第15练 认识三相异步电动机（2） 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15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15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 1．三相异步电动机的机械特性曲线（转速-转矩曲线）上有三个关键转矩点：额定转矩TN（额定负载时的输出转矩）、最大转矩Tmax（临界转矩，电动机能产生的最大电磁转矩）和起动转矩Tst（转速为零时的电磁转矩）。最大转矩与额定转矩的比值Km=Tmax/TN称为过载能力，通常为1.8～2.2。 2．单相异步电动机定子上只有一相绕组，通入单相交流电后自动产生旋转磁场，因此接通电源后电动机能像三相异步电动机一样自行起动并稳定运行，不需要任何辅助起动装置。（ ） 二、单项选择题 3．一台进口设备上的三相异步电动机铭牌标注绝缘等级为F级，但温升限值却标注为按B级考核（80K）。本地电工对此标注存疑，正确的理解是（ ）。 A．铭牌标注存在明显矛盾，可能是印刷错误导致混淆 B．电动机用F级材料绕制但仅按B级温升使用，留有充足绝缘裕量寿命更长 C．F级绝缘与B级温升是相同的技术标准，只是标注方式因各国标准而异 D．电动机绕组的主绝缘为F级而匝间绝缘为B级，铭牌分别标注两者等级 4．一台单相控制变压器，铭牌标注一次侧额定电压AC380V、二次侧额定电压AC36V。在一次侧施加380V额定电压且二次侧空载的情况下，用万用表交流电压档测量二次侧电压，读数最可能为（ ）。 A．恰好等于36V B．略高于36V C．略低于36V D．远高于36V 5．一台三相异步电动机拖动离心通风机运行。当风道阀门逐渐开大、风量增大时，风机所需轴功率和转矩增大，电动机转速略有下降，工作点沿机械特性曲线从原平衡点向新的平衡点移动，电磁转矩自动增大以匹配增大的负载转矩。这种自动适应负载变化并达到新平衡的特性之所以能实现，是因为工作点位于机械特性的（ ）。 A．稳定工作区 B．不稳定工作区 C．最大转矩点 D．起动阶段 三、填空题 6．一台三相异步电动机铭牌上标注：型号Y160M-4、功率11kW、电压380V、电流22.6A、转速1460r/min、频率50Hz、接法△、绝缘等级B、工作制S1、防护等级IP44。其中“4”表示____极，额定转差率约为____（保留两位小数），工作制S1表示____工作制，IP44中第一位4表示防直径大于____mm的固体异物。 7．一台单相控制变压器，一次侧额定电压U1N=380V、二次侧额定电压U2N=36V，额定容量SN=200VA。该变压器的变比k=____（保留一位小数）。在二次侧接一个额定电压36V、额定功率60W的白炽灯泡时，二次侧电流约为____A（保留一位小数），不计损耗时一次侧电流约为____A（保留两位小数）。变压器二次侧空载电压通常____额定电压。 四、分析计算题 8．一台单相控制变压器额定容量SN=300VA，一次侧额定电压U1N=380V，二次侧额定电压U2N=36V。空载时测得二次侧电压U20=38.5V。在二次侧接入一个36V/100W的白炽灯泡后，测得二次侧电压降至36V。请计算：（1）变压器的变比k；（2）变压器的电压调整率ΔU%；（3）负载时一次侧电流I1和二次侧电流I2各为多少（忽略励磁电流和变压器内部损耗）？ 9．一台三相异步电动机铭牌参数为：额定功率PN=7.5kW，额定转速nN=1440r/min，起动转矩倍数Kst=2.0，最大转矩倍数Km=2.2。请计算：（1）电动机的额定输出转矩TN；（2）电动机的起动转矩Tst和最大转矩Tmax；（3）若负载为恒转矩负载，起动时折算到电动机轴上的静阻转矩TL=55N·m，这台电动机能否带此负载直接起动？请通过计算说明理由（一般要求Tst≥1.2TL）。 五、综合分析题 10．一台Y132M-4型三相异步电动机用于驱动一台离心水泵，其铭牌参数为：额定功率PN=7.5kW、额定电压UN=380V、额定转速nN=1440r/min、频率f=50Hz、效率ηN=87%、功率因数cosφN=0.85、起动转矩倍数Kst=2.0、最大转矩倍数Km=2.2、接法△。请回答：（1）这台电动机的极数、同步转速和额定转差率各是多少？（2）计算电动机额定运行时的输入电功率P1、额定电流IN（线电流）和额定输出转矩TN。（3）某次运行时因水泵管路阀门被误开至最大，水泵轴功率从额定的7.5kW增大到约9kW（对应转矩约59.7N·m）。电动机的过载能力Km=2.2能否保证电动机在此过载工况下稳定运行？如果可以稳定运行，此时电动机转速相比于额定转速1440r/min会如何变化？长期在此状态下运行存在什么问题？ 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15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15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 1．三相异步电动机的机械特性曲线（转速-转矩曲线）上有三个关键转矩点：额定转矩TN（额定负载时的输出转矩）、最大转矩Tmax（临界转矩，电动机能产生的最大电磁转矩）和起动转矩Tst（转速为零时的电磁转矩）。最大转矩与额定转矩的比值Km=Tmax/TN称为过载能力，通常为1.8～2.2。 【答案】A（正确） 【解析】机械特性曲线完整描述了电动机电磁转矩随转速（或转差率）变化的规律。关键参数：TN=9550×PN/nN（额定工作点），Tmax对应临界转差率sm，过载能力Km反映了电动机短时承受过载的能力。起动转矩Tst决定电动机带负载起动能力，起动转矩倍数Kst=Tst/TN通常为1.0～2.0。三个转矩点将机械特性分为稳定区（0<s<sm）和不稳定区（sm<s<1）。 2．单相异步电动机定子上只有一相绕组，通入单相交流电后自动产生旋转磁场，因此接通电源后电动机能像三相异步电动机一样自行起动并稳定运行，不需要任何辅助起动装置。（ ） 【答案】B（错误） 【解析】单相绕组通入单相交流电产生的是脉振磁场而非旋转磁场。脉振磁场可以分解为两个幅值相等、旋转方向相反的两个旋转磁场，它们对静止转子产生的起动转矩相互抵消，合成起动转矩为零。因此单相异步电动机没有自起动能力，必须借助辅助绕组（起动绕组，与主绕组空间上相差90°电角度）串接电容或电阻产生椭圆形旋转磁场才能起动。常用起动方式有电容起动、电容运转和电阻起动。 二、单项选择题 3．一台进口设备上的三相异步电动机铭牌标注绝缘等级为F级，但温升限值却标注为按B级考核（80K）。本地电工对此标注存疑，正确的理解是（ ）。 A．铭牌标注存在明显矛盾，可能是印刷错误导致混淆 B．电动机用F级材料绕制但仅按B级温升使用，留有充足绝缘裕量寿命更长 C．F级绝缘与B级温升是相同的技术标准，只是标注方式因各国标准而异 D．电动机绕组的主绝缘为F级而匝间绝缘为B级，铭牌分别标注两者等级 【答案】B 【解析】绝缘等级表示绝缘材料的最高允许温度：A级105℃、E级120℃、B级130℃、F级155℃、H级180℃。温升限值=最高允许温度-环境温度（40℃）-测量误差裕量。F级绝缘但按B级温升使用，意味着设计时有意降低运行温度（如B级限制总温度130℃，而F级材料可承受155℃），绝缘裕量高达25℃，俗称“F级绝缘B级考核”，可大幅延长绝缘寿命（每降低10℃，绝缘寿命约延长一倍）。这是高质量电动机的常见做法。 4．一台单相控制变压器，铭牌标注一次侧额定电压AC380V、二次侧额定电压AC36V。在一次侧施加380V额定电压且二次侧空载的情况下，用万用表交流电压档测量二次侧电压，读数最可能为（ ）。 A．恰好等于36V B．略高于36V C．略低于36V D．远高于36V 【答案】B 【解析】实际变压器设计时二次侧匝数比严格按变比计算的值略多绕若干匝，使得空载电压U20高于额定电压U2N（通常高出5%～10%）。这是因为变压器有内阻抗（绕组电阻和漏抗），带负载时内部压降会使二次侧电压降低约5%。预先提高空载电压可确保额定负载时二次侧电压达到额定值36V。电压调整率ΔU%=(U20-U2)/U2N×100%通常在3%～8%。 5．一台三相异步电动机拖动离心通风机运行。当风道阀门逐渐开大、风量增大时，风机所需轴功率和转矩增大，电动机转速略有下降，工作点沿机械特性曲线从原平衡点向新的平衡点移动，电磁转矩自动增大以匹配增大的负载转矩。这种自动适应负载变化并达到新平衡的特性之所以能实现，是因为工作点位于机械特性的（ ）。 A．稳定工作区 B．不稳定工作区 C．最大转矩点 D．起动阶段 【答案】A 【解析】机械特性稳定工作区（0<s<sm）的特点：当负载转矩增大时，电动机转速自动下降（s增大），电磁转矩随之增大，直到与负载转矩相等达到新平衡。这种“负反馈”特性使异步电动机具有优良的自调节能力。不稳定区（sm<s<1）相反：负载增大导致转速下降、电磁转矩反而减小，转速进一步降低直至堵转。因此正常工作点必须在稳定区内且留有足够过载裕量（Tmax/TL≥1.6～2.0）。 三、填空题 6．一台三相异步电动机铭牌上标注：型号Y160M-4、功率11kW、电压380V、电流22.6A、转速1460r/min、频率50Hz、接法△、绝缘等级B、工作制S1、防护等级IP44。其中“4”表示____极，额定转差率约为____（保留两位小数），工作制S1表示____工作制，IP44中第一位4表示防直径大于____mm的固体异物。 【答案】4；0.03；连续；1 【解析】型号Y160M-4中末尾数字为极数。4极（p=2），n0=1500r/min，sN=(1500-1460)/1500≈0.0267≈0.03。S1=连续工作制（可长期额定运行）。IP44：第一位4=防≥1mm固体（小工具、导线），第二位4=防溅水。理解铭牌各项参数的含义是电动机选用和维护的基础。 7．一台单相控制变压器，一次侧额定电压U1N=380V、二次侧额定电压U2N=36V，额定容量SN=200VA。该变压器的变比k=____（保留一位小数）。在二次侧接一个额定电压36V、额定功率60W的白炽灯泡时，二次侧电流约为____A（保留一位小数），不计损耗时一次侧电流约为____A（保留两位小数）。变压器二次侧空载电压通常____额定电压。 【答案】10.6；1.7；0.16；高于 【解析】k=U1N/U2N=380/36≈10.6（或10.56取一位小数10.6）。I2=P/U2=60/36≈1.67A≈1.7A。I1=I2/k=1.67/10.6≈0.158A≈0.16A。变压器二次侧空载电压设计为高于额定电压5%～10%，以补偿负载时绕组内阻抗的电压降落，确保额定负载时二次侧电压达到额定值。 四、分析计算题 8．一台单相控制变压器额定容量SN=300VA，一次侧额定电压U1N=380V，二次侧额定电压U2N=36V。空载时测得二次侧电压U20=38.5V。在二次侧接入一个36V/100W的白炽灯泡后，测得二次侧电压降至36V。请计算：（1）变压器的变比k；（2）变压器的电压调整率ΔU%；（3）负载时一次侧电流I1和二次侧电流I2各为多少（忽略励磁电流和变压器内部损耗）？ 【答案】（1）变比k=U1N/U2N=380/36≈10.56（或10.6）。 （2）电压调整率ΔU%=(U20-U2)/U2N×100%=(38.5-36)/36×100%=2.5/36×100%≈6.94%。 （3）灯泡额定电流即二次侧负载电流：I2=P/U2=100/36≈2.78A。忽略损耗时一次侧电流：I1=I2/k=2.78/10.56≈0.263A。校核：一次侧功率P1=U1×I1=380×0.263≈100W=P2，符合能量守恒。 【解析】电压调整率是衡量变压器负载特性的重要指标，反映从空载到额定负载时二次侧电压的变化程度。ΔU%越小说明变压器“越硬”（内阻抗小），负载变化对输出电压影响小。小型控制变压器ΔU%通常为5%～10%，电力变压器为2%～5%。计算中忽略励磁电流和损耗，实际一次侧电流比计算值略大（约大5%～10%）。 9．一台三相异步电动机铭牌参数为：额定功率PN=7.5kW，额定转速nN=1440r/min，起动转矩倍数Kst=2.0，最大转矩倍数Km=2.2。请计算：（1）电动机的额定输出转矩TN；（2）电动机的起动转矩Tst和最大转矩Tmax；（3）若负载为恒转矩负载，起动时折算到电动机轴上的静阻转矩TL=55N·m，这台电动机能否带此负载直接起动？请通过计算说明理由（一般要求Tst≥1.2TL）。 【答案】（1）额定转矩TN=9550×PN/nN=9550×7.5/1440≈49.74N·m（或约49.7N·m）。 （2）起动转矩Tst=Kst×TN=2.0×49.74=99.48N·m（约99.5N·m）。 最大转矩Tmax=Km×TN=2.2×49.74≈109.43N·m（约109.4N·m）。 （3）判断：Tst/TL=99.48/55≈1.81，大于1.2的最低要求，电动机能够带此负载直接起动。但需要注意：直接起动时起动电流为额定电流的4～7倍（约45～80A），会对电网造成较大电压跌落。如果电网容量较小，可能需要改用降压起动方式（如Y-△起动或自耦变压器降压起动）来限制起动电流。 【解析】关键公式TN=9550×P/n，其中P单位kW、n单位r/min、T单位N·m。Kst和Km是电动机的固有参数，分别决定起动能力和过载能力。直接起动的判断条件：Tst≥(1.1～1.3)TL，同时电网允许的起动电流在规范范围内。大功率电动机即使转矩满足也常需降压起动以限制起动电流冲击。 五、综合分析题 10．一台Y132M-4型三相异步电动机用于驱动一台离心水泵，其铭牌参数为：额定功率PN=7.5kW、额定电压UN=380V、额定转速nN=1440r/min、频率f=50Hz、效率ηN=87%、功率因数cosφN=0.85、起动转矩倍数Kst=2.0、最大转矩倍数Km=2.2、接法△。请回答：（1）这台电动机的极数、同步转速和额定转差率各是多少？（2）计算电动机额定运行时的输入电功率P1、额定电流IN（线电流）和额定输出转矩TN。（3）某次运行时因水泵管路阀门被误开至最大，水泵轴功率从额定的7.5kW增大到约9kW（对应转矩约59.7N·m）。电动机的过载能力Km=2.2能否保证电动机在此过载工况下稳定运行？如果可以稳定运行，此时电动机转速相比于额定转速1440r/min会如何变化？长期在此状态下运行存在什么问题？ 【答案】（1）型号Y132M-4中“4”表示4极，磁极对数p=2。同步转速n0=60f/p=60×50/2=1500r/min。额定转差率sN=(n0-nN)/n0=(1500-1440)/1500=0.04=4%。 （2）输入电功率P1=PN/ηN=7.5/0.87≈8.62kW。 额定电流IN=P1/(√3×UN×cosφN)=8620/(1.732×380×0.85)≈15.4A。 额定转矩TN=9550×PN/nN=9550×7.5/1440≈49.74N·m（约49.7N·m）。 （3）最大转矩Tmax=Km×TN=2.2×49.74≈109.4N·m。过载时负载转矩约59.7N·m，因Tmax(109.4N·m)远大于负载转矩(59.7N·m)，电动机能稳定运行。但此时工作点沿机械特性曲线下移，转速会从1440r/min略有下降（转差率将从4%增大到约4.8%，对应转速约1428r/min）。长期过载运行的问题：电动机电流持续超过额定值（约超18%），绕组发热加剧，温升超过设计限值，绝缘加速老化，严重时会烧毁绕组。正确的做法是控制水泵流量使轴功率不超过额定值，或更换更大功率的电动机。 【解析】本题以实际工程场景串联了电动机铭牌解读、额定参数计算和过载运行分析三个层面。（1）（2）考察对铭牌参数含义的理解和基本计算公式（n0=60f/p、s=(n0-n)/n0、P1=PN/η、TN=9550P/n）的运用。（3）引导判断过载是否在电动机能力范围内的核心条件：最大转矩必须大于过载转矩，并延伸讨论长期过载对绝缘寿命的影响，培养工程安全意识。 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 $