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
为发电机状态。
n与同步转速n1之差对同步转速n1之比值s?nn?n s?0
110?s?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（p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。s?n1?nn1 （
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。 p 1 2 5 3 4
n1/r?min?1 1800 600 1000
n/r?min?1 1000 -500 n1?nn1f1/Hz 50 50 60 50 f2/Hz 3 s 0.03 -0.2 1 n2/r?min?1 f1n1?60Ps?
f2?sf1
?相对于转子的转速n?n?n F?相对于定子的转速n F211225．6 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
?相对旋转磁势，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?n1?nn1n1?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 电磁势平衡方程式：知I101L0磁时来抵消转子磁势的作用，∴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?Z ∵U?基本不变，I??，IZ略 从空载到满载，由电势平衡方程式U11111111?略有下降，故主磁通?略为下降。 有?∴Em1?代表什么意义？能否用5．9 异步电动机的等效电路有哪几种？等效电路中的??1?s?/s?R2电感或电容代替？
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?上的电功率就是电动机所产生的机械功率Pmec，它是有功功率，不能 消耗在1?sR2用电容或电感代替。
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? Tst?m1U11?12(R?R2?(x?x'))2111?2?2 ∴U1? Tmax? Tmax?U12
2'm1U1R21?1(R?R')2?(x?x')2121?2????E??I?Z ∴U1? Tst? Tst?U12 U111 1
∴E1?U1 E1?4.44f1Nk1N?1m ∴U1??m? 转矩Tem?CM?mI2cos?2不变，?m?I2? ∵Tem? Rem不变 s?Pcu2pemPem?1 ?1为常数 Tem不变
2 ∵P?mIcu212R2 ∵I2? ∴Pcu2? ∴s?（或者U1?，Tem成平
方下降，而负载转矩不变∴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？ Ist? Tmax?U1(R1?R'2)2?X(r1?X?2') 2 Tst?2'm1U1R21'2'2?1(R1?R2)?(X1??X2?)
2m1U11?12[R?R2?(X?X')2]111?2? cos?1?'x1?t?x2?tR1?R2S'
∴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?Tem?1?1m1U12R2s'2(R1?R2s)2?(X1??X2?)'' 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； 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
'1边的功率因数很低，由Tem?Cm?mI2 知，最初起cos?2 E2?12U1?mst?2?m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
''1由于R1?R2，x1??x2?∴E1?2U1
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??U??I?Z变小，??）会大一点（∵?E，cosm1111?2将明显提高Tst明显增加，Ist?
因为cos?2最大为1，接近1时变化不大了，相反，电阻率大了，电流明显减小，Tst反而会变小，∴并不是串电阻越大，起动转矩越大。
5．17 两台同样的笼型异步电动机共轴连接，拖动一个负载。如果起动时将它们的定子绕
组串联以后接至电网上，起动完毕后再改接为并联。试问这样的起动方法，对起动电流和转矩的影响怎样？ 通过串联起动，使每台电动机定子绕组电压为并联起动时候的1因此Tst为并联时2的1，Ist为并联起动时的1，而电网供给的起动电流为并联时的1（∵电网供给的424电流并联是一台起动电流的2倍）
5．18 绕线式三相异步电动机拖动恒转矩负载运行，试定性分析转子回路突然串入电阻后
降速的电磁过程。
5．19 绕线式三相异步电动机拖动恒转矩负载运行，在转子回路接入一个与转子绕组感应
电动势同频率、同相位的外加电动势，试分析电动机的转速将如何变化？
5．20 单绕组变极调速的基本原理是什么？一台四极异步电动机，采用单绕组变极方法变
为两极电机时，若外加电源电压的相序不变，电动机的转向将会这样？
5．21 为什么在变频恒转矩调速时要求电源电压随频率成正比变化？若电源的频率降低，
而电压的大小不变，会出现什么后果。
5．22 如果电网的三相电压显著不对称，三相异步电动机能否带额定负载长期运行？为什
么？
5．23 已知某一台三相异步电动机在额定电压下直接起动时，起动电流等于额定电流的6
倍，试计算当电网三相电压不对称、负序电压分量的大小等于额定电压10%、电机带额定负载运行时，定子相电流可能出现的最大值是额定电流的多少倍？这样的运行情况是否允许？为什么？