(jù)為：，， 。額定負(fù)載時定子邊的功率因數(shù)，定子銅耗、，忽略附加損耗。計(jì)算在額定負(fù)載時：（1）轉(zhuǎn)差率；（2）轉(zhuǎn)子銅耗；（3）效率；（4）定子電流；（5）轉(zhuǎn)子電流的頻率。解： （1）轉(zhuǎn)差率 （2）轉(zhuǎn)子銅耗 由，可得電磁功率和轉(zhuǎn)子銅耗 （3）效率 （4）由，得定子電流（相電流，Y接法） （5）轉(zhuǎn)子電流的頻率 第八章 同步電機(jī)原理81 異步電動機(jī)與同步電動機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的形成上有什么相同之處？在凸極同步電動機(jī)中為什么要把電樞反應(yīng)磁動勢分成直軸和交軸兩個分量？答： 相同之處在于，兩者的電磁轉(zhuǎn)矩都是定、轉(zhuǎn)子磁場相互作用的結(jié)果，且穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場在空間保持相對靜止或同步。 在凸極同步電動機(jī)中，定、轉(zhuǎn)子間的氣隙不均勻，但氣隙磁阻分別沿直軸方向和交軸方向?qū)ΨQ。對于電樞反應(yīng)磁動勢在電機(jī)主磁路中產(chǎn)生的磁通，可視為直軸電樞磁動勢與交軸電樞磁動勢在電機(jī)主磁路中分別產(chǎn)生磁通的疊加。因?yàn)榭偸窃谥陛S方向，總是在交軸方向，盡管氣隙不均勻，但對直軸或交軸來說，都分別為對稱磁路，這就給分析帶來了方便。所以，在凸極同步電動機(jī)中要把電樞反應(yīng)磁動勢分成直軸和交軸兩個分量。82 同步電動機(jī)欠勵運(yùn)行時，從電網(wǎng)吸收什么性質(zhì)的無功功率？過勵時，從電網(wǎng)吸收什么性質(zhì)的無功功率？答： 同步電動機(jī)欠勵運(yùn)行時，勵磁電流比正常勵磁電流小，在這種情況下同步電動機(jī)除了從電網(wǎng)吸收有功功率以外，還要從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率。這時同步電動機(jī)就像一個電阻電感性負(fù)載，需要電網(wǎng)提供滯后的無功功率，加重了電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)，所以同步電動機(jī)一般很少采用欠勵運(yùn)行方式。 同步電動機(jī)欠勵運(yùn)行時，勵磁電流比正常勵磁電流大，在這種情況下同步電動機(jī)除了從電網(wǎng)吸收有功功率以外，還要從電網(wǎng)吸收超前的無功功率，相當(dāng)于對電網(wǎng)輸出滯后的無功功率。這時同步電動機(jī)就像一個電阻電容性負(fù)載，對改善電網(wǎng)的功率因數(shù)非常有益。83 同步電動機(jī)帶額定負(fù)載時，若保持勵磁電流不變，而負(fù)載降為零時，功率因數(shù)是否會改變？答： 當(dāng)負(fù)載降為零，也就是空載運(yùn)行時，同步電動機(jī)的有功功率降到最小（只維持自身的空載轉(zhuǎn)矩），而電機(jī)內(nèi)部感性無功并沒什么變化，這樣有功減小，無功不變 功率因數(shù)會變小。84 一臺凸極同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子若不加勵磁電流，它的功角特性和矩角特性是什么樣的？答： 根據(jù)凸極同步電動機(jī)電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式 若轉(zhuǎn)子不加勵磁電流，則感應(yīng)電動勢，電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩為 相應(yīng)的功角特性和矩角特性如下圖的曲線2所示。 85 一臺拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行的同步電動機(jī)，忽略定子電阻，當(dāng)功率因數(shù)為超前性的情況下，若減小勵磁電流，電樞電流將怎樣變化？答： 根據(jù)同步電動機(jī)改變勵磁電流時的相量圖，在功率因數(shù)超前的情況下，若減小勵磁電流，電樞電流將減小。 86 同步電動機(jī)為什么沒有起動轉(zhuǎn)矩？一般如何使它起動？起動時應(yīng)注意什么問題？答： 同步電動機(jī)在電源頻率恒定時，其轉(zhuǎn)速是不能調(diào)節(jié)的，電動機(jī)能穩(wěn)定運(yùn)行要求其平均電磁轉(zhuǎn)矩必須不為零。而起動時，轉(zhuǎn)速從零到同步轉(zhuǎn)速，這個過程中轉(zhuǎn)速是變化的，產(chǎn)生的是脈動電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子受到一個忽正忽負(fù)的轉(zhuǎn)矩作用，平均電磁轉(zhuǎn)矩等于零，所以同步電動機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩。 通常在同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上裝有類似異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子籠型繞組的起動繞組，用于異步起動。需要注意的是，為防止勵磁繞組出現(xiàn)高電壓和大電流，起動時須在勵磁繞組中外串一個較大阻值的電阻，并閉合勵磁繞組，待轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時，再切除串入的大電阻，通入正常的勵磁電流。 87 試從起動與運(yùn)行諸方面對異步電動機(jī)與同步電動機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)作綜合性比較。答： （1）基本結(jié)構(gòu)：同步電動機(jī)和異步電動機(jī)的定子繞組是相同的，主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子上有直流勵磁繞組，需要外加勵磁電源，通過滑環(huán)引入電流；而異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是短路繞組，靠電磁感應(yīng)產(chǎn)生電流。 （2）工作原理：異步電動機(jī)定子通入交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，而轉(zhuǎn)子受感應(yīng)而產(chǎn)生磁場，兩磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場而轉(zhuǎn)動。由于轉(zhuǎn)子比定子旋轉(zhuǎn)磁場慢，有個轉(zhuǎn)差，不同步，所以稱為異步電機(jī)；而同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子是人為加入直流電形成恒定磁場，這樣轉(zhuǎn)子就跟著定子旋轉(zhuǎn)磁場一起旋轉(zhuǎn)并保持同步，所以稱為同步電機(jī)。 （3）起動能力：異步電動機(jī)定子接三相交流電后可以直接起動；而同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子磁極上必須裝有專門的起動繞組，并且勵磁繞組必須經(jīng)一大電阻短接后，才可以正常起動。 （4）運(yùn)行特性：同步電動機(jī)可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來靈活控制功率因數(shù)，且效率較高，多用于工礦大型沒備；而異步電動機(jī)的功率因數(shù)不可調(diào)，且功率因數(shù)和效率均偏低，因此在一些大的工廠，異步電動機(jī)應(yīng)用較多時，可附加一臺同步電機(jī)做調(diào)相機(jī)用，用來調(diào)節(jié)工廠與電網(wǎng)接口處的功率因數(shù)。 （5）使用維護(hù)：同步電動機(jī)因?yàn)橛袆畲爬@組和滑環(huán)，維護(hù)工作量大，造價也較高；而異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且基本上可以免維護(hù)，易于安裝、使用和維護(hù)。88 已知一臺隱極式同步電動機(jī)的數(shù)據(jù)為：額定電壓，額定電流，額定功率因數(shù)（超前），定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，同步電抗，忽略定子電阻。當(dāng)這臺電機(jī)在額定運(yùn)行時，求：（1）空載電動勢；（2）功率角；（3）電磁功率；（4）過載倍數(shù)。解： 由上圖所示： （1）空載電動勢 （2）功率角 （3）電磁功率 （4）過載倍數(shù) 89 一臺三相凸極式同步電動機(jī)，定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，額定電壓為380V，直軸同步電抗，交軸同步電抗。運(yùn)行時電動勢（相值），求電磁功率。解： 810 （超前）的額定電流，該機(jī)的同步電抗標(biāo)幺值為，試求空載電動勢和功率角。解： ， 根據(jù)上面所示的相量圖，得 功率角 空載電動勢（標(biāo)幺值） 811 一臺三相、Y聯(lián)結(jié)，400V、50Hz、80kVA、1000r/min同步電動機(jī)，同步電抗的標(biāo)幺值為，忽略定子電阻。外部的負(fù)載情況要求該機(jī)發(fā)出的電磁轉(zhuǎn)矩為。試求：（1）當(dāng)，時的輸入電流及其功率因數(shù)；（2）當(dāng)，時的輸入電流及其功率因數(shù)；（3）當(dāng)，時的輸入電流及其功率因數(shù)。解： 額定電流為 電磁功率為 （1）根據(jù)凸極同步電動機(jī)的功角特性 求得 根據(jù)凸極同步電動機(jī)的相量圖，得輸入電流（標(biāo)幺值） 功率因數(shù) （滯后） （2）根據(jù)凸極同步電動機(jī)的功角特性 求得 根據(jù)凸極同步電動機(jī)的相量圖，得輸入電流（標(biāo)幺值） 功率因數(shù) （超前） （3）根據(jù)凸極同步電動機(jī)的功角特性 求得 根據(jù)凸極同步電動機(jī)的相量圖，得輸入電流（標(biāo)幺值） 功率因數(shù) （滯后）812 一臺接在大電網(wǎng)上運(yùn)行的凸極式同步電動機(jī)，其標(biāo)幺值參數(shù)為，忽略定子電阻。額定負(fù)載時電動機(jī)的功率角為。試求：（1）額定負(fù)載時的空載電動勢標(biāo)幺值；（2）在上述空載電動勢情況下的過載能力；（3）在負(fù)載保持額定的情況下，求該電動機(jī)能保持同步運(yùn)行的最低空載電動勢標(biāo)幺值；（4）當(dāng)轉(zhuǎn)子失磁時，電動機(jī)可能輸出的最大功率標(biāo)幺值。解： （1）根據(jù)凸極同步電動機(jī)的矩角特性 額定負(fù)載時的空載電動勢標(biāo)幺值為 （2）在上述空載電動勢情況下，根據(jù)矩角特性 通過求極值，可得時，即此時電動機(jī)的過載能力為。 （3）在負(fù)載保持額定的情況下，根據(jù)矩角特性 通過求極值，可得時。 （4）當(dāng)轉(zhuǎn)子失磁時，即，根據(jù)功角特性 顯然，當(dāng)時。第九章 交流電機(jī)拖動基礎(chǔ)91 異步電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻有無關(guān)系？答： 根據(jù)異步電動機(jī)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式， 可知的大小與轉(zhuǎn)子電阻沒有關(guān)系。92 已知異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流成正比，為什么異步電動機(jī)在額定電壓下起動時，起動電流倍數(shù)很大而起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)并不大？答： 普通的異步電動機(jī)如不采取任何措施而直接接入電網(wǎng)起動時，往往起動電流很大，而起動轉(zhuǎn)矩不足。其原因可以根