第14练 认识三相异步电动机（1） 江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练

编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练的第14练，内容涵盖2-2-1 认识三相异步电动机。 江苏省（职教高考）机电类 一课一练 《电气系统安装与调试》（高教版·第2版） 第14练 模块2 电气控制线路常用低压电器及电动机 项目2 认识电动机 任务1 认识三相异步电动机（1） 一、判断题 1．三相异步电动机正常运行时转子转速n略低于同步转速n0，两者之差称为转差。将电动机的负载完全卸掉后，转子转速会上升到恰好等于同步转速n0，此时电磁转矩仍然存在，维持转子以同步转速稳定旋转。（ ） 2．三相异步电动机的定子铁心中嵌放有三相对称绕组（各相绕组在空间上互差120°电角度），当向这三相绕组中通入三相对称交流电（各相电流在时间上互差120°电角度）时，会在定子与转子之间的气隙中产生一个旋转磁场，旋转磁场的转速n0=60f/p称为同步转速，其旋转方向与三相电流的相序一致。 二、单项选择题 3．一台报废的三相异步电动机被拆解后可以看到，定子铁心不是一整块实心钢，而是由许多薄片叠压而成，每片表面还涂有绝缘漆。这种采用叠片结构设计的根本目的是（ ）。 A．减轻电动机的总质量 B．减小铁心中的涡流损耗 C．降低制造成本 D．方便拆卸维修 4．维修人员在一台三相异步电动机铭牌上只能看清极数2p=6和额定频率50Hz两项参数，其余均被油污覆盖。他想知道这台电动机旋转磁场的同步转速，计算结果是（ ）。 A．1000r/min B．1500r/min C．750r/min D．3000r/min 5．一台新安装的三相异步电动机，通电试机时发现电动机反转。电工将配电箱中接到电动机的三根电源线中的任意两根对调后，电动机恢复正转。这个操作改变的实质是（ ）。 A．电源电压的幅值 B．电动机定子绕组的磁极对数 C．三相电源接入定子绕组的相序 D．定子绕组的星形和三角形接法 6．一台4极三相异步电动机，额定频率50Hz，铭牌上标注额定转速为1440r/min。该电动机在额定负载下运行时的转差率为（ ）。 A．0.96 B．0.6 C．0.2 D．0.04 7．鼠笼式异步电动机的转子绕组由嵌放在转子铁心槽中的导体条和两端的端环构成，形似一个鼠笼。转子槽中的导体条与端环之间的连接方式是（ ）。 A．通过绝缘套管使导体条与端环之间电气隔离 B．直接由铝液一次性铸入或用铜条与端环焊接为一体 C．通过滑动触点使导体条与端环之间可相对运动 D．通过离心开关仅在电动机起动时接通正常运行中断开 三、填空题 8．三相异步电动机的定子主要由____和嵌放在铁心槽内的____组成。定子铁心与转子铁心之间留有一个很小的间隙称为____。定子铁心采用____材料叠压而成，片间涂有绝缘漆，目的是减小铁心中的____损耗。 9．一台6极三相异步电动机，电源频率为50Hz，其旋转磁场的同步转速n0=____r/min。如果该电动机的额定转速为950r/min，则额定转差率sN=____。当电动机刚接通电源、转子尚未开始转动的瞬间，转差率s=____，此时的转子感应电流频率为____Hz。 四、综合分析题 10．实训演示中，一个可以灵活转动的小铝框（模拟笼型转子）靠近旋转的U形磁铁（模拟旋转磁场）后，小铝框跟随磁铁旋转起来，但始终比磁铁转得稍慢一些。结合这个演示请回答：（1）这个实验揭示了异步电动机的哪两个核心原理？铝框为什么会转动？（2）实验中小铝框始终比磁铁转得慢，如果设法使铝框转速恰好等于磁铁转速，会发生什么现象？这对应电动机中的什么物理概念？（3）实际电动机中的旋转磁场不是由旋转磁铁产生的，而是由定子三相绕组产生的。产生旋转磁场需要满足哪两个基本条件？磁场转速（同步转速）由哪些因素决定？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 编写说明：考虑到中职学生普遍基础知识相对薄弱的情况，我们依据支架式教学理念，精心编制了江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练。专辑里的每一份练习，都与课堂所授知识点紧密相关，题目围绕课堂所学知识点呈现。目的在于激发学生的学习兴趣，培养他们的学习自觉性，帮助学生扎实掌握课程的基本概念与基本方法，为他们后续的逐步提升奠定坚实基础。 本卷是江苏省（职教高考）机电类《电气系统安装与调试》（高教版·第2版）一课一练的第14练，内容涵盖2-2-1 认识三相异步电动机。 江苏省（职教高考）机电类 一课一练 《电气系统安装与调试》（高教版·第2版） 第14练 模块2 电气控制线路常用低压电器及电动机 项目2 认识电动机 任务1 认识三相异步电动机（1） 一、判断题 1．三相异步电动机正常运行时转子转速n略低于同步转速n0，两者之差称为转差。将电动机的负载完全卸掉后，转子转速会上升到恰好等于同步转速n0，此时电磁转矩仍然存在，维持转子以同步转速稳定旋转。（ ） 【答案】B（错误） 【解析】转子转速永远不可能等于同步转速。如果n=n0，转子导体与旋转磁场之间没有相对运动（相对切割速度为零），转子导体中不会感应出电动势和电流，电磁转矩为零。即使空载，转子也需要产生一个微小的电磁转矩来克服轴承摩擦和风阻损耗，因此空载转速也只能无限接近于同步转速而永远达不到同步转速。空载时转差率极小（约0.1%～0.5%），但绝不为零。 2．三相异步电动机的定子铁心中嵌放有三相对称绕组（各相绕组在空间上互差120°电角度），当向这三相绕组中通入三相对称交流电（各相电流在时间上互差120°电角度）时，会在定子与转子之间的气隙中产生一个旋转磁场，旋转磁场的转速n0=60f/p称为同步转速，其旋转方向与三相电流的相序一致。 【答案】A（正确） 【解析】旋转磁场是三相异步电动机工作的基础。产生旋转磁场的两个必要条件：空间条件，三相绕组在定子铁心圆周上对称分布（互差120°电角度）；时间条件，三相绕组中通入对称三相交流电。旋转磁场的转速n0=60f/p由电源频率f和磁极对数p决定，方向由电流相序决定（任意对调两根电源线即可改变相序进而改变旋转方向）。 二、单项选择题 3．一台报废的三相异步电动机被拆解后可以看到，定子铁心不是一整块实心钢，而是由许多薄片叠压而成，每片表面还涂有绝缘漆。这种采用叠片结构设计的根本目的是（ ）。 A．减轻电动机的总质量 B．减小铁心中的涡流损耗 C．降低制造成本 D．方便拆卸维修 【答案】B 【解析】定子铁心处于交变磁场中，如果采用整块钢会产生巨大的涡流（像变压器铁心一样），涡流导致铁心严重发热并消耗大量能量。采用0.35～0.5mm厚的硅钢片叠压并在片间涂绝缘漆，可以大幅度增大涡流路径的电阻、将涡流限制在各薄片内，使涡流损耗降至整块钢的数十分之一。硅钢中加入硅元素还能提高磁导率、降低磁滞损耗。 4．维修人员在一台三相异步电动机铭牌上只能看清极数2p=6和额定频率50Hz两项参数，其余均被油污覆盖。他想知道这台电动机旋转磁场的同步转速，计算结果是（ ）。 A．1000r/min B．1500r/min C．750r/min D．3000r/min 【答案】A 【解析】同步转速公式n0=60f/p，其中p为磁极对数（极数2p除以2）。本题极数为6，故p=3，n0=60×50/3=1000r/min。常见同步转速速记：2极为3000r/min，4极为1500r/min，6极为1000r/min，8极为750r/min（均为50Hz下）。转子实际转速略低于同步转速，具体差值由转差率决定。 5．一台新安装的三相异步电动机，通电试机时发现电动机反转。电工将配电箱中接到电动机的三根电源线中的任意两根对调后，电动机恢复正转。这个操作改变的实质是（ ）。 A．电源电压的幅值 B．电动机定子绕组的磁极对数 C．三相电源接入定子绕组的相序 D．定子绕组的星形和三角形接法 【答案】C 【解析】三相异步电动机的旋转方向取决于旋转磁场的旋转方向，而旋转磁场的方向由三相电流的相序决定。将三根电源线中的任意两根对调，就改变了接入电动机的电流相序（如ABC变为ACB），旋转磁场立即反转，电动机随之反转。这是最简单也最常用的电动机正反转方法。若需要频繁正反转控制，则通过接触器KM1和KM2分别按不同相序接通电源实现。 6．一台4极三相异步电动机，额定频率50Hz，铭牌上标注额定转速为1440r/min。该电动机在额定负载下运行时的转差率为（ ）。 A．0.96 B．0.6 C．0.2 D．0.04 【答案】D 【解析】计算步骤：首先求出同步转速n0=60f/p=60×50/2=1500r/min（4极电机的p=2）；然后计算转差Δn=n0-nN=1500-1440=60r/min；最后转差率sN=Δn/n0=60/1500=0.04=4%。中小型异步电动机额定转差率一般在0.02～0.06之间。转差率是衡量电动机运行状态的重要参数：s=1为起动瞬间，0<s<1为电动机运行状态。 7．鼠笼式异步电动机的转子绕组由嵌放在转子铁心槽中的导体条和两端的端环构成，形似一个鼠笼。转子槽中的导体条与端环之间的连接方式是（ ）。 A．通过绝缘套管使导体条与端环之间电气隔离 B．直接由铝液一次性铸入或用铜条与端环焊接为一体 C．通过滑动触点使导体条与端环之间可相对运动 D．通过离心开关仅在电动机起动时接通正常运行中断开 【答案】B 【解析】笼型转子的导体条（铜条或铸铝）与两端端环构成一个闭合的多相绕组回路，各导体条之间不需要绝缘（因为感应电流在各导体条中自成回路，电流沿导体条到端环再到另一导体条闭合）。当旋转磁场切割转子导体时，各导体条中感应出电动势，在闭合回路中产生电流，载流导体在磁场中受力产生电磁转矩驱动转子旋转。笼型转子结构简单坚固、造价低廉、运行可靠，是最广泛使用的异步电动机转子形式。 三、填空题 8．三相异步电动机的定子主要由____和嵌放在铁心槽内的____组成。定子铁心与转子铁心之间留有一个很小的间隙称为____。定子铁心采用____材料叠压而成，片间涂有绝缘漆，目的是减小铁心中的____损耗。 【答案】定子铁心；三相绕组；气隙；硅钢片；涡流 【解析】定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35～0.5mm厚的硅钢片冲制后叠压铆紧而成；三相绕组嵌放在铁心槽内并按一定规律连接（Y或△）；气隙是定转子之间的机械间隙，虽小但对电动机性能有重大影响，气隙大则磁阻大、励磁电流大、功率因数低；气隙过小则装配困难、易扫膛；一般中小型电动机气隙为0.2～2mm。 9．一台6极三相异步电动机，电源频率为50Hz，其旋转磁场的同步转速n0=____r/min。如果该电动机的额定转速为950r/min，则额定转差率sN=____。当电动机刚接通电源、转子尚未开始转动的瞬间，转差率s=____，此时的转子感应电流频率为____Hz。 【答案】1000；0.05；1；50 【解析】计算过程：p=3（6极），n0=60×50/3=1000r/min；sN=(1000-950)/1000=0.05=5%；起动瞬间转子静止n=0，s=1；转子感应电流频率f2=sf1，起动时s=1故f2=f1=50Hz，随着转速升高f2逐渐降低，额定运行时f2=sNf1=0.05×50=2.5Hz。转子电流频率变化是异步电动机的独特现象。 四、综合分析题 10．实训演示中，一个可以灵活转动的小铝框（模拟笼型转子）靠近旋转的U形磁铁（模拟旋转磁场）后，小铝框跟随磁铁旋转起来，但始终比磁铁转得稍慢一些。结合这个演示请回答：（1）这个实验揭示了异步电动机的哪两个核心原理？铝框为什么会转动？（2）实验中小铝框始终比磁铁转得慢，如果设法使铝框转速恰好等于磁铁转速，会发生什么现象？这对应电动机中的什么物理概念？（3）实际电动机中的旋转磁场不是由旋转磁铁产生的，而是由定子三相绕组产生的。产生旋转磁场需要满足哪两个基本条件？磁场转速（同步转速）由哪些因素决定？ 【答案】（1）两个核心原理：一是旋转磁场原理，旋转的磁铁（对应电动机定子旋转磁场）与闭合导体（对应笼型转子）之间有相对运动时，导体切割磁力线产生感应电动势和电流；二是异步（感应）原理，转子导体中的感应电流在磁场中受到电磁力，该力乘以转子半径形成驱动转子旋转的电磁转矩。两个原理合在一起完整解释了异步电动机的工作过程。 （2）如果铝框转速等于磁铁转速，两者之间相对速度为零，铝框导体不再切割磁力线，感应电动势和电流为零，电磁力消失，铝框会在摩擦阻力作用下迅速减速。对应电动机中转差率s=0，转子导体感应电动势E2=0、电磁转矩T=0。实际电动机即使空载运行也需要产生微小的电磁转矩来克服轴承摩擦和风阻损耗，因此转子转速只能无限接近但永远达不到同步转速。 （3）产生旋转磁场的两个基本条件：第一，定子铁心中嵌放的三相绕组在空间上互差120°电角度，即空间上对称分布；第二，通入这三相绕组的电流为三相对称交流电，各相电流在时间相位上互差120°。磁场转速（同步转速）n0=60f/p，完全由电源频率f和电动机磁极对数p决定，与负载大小和转子转速无关。 【解析】本题通过一个直观的演示实验，从现象到本质、从理论到实际工程，逐层加深对异步电动机基本原理的理解。三个子问题的递进关系：演示现象解释（感性认识）到极端条件推演（转差率的概念建立）再到实际工程的抽象与应用（同步转速公式的物理来源），覆盖了考纲5.1.1.1“异步电动机的基本结构和工作原理”的核心内容。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $