1、第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類 1第 13 章 三 相 感 應 電 動 機 的 原 理 、構 造 及 分 類第 1 部分 課後重點複習1. 三相感應電動機是建立一個 旋轉 磁場來驅動轉子轉動。2. 三相感應電動機定子繞組在空間上相差 120 度電機角，繞組電流在時間上也相差 120 度，便形成了一個旋轉磁場。3. 合成磁場大小為每相繞組所生之最大磁場的 1.5 倍。4. 將三相感應電動機其電源之任意兩相調換時，其合成的旋轉磁場會 反 轉。5. 旋轉磁場的轉速稱為同步轉速 ns，若極數為 P，電源頻率為 f (Hz)，則 nsrpm。120fP6. 旋轉磁場的速率稱為同步角速率
2、S，若極數為 P，電源頻率為 f (Hz)，同步轉速為 ns (rpm)，則 s 弳度/秒。4fP260sn7. 三相感應電動機轉子導體在旋轉磁場中會感應電壓，生成感應電流，也因此產生了電磁作用力而依 旋轉磁場 方向轉動。8. 在正常情況下，感應電動機的轉速 n 低 於同步轉速 ns，兩者之差 nsn 稱為 轉差 。9. 感 應 電 動 機 的 轉 差 與 同 步 轉 速 的 比 值 稱 為 轉 差 率 S，S 100 。s10. (1)感應電動機靜止不動時，其轉差率 S 1 ；(2)感應電動機轉速等於同步轉速時，其轉差率 S 0 ；(3)感應電動機轉速高於同步轉速時，其轉差率 S 0 ；(4
3、)感應電動機的轉向與旋轉磁場的轉向相反時，其轉差率 S 1 。11. 若同步轉速為 ns，極數為 P，電源頻率為 f 赫茲(Hz)，則感應電動機轉子之轉速n (1S)n s 。120()fS12. 感應電動機轉子導體的感應電勢是交流性質，此交流感應電勢的頻率稱為轉子頻率 fr，若轉差率為 S，電源頻率為 f，則 fr Sf 。13. 三相感應電動機定子的構造，包含機殼、 定子鐵心 、 定子繞組 、端蓋及軸承等。2 第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類14. 三相感應電動機轉子的構造，包含轉子鐵心、 轉子繞組 、轉軸及冷卻風扇等。15. 感應電動機的定子繞組一般採用 雙層 繞、 分布
4、繞、 短節距 繞。16. 感應電動機的轉子分為 鼠籠 式轉子與 繞線 式轉子兩種。(1) 鼠籠式感應電動機的轉子是以 銅條 或 鋁條 為導體，全數導體兩端加短路端環予以短接。鼠籠式感應電動機的轉子採用 斜形 槽，可以減少電動機運轉中磁阻忽大忽小的變化，達到運轉平穩及低噪音的目的。(2) 繞線式感應電動機有繞組繞置於轉子上，其轉子繞組可以經由 滑環 及定子電刷 ，與外部電阻連接。17. 交流電動機以轉速特性區分為 同步機 與 非同步機 兩種。18. 交流電動機以使用電源區分為 單相 電動機與 三相 電動機兩種。第 2 部分 考試重點1. 重要性：2. 旋轉磁場原理與旋轉方向之觀念，及同步轉速 n
5、s的計算。3. 頻率、極數、轉速、轉差、轉差率之間的關係及計算。4. 轉差率 S 的定義、特性。5. 轉子感應電壓頻率 fr的意義與計算。6. 三相感應電動機的優點，鼠籠式轉子和繞線式轉子構造的差異。第 3 部分 精選試題練習（ 題 目 前 面 有 者 有 解 析 ）一、選擇題( A ) 1.三相、 4 極、60 Hz 之感應電動機，同步轉速為 (A)1800 rpm (B)1500 rpm (C)1200 rpm (D)1000 rpm。( C ) 2. 三相感應電動機的三相繞組，在空間上相差 120 度電機角，繞組電流相位差為 (A) 0 (B) 90 (C) 120 (D) 180。(
6、C ) 3. 三相感應電動機若達到同步轉速時， (A)產生最大轉矩 (B)效率最高 (C)不能感應電勢 (D)感應最大電勢。( B ) 4.加入三相感應電動機的電源，若頻率增加，則轉速 (A)不變 (B)增加 (C)減慢 (D)不一定。( B ) 5.有關三相感應電動機的轉差率 S 值，下列敘述何者正確？ (A)S1 時，電動機以同步轉速運轉 (B)S0 時，電動機以同步轉速運轉 (C)S1時，電動機反而有發電作用 (D)S0 時，電動機轉向與旋轉磁場的轉第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類 3向相反。( A ) 6.有一臺三相、6 極、60 Hz 之感應電動機，轉速為 1130 r
7、pm 時，旋轉磁場對轉子轉速為 (A)70 rpm (B)1200 rpm (C)1130 rpm (D)120 rpm。( A ) 7.有 一 臺 三 相 、4 極 、50 Hz 之 感 應 電 動 機 ，滿 載 轉 差 率 為 5 ，則 起 動 瞬間 ，轉 子 感 應 電 流 之 頻 率 為 (A)50 Hz (B)45 Hz (C)2.5 Hz (D)0 Hz。( D ) 8. 8 極、 60 Hz 之感應電動機，轉差率為 3時，轉差速率為 (A)24 rpm (B)18 rpm (C)36 rpm (D)27 rpm。( C ) 9. 三相感應電動機的定子繞組，通常採用 (A)單層繞、
8、分布繞、短節距繞 (B)雙層繞、集中繞、全節距繞 (C)雙層繞、分布繞、短節距繞 (D)雙層繞、分布繞、全節距繞。( A ) 10. 鼠籠式轉子採用斜形槽的目的是 (A)減少運轉噪音 (B)節省銅線 (C)減少定子與轉子之間的磁阻 (D)增加起動轉矩。( B ) 11.有一臺三相、8 極、60 Hz 之感應電動機，轉速為 873 rpm 時，轉子頻率為 (A)2.4 Hz (B)1.8 Hz (C)60 Hz (D)3 Hz。( B ) 12. 下列哪一種電機具有旋轉磁場？ (A)直流電動機 (B)三相感應電動機 (C)變壓器 (D)電動發電機。( D ) 13. 有關感應電動機的敘述，下列何
9、者 錯誤？ (A)屬於非同步機 (B)屬於交流電動機 (C)使用非常廣泛 (D)運轉中轉速不變。( A ) 14.某 三 相 、6 極 、60 Hz 感 應 電 動 機 ，當 轉 子 轉 速 為 1120rpm 時 ，其 定 子 磁 場對 轉 子 磁 場 之 轉 速 為 多 少 rpm？ (A)0 (B)80 (C)600 (D)1200。( B ) 15.設 A、B、C 代表三相電源端， a、b、c 代表三相感應電動機的接線端，當電動機正轉時，接法為 A-a、B-b、C-c，則下列接法中何者仍能保持該機正轉？ (A)A-b、B-a、C-c (B)A-b、B-c、C-a (C)A-c、B-b、
10、C-a (D)A-a、B-c、C-b。( D ) 16. 三相感應電動機的定部繞組，若通以三相交流電源時，其所產生的磁場為 (A)隨時間而變大 (B)隨時間作正弦變化 (C)隨時間而變小 (D)定值，不隨時間而改變。( D ) 17.有一轉差率為 3之 60 Hz 三相感應電動機，滿載時之轉差速率為 36 rpm，則此電動機的極數為 (A)12 極 (B)10 極 (C)8 極 (D)6 極。( D ) 18.某 60 Hz、4 極 之 感 應 電 動 機 ，在 額 定 電 流 及 頻 率 下 ，已 知 轉 子 頻 率 為 1.8 Hz，則 此 電 動 機 之 轉 子 速 率 為 (A)164
11、7 rpm (B)1674 rpm (C)1476 rpm (D)1746 rpm。( C ) 19.當轉差率增加時，感應電動機之速率 (A)不變 (B)上升 (C)下降 (D)先下降再上升。4 第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類( C ) 20.低壓小型感應電動機線槽採用半閉口形，其目的是 (A)減少噪音 (B)絕緣處理容易 (C)減低氣隙的磁阻及激磁電流 (D)增加轉速。( A ) 21.三相、 4 極、50 Hz 感應電動機，若以外力將轉子維持於 1500 轉/ 分運轉，則其轉差率為 (A)0 (B)100 (C)2 (D)3。( A ) 22.感應電動機的優點是 (A)便宜
12、耐用 (B)起動電流少 (C)速率控制容易 (D)效率高。( A ) 23.三相、 4 極、50 Hz、220 伏特、 10 仟瓦之感應電動機，若接上 60 Hz、220伏特之電源使用，則旋轉磁場之轉速變為原來的幾倍？ (A)1.2 倍 (B)0.7 倍 (C)0.83 倍 (D)無變化。( D ) 24.三相、 4 極、50 Hz 感應電動機，當其轉差率 S1 時，則其轉子速率為 (A)1500 rpm (B)1200 rpm (C)1000 rpm (D)0。( A ) 25.感應電動機的轉子轉速與下列何者無關？ (A)定子電阻 (B)頻率 (C)極數 (D)轉差。二、問答題1. 為何感應
13、電動機的使用如此普遍？解答：感應電動機具有：(1)使用容易取得的交流電源；(2)構造簡易，堅固耐用；(3)使用簡便，運轉容易；(4) 價格低廉；(5)速度變動不大，適合一般負載需求等優點。因此，感應電動機是所有交直流電動機中，用途最廣泛的。2. 何謂轉差率？解答：感應電動機的轉速 n 低於同步轉速 ns，兩者之差，稱為轉差，而轉差與同步轉速的比值，稱為轉差率 S，S 100。s第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類 53. 有一臺接 60 Hz 的感應電動機，滿載轉速為 1140 rpm，求此電動機的 (1)極數 (2)同步轉速 (3)轉差率 (4)轉子感應電壓頻率各為多少？解答：(1
14、) n(1 S) n 1140 120fP120f1206P P6.3 P6 極(2)同步轉速 ns 1200 rpm f6(3)轉差率 S 100 1005s1204(4)轉子頻率 frSf0.05 603 Hz第 4 部分 歷屆試題觀摩( B ) 1.三相 4 極的感應電動機，接 50Hz 電源，測量出轉速為 1410 rpm，則其轉差率為多少？ (A) 3 (B)6 (C)12 (D)22。( C ) 2. 關於三相感應電動機之定子與轉子分別所產生之旋轉磁場，下列敘述何者正確？ (A)兩者不同步，會隨負載而變 (B)兩者不同步，會隨電源頻率而變 (C)兩者同步 (D)兩者不同步，會隨起動
15、方式而變。( D ) 3.關於感應電動機之構造，下 敘述何者正確？ (A)定子與轉子鐵心採用矽鋼片疊積而成，主要是為減少磁滯損 (B)雙鼠式轉子設計主要目的為提高起動電， 低起動轉矩 (C)為抵消電樞反應，故採用較小氣隙長設計 (D)轉子鐵心採用斜槽設計可減低旋轉時之噪音。( B ) 4.一部三相 4 極、 50 Hz 感應電動機，於額定電與頻下，轉子感應電勢之頻為 1.8 Hz，則此電動機之轉差速為多少？ (A)36 rpm (B)54 rpm (C)64 rpm (D)72 rpm。( A ) 5.三相 6 極感應電動機，電源電壓為 220V，頻率為 50Hz，若在額定負載下，滑差率(轉差
16、率 )為 5，則電動機滿載時轉軸轉速為何？ (A)950 rpm (B)1000 rpm (C)1050 rpm (D)1200 rpm。( B ) 6. 三 相 感 應 電 動 機 在 正 常 運 轉 下 ， 電 源 電 壓 的 頻 fe其 單 位 為 Hz，此 電動 機 轉 軸 之 機 械 轉 速 Nr其 單 位 為 rpm，極 為 P， 差 （轉 差 ）為 S，則下何者正確？ (A)Nr(1S) fe (B)Nr(1S) fe (C) Nr1201206 第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類fe (D)Nr(2S) fe。120P120P( D ) 7.某三相、 6 極感應電動
17、機，電源頻率為 60Hz，則旋轉磁場轉速為多少？ (A)7200 rpm (B)3600 rpm (C)1800 rpm (D)1200 rpm。( D ) 8. 有關三相感應電動機構造之敘述，下列何者不正確？ (A)主要是由定子及轉子兩部分所構成 (B)定子上有三相線圈 (C)轉子為鼠籠式或繞線式 (D)電刷應適當移位至磁中性面。( D ) 9.有一臺 8 極、60 Hz 之三相感應電動機，轉速為每分鐘 600 轉，現在將3 條電源線之任意 2 條交換，則轉差率應為何？ (A)0.333 (B)1.667 (C)0.333 (D)1.667。( D ) 10.三相感應電動機接於三相 200
18、伏特、60 赫芝的電源時，空載時量測其轉速為 899 轉/ 分，此三相感應電動機的極數為多少？ (A)2 極 (B)4極 (C)6 極 (D)8 極。( D ) 11.某三相、 6 極、60Hz 感應電動機，當轉子轉速為 1120 rpm 時，其定子磁場對定子之轉速為多少 rpm？ (A)60 (B)80 (C)600 (D)1200。( D ) 12.有臺 8 極 60 Hz 之感應電動機，其轉子速率為 855 rpm，則轉子之頻率為若干？ (A)60 Hz (B)30 Hz (C)10 Hz (D)3 Hz。( C ) 13.某部 8 極、60 Hz 之三相感應電動機，其滿載轉速為 882
19、 rpm，則其滿載轉差率為 (A)0.09 (B)0.05 (C)0.02 (D)0.1。( C ) 14.某 三 相 、4 極 感 應 電 動 機 以 變 頻 器 驅 動 ，其 轉 速 為 970 rpm，此 時 電 動機 之 轉 差 率 為 3 ，則 變 頻 器 輸 出 之 電 源 頻 率 約 為 (A)90.5 Hz(B)60.3 Hz (C)33.3 Hz (D)11.5 Hz。( D ) 15.一部 3 相、4 極、60 赫芝繞線式感應電動機，轉速為 1710 rpm。用示波器測量轉子端電壓波形，如果示波器設定為每格 0.1 秒，則一週期占 (A)2 格 (B)2.6 格 (C)3
20、格 (D)3.3 格。( D ) 16.有一部三相感應電動機，其銘牌標示摘錄如下：0.25 HP、450 VAC、60 Hz、6 P。若其滿載轉速為 1140 rpm，請問其轉子頻率為何？ (A)63 Hz (B)60 Hz (C)6 Hz (D)3 Hz。( B ) 17. 三相感應電動機的定子繞組一般會採用分佈式、短節距、雙層方式繞製，則下列敘述何者正確？ (A)每相每極的導體集中放在一個定子線槽內 (B)可使氣隙內磁通接近正弦波形分佈 (C)線圈兩邊之放置間距大於一個極距 (D)每個定子線槽內放一層導體。第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類 7第十三章 一、精選試題1. 同步轉
21、速 ns 1800 rpm120fP6044. n(1 S)ns(1 S) f（頻率增加） ，n（轉速增加）5. S s(1) S1 時，n 0，電動機靜止不動或起動瞬間。(2) S0 時，n n s，電動機以同步轉速運轉。(3) S1 時，n 0，電動機轉向與旋轉磁場的轉向相反。(4) S0 時，n n s，電動機反而具有發電機的功用。6. 同步轉速 ns 1200 rpm ，2fP160旋轉磁場對轉子轉速為 nsn1200113070 rpm7. 起動瞬間轉差率 S1，轉子頻率 frSf1 5050 Hz。8. ns 900 rpm 轉差速率Sn s0.03 90027 rpm120fP6
22、0811. 同步轉速 ns 900 rpmf12轉差率 S 0.03 轉子頻率 frSf0.03 601.8 Hzs907314. 定子磁場對轉子磁場之轉速n sn s015. 答案除了(B)之外都只有交換二條電源線接線，電動機會反轉。17. S 0.03 ns1200 n s 1200 P6sn3612fP08 第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類18. 轉子頻率 frSf 1.8 S60 S0.03 同步轉速 ns 1800 rpm 120P604轉子轉速 n(1S) ns(10.03) 18001746 rpm19. n(1 S)ns S則 n。20. (1) 採用開口槽，槽部
23、空氣隙大，然而空氣之導磁性差，故槽部磁阻大。(2) 採用半閉口槽，整個磁路磁阻小，要達成相同磁通密度，所需的激磁電流可以較少。21. ns 1500 rpm，S 100 1000120fP504sn15022. 感應電動機的優點有(1)構造簡單。(2) 價格低廉。(3)故障少，維修容易。(4)速率變動不大。23. ns f n s1.2 n s120Psnf60524. 轉子轉速 n(1S) ns025. n(1 S) ns(1 S) ，S12fPsn頻率 f、極數 P 及轉差( nsn)，均與轉速 n 有關。二、歷屆試題1. ns 1500 rpm S 100 1006120fP504sn1
24、5043. (1) 定子與轉子鐵心採用矽鋼片疊積而成，主要是為減少渦流損；(2) 雙鼠籠式轉子設計主要目的為低起動電流，提高起動轉矩；(3) 採用較小氣隙長 度設計可以使磁路磁阻減少，以減少激磁電流，提高功率因數。第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類 94. ns 1500 rpm 120fP504frS f 1.8 S50 S 0.036S 轉差速率n s nS ns0.036150054 rpms5. n(1 S) ns(1 S) (10.05) 950 rpm120fP120567. ns 1200 rpm120fP69. 同步轉速 ns 900 rpm f1208對於新的旋轉
25、磁場而言，此時電動機為逆向旋轉，所以轉速為600 rpm轉差率 S 1.667s9(6)010. n P 8 極120f1211. ns 1200 rpm 定子磁場對定子之轉速為n s01200 rpmf6012. ns 900 rpm S 0.05120fP8s9085f rS f0.05603 Hz13. ns 900 rpm S 0.0260sn29014. n(1 S) ns(1 S) 970(10.03) f33.3 Hz12fP1415. 同步轉速 ns 1800 rpm 0f604轉差率 S 0.05 s187轉子端電壓頻率 frS f 0.05603 Hz 週期 Tr 0.33 秒，示波器每格 0.1 秒，0.33 秒占 3.3 格f3 0.3110 第 13 章 三相感應電動機的原理、構造及分類16. 同步轉速 ns 1200120fP60轉差率 S s142轉子頻率 frSf 60 320
