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势幅值Fm??0.9Nkw?I，谐波次数?越高，其幅值就越小。 ?p （4）绕组采取分布式和适当短距的措施可以减少谐波成分，使磁动势的波形近似正弦波。 6-3

从物理意义上解释为什么三相交流绕组产生的磁动势是旋转的？ 答：

交流电机定、转子气隙中旋转磁场的产生有两个条件：① 三相绕组对称：互差120°空间电角度；① 三相电源对称：互差120°时间电角度。当三相交流绕组中通入三相电流时，交流绕组各自产生沿绕组轴向方向的脉振磁场，三相脉振磁场合成的结果就是气隙磁场。该气隙合成磁场的幅值保持不变，在时间上将按照A-B-C的相序移动。三相脉振磁场之间相差120°，交替起来就形成了气隙中的旋转磁场。 6-4

三相绕组接在三相电源上，如果有一相断路，则绕组所产生的磁动势具有怎样的性质？ 答：

如果有一相断电，则只有两相绕组电流产生磁动势，空间相差120°电角度的两相脉振磁动势的合成无法满足对称条件，其合成磁动势应该是一个椭圆形的旋转磁场。 6-5

如果在三相对称绕组中通入时间上同相位的电流，则绕组所产生的磁动势具有怎样的性质？ 答：

因为单相绕组产生的是沿轴向方向的脉振磁动势，如果在三相对称绕组中通入时间上同相位的电流，所产生的三相脉振磁动势幅值的变化就完全相同，其合成磁动势就为零，这种情况就如同Y形连接三相对称电路的中线电流为零。

第七章 异步电机原理

7-1 为什么说异步电机的工作原理与变压器的工作原理类似？试分析两者的异同点。

答：

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异步电机和变压器在功能、外型特征和运行方式上很不相同，但它们在工作原理上有很大

的相似性，都是通过电磁感应原理来工作的。异步电机的定子相当于变压器的一次侧，转子相当于变压器的二次侧，两者的基本方程式、等效电路和相量图都非常相似。尤其是当异步电机

堵转时，转子上的感应电压与定子电压之间的关系，与变压器的情况完全一样。因此，异步电机又被形象地称为“旋转变压器”。

两者的不同之处主要表现在，同容量的异步电机和变压器相比，变压器的空载电流较小。空载电流是用于产生励磁磁场或主磁通的，变压器的主磁通回路没有像异步电机定、转子间的气隙，完全由铁磁材料组成的主磁路磁阻很小，产生一定磁通所需的电流就很小。这样，变压器可以长期空载运行。

7-2 试说明异步电机频率折算和绕组折算的意义、折算条件及折算方法。

答：

转子绕组折算就是用新绕组替换原绕组。为了导出等效电路，用一个与定子绕组的相数、

匝数和绕组因数都相同的等效绕组替换实际转子绕组，折算前后转子绕组的磁动势和各种功率及损耗不变，即从定子方看转子，一切未变。折算的方法就是将转子方的电压或电动势乘以异步电机的电压比ke，将转子方的电流除以异步电机的电流比ki，将转子方的阻抗乘以keki。 频率折算就是用静止的转子替换旋转的转子，折算条件也是磁动势和各种功率及损耗不变。为此，只要将转子电阻Rr'用电阻拟电阻1'或者说在转子回路串入一个实际上并不存在的虚Rr来代替，s1?s'Rr。 s

7-3 异步电动机在空载运行、额定负载运行及短路堵转运行3种情况下的等效电路有什么

不同？当定子外加电压一定时，3种情况下的定、转子感应电动势大小、转子电流及转子功率因数角、定子电流及定子功率因数角有什么不同？ 答：

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Rs?Xs?Rr'?'Xr0Us?IsEs?'Er0Ir'1?s'Rrs

图7-13 异步电动机的T形等效电路

异步电动机在空载运行时，转子转速n接近同步转速n1，转差率s?0，由异步电动

机的T型等效电路可知，虚拟电阻1?s'Rr为无穷大，转子电流为零，没有机械功输出。此时，s定子电流（空载电流）也很小，定子感应电动势较大，定子功率因数较小。 异步电动机在堵转运行时，转子转速n?0，转差率s?1，虚拟电阻1?s'Rr为零，转子电s流很大，有可能烧毁电机。此时，定子电流较大，定子感应电动势较小，定子功率因数较大。 异步电动机额定负载运行的情况介于上述两者之间。

7-4 用异步动电机等效电路解释为什么异步电动机的功率因数总是滞后的？为什么异步电

动机不宜在轻负载下运行？ 答：

由等效电路可见，异步电动机可以等效为若干电阻与电感的串并联，属于电感型负载，

而电感的电流特性即是电流滞后于电压的变化，所以其功率因数总是滞后。

如果异步电动机轻载运行，转子转速n就比较接近同步转速n1，转差率s很小，由等效电路可见，虚拟电阻1?s'Rr将很大，定、转子电流都很小，定子感应电动势较大，定子功率因s数较小。这样，电动机的运行效率和功率因数都很低，电能使用效率低。所以，异步电动机不宜在轻负载下长期运行。

7-5 异步电动机外加电压的大小与最初起动电流有什么关系？与最初起动转矩有什么关系？

为什么电磁转矩随外加电压的平方变化？ 答：

在不考虑磁路饱和效应的情况下，异步电动机最初起动电流与外加电压成正比，最初起动转矩与外加电压的平方成正比。

由电机的基本理论可知，异步电动机的电磁转矩是由定、转子磁场相互作用的结

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果，产生定子磁场的定子电流由定子外加电压产生，产生转子磁场的转子电流由定子磁场的感应作用而产生，也可视为定子外加电压作用的结果，所以异步电动机的电磁转矩随外加电压的平方变化。

7-6 异步电动机运行时，若负载转矩不变而电源电压下降10%，对电机的同步转速n1、转

子转速n、主磁通?m、转子电流Ir、转子回路功率因数cos?2、定子电流Is等有何影响？如果负载转矩为额定负载转矩，长期低压运行，会有何后果？ 答：

首先，电机的同步转速n1保持不变，主磁通?m将减小。其次，根据电磁转矩的计算公式Te?CT?mIrcos?2，因为负载转矩不变，转子转速n必然下降，以增大定、转子间的转差，使转子电流Ir增大，随之定子电流Is也增大，以产生足够的电磁转矩来平衡负载转矩。最后，转子转速n的减小，使转子电流频率增大，转子回路的漏电抗增大，转子回路功率因数cos?2将减小。

由上分析可知，如果负载转矩为额定负载转矩，长期低压运行，异步电动机的功率

因数很低，电能使用效率低，并且定、转子电流都偏大，有可能烧毁电机。

7-7 绕线转子异步电动机转子串电阻改善了功率因数，使起动转矩增加；笼型转子异步电

动机起动时转矩小，如果把电阻串在定子绕组里以改善功率因数，起动转矩能否提高？为什么？ 答：

把电阻串在定子绕组里虽然可以改善功率因数，但也起到了分压的作用，实际加在定子绕组的电压将减小，起动转矩不能提高。

7-8 一台额定频率为50Hz的三相异步电机，当定子绕组加额定电压，转子绕组开路时的

每相感应电动势为100V。设电机额定运行时的转速n=960r/min，转子转向与旋转磁场相同，问：

（1）此时电机运行在什么状态？

（2）此时转子每相电动势Er为多少？（忽略定子漏阻抗压降影响）

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