电机与拖动思考题与习题的解答

1、附录:第2章 思考题及答案2-1 直流电机的主要部件是什么？各有什么作用？答：直流电机的主要包括定子、转子定子部分：包括主磁极、换向磁极、机座、电刷装置1）主磁极：建立主磁通，包括： 铁芯：由低碳钢片叠成 绕组：由铜线绕成2）换向磁极：改善换向，包括： 铁芯： 中大型由低碳钢片叠成。 小型由整块锻钢制成。 绕组：由铜线绕成。3）机座：固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成。4）电刷装置：引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。转子部分：包括电枢铁芯、电枢绕组、换向片1） 电枢铁心：构成主磁路，嵌放电枢绕组。由电工钢片叠成。2） 电枢绕组：产生感应电动势和

2、电磁转矩，实现机电能量转换。由铜线绕成。3） 换向片：换向用，由铜线围叠而成。4）2-2 在直流电机中，为什么要用电刷和换向器，它们起到什么作用？答：在直流发电机中，电刷和换向器起到整流的作用，将电枢绕组中的交流电整流成出线端的直流电。直流发电机中，起到逆变的作用，将端口的输入的直流电变成电枢绕组中的交变电流。2-3 直流发电机是如何 发出直流电的？如果没有换向器，直流发电机能否发出直流电？答： 直流发电机电枢绕组内的感应电动势实为交变电动势(如题图2-3所示瞬间以导体a为例)， 电枢绕组的a导体处于n极底下， 由“右手发电机”定则判得电动势方向为，转半圈后，处于s极下，电动势方向变为，再转半

3、圈，又回到原来位置，电动势又为。，它通过换向装置后， 才把电枢绕组的交流变为外电路的直流。换向装置的结构特点是电枢绕组尽管旋转，而 a、b电刷固定不转（电刷与磁极相对静止），且a刷恒与n极下导体相连，b刷恒与s极底下导体相连），则由a刷引出的电动势方向恒为（流出）， 若定义为正极， 则刷引出的电动势方向恒为 (流入)， 为负极，因此，由，两刷得到的就是直流。.nsa+_ab题图1-3 直流电机模型 由上分析可知，由于内电路的交流是通过换向装置后才变为外电路的直流，故没有换向装置就不行。2-4 何谓电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答：直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生，而负

4、载运作时，气隙磁场是由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的，显然与空载时不同，因此把电枢磁动势对主极磁场的影响称为电枢反应. 电枢反应结果可能使气隙磁场畸变，同时还可能使气隙磁场削弱或增强.2-5 公式和中的应是什么磁通？答：公式中的为每个极面下的气隙磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的.iaui=if串励ia=if=iiaufif iu他励i=ia if=uf/rf2-6 直流电机有哪几种励磁方式？在各种不同励磁方式的电机里，电机的输入、输出电流和励磁电流有什么关系？答： 励磁方式有：iauiif复励ia=if+iiauiif并励ia=if+iif=u/rf题图2-6 直流电机的励磁方式2

5、-7 “直流电机实质上是一台装有换向装置的交流电机”，你怎样理解这句话？答：由上题可知，无论是直流发电机还是直流电动机，它们在电枢绕组内的电流均为交流（而电刷两端的外电路均为直流），故直流电机实为一台交流电机。 这种交（内电路）、直（外电路）流的转换就是靠换向装置来实现的。 发电机交流（内电路） 直流（外电路） 电动机因此说，直流电机实质上是一台带有换向装置的交流电机。2-8 造成换向不良的主要电磁原因是什么？采取什么措施来改善换向？答：电磁原因主要是换向瞬间，在换向元件中的电流由正变成，产生电抗电动势和电枢反应电动势，会产生以电火花等不良现象，造成换向不良。不良换向会引起火花和环火，使电机遭

6、到损坏。改善换向的方法有：装设换向极。在电机大容量和工作繁重时，在主磁极极靴上嵌放补偿绕组。2-9 直流电机的电枢电动势和电磁转矩的大小取决于哪些物理量，这些量的物理意义如何？答：电枢电动势 其中，ce是电机的电动势结构数，它的大小决定于电枢绕组导体总根数n、主磁极对数 p及并联支路数2a ，是每个极面下的磁通，n是电机转速。电磁转矩 ct是电机的电磁转矩结构常数，它的大小决定于电枢绕组导体总根数n、主磁极对数p及并联支路数 2a，是每个极下的磁通，是电枢电流。2-10 如何判断直流电机运行于发电机状态还是运行于电动机状态？它们的功率关系有什么不同？答：用感应电动势和端电压的大小来判断。当时为

7、发电机状态，由原动机输入的机械功率，空载损耗消耗后，转换为电磁功率，再扣除电枢和励磁损耗后，以电功率的形式输出；当时，为电动机运行状态，电源输入的功率，扣除电枢和励磁铜耗后，转变为电磁功率，再扣除空载损耗后，输出机械功率。2-11 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，电机会有什么后果？若在起动时就断线（电机有剩磁），又会有什么后果？答： 并励直流电动机在运行时励磁回路突然断线，励磁电流消失（），主磁通将减小至剩磁通值，在断线瞬间，由于惯性，电机转速不会发生变化，则电枢电动势大大减小，从而电枢电流急剧增大，电枢绕组可能被烧坏。对于电磁转矩，当电枢电流增大的速度大于主磁通减小的速度时，则也会增

8、大。 如果负载转矩不变，致使电机转速迅速升高，若在空载或轻载时，转速会剧增，致使电机受损、甚至会造成人身伤害事故。2-12 试解释他激和并激发电机的外特性为什么是一条下倾的曲线？答： 讨论他励和并励发电机 他励发电机：稍下倾曲线（端电压u随负载电流i增大稍有下降），原因有：iinunu他并题图2-12 机械特性曲线负载增大，电枢反应去磁效应增强，气隙磁通减小，使电枢电动势ea减小。负载增加，电枢绕组电阻压降iara增大。并励发电机：下倾曲线（端电压u随负载电流增大下降幅度较他励发电机大），原因是：除、两原因与他励发电机相同外，因并励发电机的if =u/rf， 因此由、原因引起u减小，致使if减

9、小（他励发电机if不变），磁通减小，ea进一步减小，致使端电压下降幅度较大。第2章 练习题题解及答案2-1 试判断下列电刷两端电压的性质1） 磁极固定，电刷与电枢同时旋转；2） 电枢固定，电刷与磁极同时旋转。解：由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转时，因为电刷与磁极相对运动，电刷两端电压为交流。2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转，因为电刷与磁极相对静止，电刷两端电压为直流。2-2 一台直流电动机，额定功率为pn=160千瓦，额定电压un=220伏，额定效率n=85%，额定转速nn=1500转/分，求该电机的额定电流？解

10、：额定电流 2-3 一台直流发电机，额定功率为pn=145千瓦，额定电压un=230伏，额定转速nn=1450转/分，额定效率n=85%，求该发电机的额定电流？解：额定电流 2-4 试比较直流发电机和直流电动机的电动势、功率和转矩平衡关系？ 解： 发电机 电动机电动势平衡关系 功率平衡关系 转矩平衡关系 2-5 一台四极直流发电机，单迭绕组，每极磁通为马，电枢总导体数为152根，转速为1200转/分，求电机的空载电动势？解：2-6 一台四极直流电动机，nn=1460r/min，z=36槽，每槽导体数为6，每极磁通为马，单迭绕组，问电枢电流为800安时，能产生多大的电磁转矩？解： 2-7 直流发

11、电机和直流电动机的电枢 电动势的性质有何区别，它们是怎样产生的？直流发电机和直流电动机的电磁转矩的性质有何区别，它们又是怎样产生的？解； 直流发电机电枢电动势为电源电动势（ea与ia同向），直流电动机为反电动势（ea与ia反方向），它们均由电枢绕组切割磁场产生。 直流发电机电磁转矩为制动转矩（tem与n反向），直流电动机为驱动转矩（同向），它们均由电枢载流导体在主磁极场作用下产生电磁力而形成转矩。2-8 把一以他励发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？若是一台并励发电机，则电压升高得多还是少（励磁电阻保持不变）？解： 对于他励发电机： ， 即=c，故 ，空载电压增加1

12、.2倍。对于并励发电机：若=c情况同上，空载电压uo增加1.2倍，但由于uo增加的同时， 也相应加，从而导致也增大。所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。2-9 他励直流电动机的额定数据如下：，估计电枢回路总电阻的值。解：由于一般电机额定运行时效率最高，最高效率时可变损耗与不变损耗相等，即所以估计电枢回路的电阻为：2-11 一台并励直流发电机，励磁回路电阻负载电阻，电枢回路电阻，端电压u=220v。 试求：（1）励磁电流和负载电流i；（2）电枢电流和电动势（忽略电刷电阻压降）；（3）输出功率和电磁功率。解：(1) 励磁电流 负载电流 (2) 电枢电流 电枢电动势 (3) 输出功率 电

13、磁功率 或 2-12 一台并励直流发电机，电枢回路电阻，一对电刷压降，励磁回路电阻，求额定时的电磁功率和电磁转矩？解：励磁电流 负载电流 电枢电流 电枢电动势 电磁功率 电磁转矩 2-13 并励直流电动机的铭牌数据如下：，。电枢总电阻，电枢反应忽略不计。求：（1）额定运行时的输出转矩与电磁转矩。（2）理想空载转速与实际空载转速。（3）如果额定运行时总负载转矩不变，则串入电阻瞬间电枢电流与转速各为多少？（4）保持额定运行时总负载转矩不变，则串入而稳定后的电枢电流与转速各为多少？解: (1) 输出转矩 额定运行时，电枢电流：额定运行时，电枢电动势：额定运行时，电磁转矩：（2）由于额定励磁下，且不计

14、电枢反应，所以空载时的主磁通与额定磁通相同，则额定运行时所以：得，理想空载转速为： 实际空载有损耗，由额定运行时转矩平衡方程为：为不变损耗引起的转矩为制动转矩，所以空载时的制动转矩也为此转矩。 又 得： 则实际空载转速为： （3）串入电阻，由于惯性转速瞬间不变，瞬间电流为： 电枢电流与转速各为多少？（4）由于磁通和负载都不变，所以串入电阻稳定时的电枢电流为： 不变。而稳态时的反电动势为： 则最后的转速为n： 稳态时：额定时： 由以上两个式子可得串入电阻后最后稳定的转速为：一、填空题： 1、并励直流发电机自励建压的条件是_;_;_。(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流

15、产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻) 2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_时为电动机状态，当_时为发电机状态。 （eau；eau）3、直流发电机的绕组常用的有_和_两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_绕组。（叠绕组；波绕组；叠） 4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_。 （相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_，_。（2p；2） 6、直流电机的电磁转矩是由_和_共同作用产生的。（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_，当电刷在几何中线时，电动机产生_性质

16、的电枢反应，其结果使_和_，物理中性线朝_方向偏移。（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题 1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。（）（f） 2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。（） （t）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。（f） 4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。（） （f）三、选择题 1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。 （1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组 2、

17、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（） （3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。 3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压u0升高（）。（2） （1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。 四、简答题 1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励） 2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？ （使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随

18、着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。）3、试比较他励和并励直流发电机的外特性有何不同？并说明影响曲线形状的因素。 （并励直流发电机的外特性比他励的软。他励：影响因素有两个(1)随着ia增加，iara增加，使u下降；(2) 随着ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通减少，电枢电动势ea减少，最后使u下降。并励：影响因素有三个(1) 随着ia增加，iara增加，使u下降；(2) 随着ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通减少，电枢电动势ea减少，最后使端电压u下降。(3) 两端电压下降，磁通下降，电枢电动势ea进一步减少，端电压u进一步下降。）4

19、、一台并励直流发电机并联于电网上，若原动机停止供给机械能，将发电机过渡到电动机状态工作，此时电磁转矩方向是否变？旋转方向是否改变？ （电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。）第3章 思考题及答案3-2 直流电动机为什么不能直接起动？一般的他励直流电动机为什么不能直接起动？采用什么起动方法比较好？答： 不能直接起动。这是因为受到换向器的限制，起动瞬间电枢回路相当于短路，如不加以限制，电流太大会烧毁换向器，所以，直流电动机不允许直接起动。通常采用电枢回路串电阻起动，或降压起动，以降压起动为最好。因为降压起动时，可以实现无电流冲击，做到平滑、无级的连续起动，甚至可以做到恒力矩起动。3-3 衡量调速性能

20、的好坏时，采用哪些指标，说明各项指标的意义。答：就调速指标而言，有静差率、调速范围、平滑性等，静差率与硬度是有区别的。静差率按低速机械特性校核。静差率与调速范围d是互相制约的。调速范围反映了电机的额定工作时的速度变化范围，平滑性，反映了系统调速过程中的连续性、匀速性的特点。3-4 直流他励电动机常用哪几种方法进行调速？它们的主要特点是什么？比较它们的优缺点。答：直流电动机通常采用三种方法调速，它们是电枢回路串电阻调速；调整电枢电压调速；弱磁调速。其中，串电阻调速和调整电枢电压调速都是属于恒转矩调速，而弱磁调速则属于恒功率调速。其特点是, 串电阻调速和调整电枢电压调速都适用于亚同步调速,即空载转

21、速以下调速,而弱磁调速一般都用于空载转速以上调速。3-5 何谓恒转矩调速方式？何谓恒功率调速方式？为什么要考虑调速方式与负载类型的配合？怎样配合才合适？答：根据定义，恒转矩调速是指在在调速的过程中始终保持电磁转矩不变的调速。在保持励磁不变、负载不变的条件下，通过改变电枢电阻和电枢电压可以实现恒转矩调速。恒功率调速是指在在调速的过程中始终保持输入的电功率不变的调速。在保持电枢电压不变、负载不变的条件下，通过改变励磁电流可以实现恒功率调速。对恒定负载采用恒转矩调速方式；对额定转速以上的调速采用恒功率调速。3-6 哪些制动方法可以获得稳速制动运行？哪些制动方法没有稳速运行，只有过渡性制动运行？哪些制

22、动方法可以兼而有之？答：所谓稳速制动是指电机拖动系统能使动转矩在保持恒定的条件下起动或制动。改变电压可以实现稳速制动和起动。能耗制动只有过渡性制动运行，转子串电阻的方法是二者兼而有之。 3-7 比较各种电磁制动方法的优缺点，它们各应用在什么地方？答： 电源反接串电阻制动和能耗制动制动速度快，但对电机（机械）冲击大，能量完全消耗在制动电阻上；电枢回路串电阻制动，制动速度快，可实现分级制动，但制动后需迅速切除电枢回路中所串电阻，多用于起动和制动的过程中；回馈制动主要是指带有逆变装置的电压调速，通过降低电枢电压，使直流电机在一段时间内，处于发电状态，并将发出的电回馈电网。3-8 采用能耗制动、转速反

23、向的反接制动及回馈制动都能实现恒速下放重物，从节能的观点看，哪一种方法最经济？哪一种方法最不经济？答： 回馈制动最经济；能耗制动最不经济。第3章 练习题题解及答案3-3 他励直流电动机的数据为：pn13 kw，un110v，in135a，nn =680rmin，ra=0.05，求直流电机的固有机械特性。解：电势系数c=0.152 转矩系数c=9.55 c=9.550.1521.452则电机的固有机械特性为n=-t=-t723.7-0.227t=724-0.227t.3-4 一台他励直流电动机，pn7.6kw，un110v，in85.2a，nn =750rmin，ra=0.13，起动电流限制在2

24、.1in 。（1）采用串电阻起动，求起动电阻；（2）若采用降压起动，电压应降为多少？（3）求出这二种情况下的机械特性。解：（1）所串电阻r = -r=-0.130.48.（2）降压起动的电压为u=2.1ir=2.185.20.13v23.3v.（3）电势系数c=0.13转矩系数c=9.55 c=9.550.131.26串电阻时，机械特性n=-t=-t846.2-3.72t=874-3.72t降压时，机械特性n=-t=-t179.2-0.79t=180-0.79t3-5 一台直流他励电动机，pn =10 kw，un220v，in54a，nn1000rmin，ra0.5，=n ，在负载转矩保持额定

25、值不变的情况下工作，不串电阻，将电压降至139v。试求：（1）电压降低瞬间电动机的电枢电流和电磁转矩；（2）进入新的稳定状态时的电枢电流和转速；（3）求出新的稳定状态时，电动机的静差率和效率。解：瞬间时e=u-ir=220-540.5v=193v. 电势系数c=0.193 转矩系数c=9.55 c=9.550.1931.84（1）降压瞬间的电枢电流i=a=-108a 电磁转矩t= ci=1.84（-108）nm= -198.72 nm.（2）新的稳态时，电枢电流i=i=54a. 转速n=r/min580.3r/min=581r/min. (3)降压后的理想空载转速 n=n=1140r/min7

26、20.3r/min=721r/min. 静差率=100%19.4%输入功率p=ui=13954w=7506w.降压后输出功率p=p=1010w=5810w.则效率=100%77.4%3-6 一并励直流电动机，un110v，in28a，nn1500rmin，励磁回路总电阻rf 110，电枢回路电阻ra0.15，在额定运行状态下突然在电枢回路串入0.5的电阻，忽略电枢反应和电磁惯性，计算：（1）串入电阻后瞬间的电枢电势、电枢电流、电磁转矩；（2）若负载转矩减为原来的一半，求串入电阻后的稳态转速。解：励磁电流i=a=1a. 电枢电流i=i- i=28-1a=27a.感应电动势e=u-ir=220-2

27、70.15v=105.95v.电势系数c=0.071转矩系数c=9.55 c=9.550.0710.678(1) 电阻瞬间 e=e=105.95v电枢电流i=a6.23a.电磁转矩t= ci=0.6786.23nm4.22 nm.(2) 若负载转矩减为原来的一半，则电枢电流i=0.5i=0.527a=13.5a.则串入电阻后的稳态转速n=r/min1425.7r/min=1426r/min.3-7 一他励直流电动机，pn2.5kw，un =220v，in =12.5a，nn =1500r/min，ra=0.8。试求：（1）电动机以1200rmin的转速运行时，采用能耗制动停车，要求制动开始后瞬

28、间电流限制为额额定电流的两倍，求电枢回路应串入的电阻值；（2）若负载为位能性恒转矩负载，tz 0.9tn，采用能耗制动，使负载以420rmin的转速恒速下放，电枢回路应串入的电阻。解：（1）电势系数c=0.14 以n=1200r/min运行时，感应电动势e=cn=0.141200v=168v. 制动开始瞬时，要求i= -2i=-212.5v= -25v. 则串入的电阻r= -r=-0.8=5.92.(2) 若t=0.9t, 则电枢电流i=0.9i=0.912.5a=11.25a.感应电动势e= -cn= -0.14420v= -58.8v则串入的电阻r= -r=-0.85.23-0.8=4.4

29、3.3-8 他励直流电动机，pn5.6 kw，un220v，in31a，nn =1000rmin，ra=0.4。在额定电动运行情况下进行电源反接制动，制动初瞬电流为2.5in ，试计算电枢电路中应加入的电阻，并绘出制动的机械特性曲线。如果电动机负载为反抗性额定转矩，制动到n0时，不切断电源，电动机能否反转？若能反转，稳定转速是多少？解：制动前运行于额定状态，则e=u-ir=220-310.4v=207.6v.制动后开始瞬时, i=-2.5i=-2.531a= -77.5a.则串入的电阻r=-r=-0.45.52-0.4=5.12.电势系数c=0.21转矩系数c=9.55 c=9.550.212

30、.01机械特性曲线n=-t=-t-1047.6-13.1t=-1048-13.1t当转速n=0时，t= -nm=-80 nm.(负号表示方向与开始时相反).忽略空载制动转矩，额定电磁转矩为t=9.55=nm=53.48nm.稳态时，负载转矩t=t=53.48nm.|t| t，故电动机能反转。稳定转速n=-1048-13.1(-53.48)r/min-1048+701r/min=-347r/min.一、填空题： 1、他励直流电动机的固有机械特性是指在_条件下，_和_的关系。 （u=un、=n，电枢回路不串电阻；n；tem 2、直流电动机的起动方法有_ _。（降压起动、电枢回路串电阻起动） 3、如

31、果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行时电枢电流的_倍。 （2）4、当电动机的转速超过_时，出现回馈制动。（理想空载转速） 5、拖动恒转转负载进行调速时，应采_调速方法，而拖动恒功率负载时应采用_调速方法。（降压或电枢回路串电阻；弱磁） 二、判断题 1、直流电动机的人为特性都比固有特性软。（）（f） 2、直流电动机串多级电阻起动。在起动过程中，每切除一级起动电阻，电枢电流都将突变。（） （t）3、提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（） （t）4、他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（） （f）5、他

32、励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（） （t）三、选择题 1、电力拖动系统运动方程式中的gd2反映了：（2）（1）旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意见；（2）系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；（3）系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。 2、他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是：（3）（1）串电阻的人为特性；（2）降压的人为特性；（3）弱磁的人为特性。 3、直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：（2）（1）为了使起动过程平稳；（2）为了减小起动电流；（3）为了减小起

33、动转矩。 4、当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时，这时电动机处于：（2）（1）能耗制动状态；（2）反接制动状态；（3）回馈制动状态。5、他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速，设调速前、后的电枢电流分别为i1和i2，那么：（2）（1）i1i2。 四、简答题： 1、电力拖动系统稳定运行的条件是什么？（电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点，且在交点处，满足） 2、何谓电动机的充分利用？(所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行,还是调速过程中处于不同转速下运行,其电枢电流都等于额定值。) 第4章 思考题及答案4-1 变压器能否对直流电压进行变换？答：不能。变压

34、器的基本工作原理是电磁感应原理，如果变压器一次绕组外接直流电压，则在变压器一次绕组会建立恒定不变的直流电流i1，则根据f1= i1n1，我们知道直流电流i1会建立直流磁动势f1，该直流磁动势f1就不会在铁芯中产生交变的磁通，也就不会在二次绕组中产生感应电动势，故不会在负载侧有电压输出。4-2 变压器铁芯的主要作用是什么？其结构特点怎样？答：变压器铁芯的作用是为变压器正常工作时提供磁路，为变压器交变主磁通提供流通回路。为了减小磁阻，一般变压器的铁芯都是由硅钢片叠成的，硅钢片的厚度通常是在0.35mm-0.5mm之间，表面涂有绝缘漆。4-3为分析变压器方便，通常会规定变压器的正方向，本书中正方向是

35、如何规定的？答：变压器正方向的选取可以任意。正方向规定不同，只影响相应变量在电磁关系中的表达式为正还是为负，并不影响各个变量之间的物理关系。变压器的一次侧正方向规定符合电动机习惯，将变压器的一次绕组看成是外接交流电源的负载，一次侧的正方向以外接交流电源的正方向为准，即一次侧电路中电流的方向与一次侧绕组感应电动势方向相同；而变压器的二次侧正方向则与一次侧规定刚好相反，符合发电机习惯，将变压器的二次绕组看成是外接负载的电源，二次侧的正方向以二次绕组的感应电动势的正方向为准，即二次侧电路中电流方向与二次侧负载电压方向相同。感应电动势的正方向和产生感应电动势的磁通正方向符合右手螺旋定理，而磁通的正方向

36、和产生该磁通的电流正方向也符合右手螺旋定理。各个电压变量的正方向是由高电平指向低电平，各个电动势正方向则由低电平指向高电平。4-4 变压器空载运行时，为什么功率因数不会很高？答：变压器空载运行时，一次绕组电流就称为空载电流，一般空载电流的大小不会超过额定电流的10%，变压器空载电流可以分为两个分量：建立主磁通所需要的励磁电流和由磁通交变造成铁损耗从而使铁芯发热的铁耗电流。其中励磁电流与主磁通同相位，称为空载电流的无功分量；铁耗电流与一次绕组的相位相反，超前主磁通90o,称为空载电流的有功分量。其中的铁耗电流与励磁电流相比非常小，所以一次绕组电流就近似认为是励磁电流，在相位上滞后一次绕组电压90

37、，所以空载运行时功率因数不会很高。4-5 变压器负载运行时，绕组折算的准则是什么？答：折算就是用一个匝数和一次绕组完全相同的假想绕组来替代原有的二次绕组，虽然折算前后二次绕组匝数改变了，但是变压器二次绕组折算之前的能量关系、电磁关系和磁动势大小并不受影响，这是变压器折算的基本准则。4-6 研究变压器特性时，如何定义变压器的电压变化率？它的大小与哪些因素有关？答：电压变化率就是变压器一次绕组外接工频额定电压，负载功率因数一定时，变压器空载运行时的二次侧输出空载电压u20与变压器负载运行时的二次侧输出负载电压u2之差和二次侧额定输出电压u2n之比，且当变压器空载运行时，有u1= u1n，i2= 0

38、，u2= u2n，则有：电压变化率是是衡量变压器输出电压稳定性的一项重要性能指标，与变压器的短路阻抗、负载大小和负载性质有关。4-7 三相变压器是如何连接的？答：三相变压器的一次绕组和二次绕组对应的线电动势相量之间的相位关系与绕组的绕向、首末端标志及绕组接法有关，但是其相位一定为30的整数倍，因此可以采用时钟方法表示，当一次绕组和二次绕组接法相同时，即y/y或者/，其连接组别号一定为偶数；当一次绕组和二次绕组接法不同时，即y/或者/y，其连接组别号一定为起奇数。4-8 额定电压为380/110的变压器，如果将二次绕组误接到380v电压上，对变压器磁路会产生哪些影响？答：变压器一次绕组外接电压和

39、主磁通的关系满足,当外接电压的大小和频率不变时，铁芯中流通的主磁通和绕组匝数成反比，即。设一次绕组外接电压为380v时，空载电流为，此时。如果误把二次绕组接到380v电压上，则有，并且由变压器的变比可以知道，。当变压器铁芯不饱和的时候，可以根据磁路欧姆定律，有，所以可以得到；如果考虑到磁路饱和情况，则铁芯处于严重饱和状态，变压器发热，严重的会损坏变压器。4-9 为什么三相组式变压器一般不采用y/y连接，而常常采用y/或/y连接？ 答：y/y连接的变压器，一次绕组和二次绕组没有谐波电流流通，励磁电流成正弦波，根据饱和磁化曲线的对应关系，磁通波形为平顶波，如果将磁通按照傅立叶级数展开，磁通可以分解

40、为波形形状为正弦波的基波和波形形状同为正弦波，但频率为基波三倍的三次谐波磁通分量。(1)y/y接法对于三相组式变压器，三次谐波磁通可沿各自主磁路闭合，产生幅值可达基波幅度为60%左右的三次谐波相电动势。当基波电动势达到峰值的时候，三次谐波电动势也同时达到峰值，会使相电动势最大值升高很多，对绝缘不利。但是线电动势中没有三次谐波分量，因为同相位的三相三次谐波线电动势相互抵消了。所以三相组式变压器一般不会采用y/y接法。对于三相芯式变压器，三相磁路相互连通，所以同相位的三次谐波磁通不能在主磁通路中闭合，只能经变压器油箱形成回路，磁阻大，三次谐波磁通被削弱，三次谐波电动势较小，所相电动势接近于正弦，但

41、三次谐波磁通在油箱中引起损耗，导致变压器局部过热，效率降低。所以容量较大、电压较高的三相芯式变压器也不宜用y/y接法。（2）/y或/接法三次谐波电流可以在原边三相绕组中流过，所以根据饱和磁化曲线，可以知道主磁通与相电动势基本上均为正弦波，不会产生过高的相电动势，所以也不会对变压器造成损坏。（3）y/接法一次绕组中三次谐波电流无法流通，根据饱和磁化曲线可知，铁芯中的三次谐波磁通在一、二次绕组中会产生三次谐波电动势，二次绕组的三次谐波电动势在接法中就可有三次谐波电流流通，对一次侧产生的三次谐波磁通起削弱作用，从而使主磁通及相电动势接近正弦。所以，不论三相芯式或组式变压器，为使主磁通及相电动势为正弦

42、波，常将一次绕组或二次绕组接成。4-10 什么电压互感器在工作时不允许二次侧短路？电流互感器在工作时不允许二次侧开路？答：由于电压互感器二次侧所接的电压表或者功率表等仪表，内阻很大，所以实际上电压互感器工作时相当于一太降压变压器的空载运行，此时二次侧短路，会产生很大的短路电流，烧坏变压器绕组，所以不允许二次侧短路。电流互感器正常工作时，二次侧相当于短路，二次侧电流所产生的磁动势近似与一次侧磁动势大小相等，方向相反，所以建立铁芯中主磁通的合成磁动势和励磁电流很小。但是如果二次侧开路，则一次侧电流全部为励磁电流，在铁芯中产生的磁通会很大，铁芯过饱和，铁损耗增大，互感器发热。而且二次绕组匝数很多，将

43、会感应出危险的高电压，危机操作人员安全。第4章 练习题题解及答案4-1 有一台单相变压器，额定容量，额定电压，求一次侧和二次侧的额定电流。解：4-2 有一台三相变压器，额定容量，额定电压，y/连接。求一次侧和二次侧的额定电流。解：4-3 一台三相变压器，容量为，用400v的线电压给三相对称负载供电，设负载为y形连接，每相负载阻抗为，问此变压器是否可以带动该负载？解： 负载阻抗的模值为：负载的相电压和相电流分别为：三相负载的视在功率为：因为,所以变压器不能带动该负载。4-4 实验室有一单相变压器如图327，其数据如下：， 。今将它改接为自耦变压器，接法（a）和（b）所示，求此两种自耦变压器当低压

44、边绕组ax接于110v电源时，ax边的电压及自耦变压器的额定容量各为多少？题图327 某单相变压器接线图解：（1）按照图1（a）接线的自耦变压器变比ax边额定电压变压器额定容量（2）按照图1（b）接线的自耦变压器变比ax边额定电压变压器额定容量4-9 画出图328所示的各种联接法的相量图，并判断接线组别。图428 作业题39的附图答：ab.c.d.10、一台三相变压器，一次绕组和二次绕组的12个端点和各相绕组的极性如图329所示，试将次变压器联接成y/-7和y/y-4，画出联接图和相量图，并标出各相绕组的端点标志。图429 作业题310的附图之一答：（1） y/-7 图330 作业题410的附

45、图之二根据y/-7画出一次绕组和二次绕组线电动势的相量图，使得a和a重合在一点，注意和相差210o,所以判断处接线组别是y/-7。观察图中，可以知道：a. 变压器的一次绕组和二次绕组相电动势和缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相反； 和缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相反；和缠绕在同异根铁芯柱上，且相位相反，说明同一根铁芯柱上的一次绕组首端和二次绕组末端是同名端。可以先将接线图中一次绕组的末端x,y,z联接在一起，得出y形联接，同时标出一次绕组和二次绕组的相电动势，注意相电动势永远从首端指向末端；b. 一次绕组和二次绕组首端永远是顺时针排列，因此可以得出各个绕组的末端，得到图4-30中的相量图。（2）

46、y/y-4图431 作业题410附图之三由相量图可以知道，和， 和，和相位相同，并分别缠绕在同一根铁芯柱上。其它画法同上。一、填空题： 1、一台接到电源频率固定的变压器，在忽略漏阻抗压降条件下，其主磁通的大小决定于_的大小，而与磁路的_基本无关，其主磁通与励磁电流成_关系。（外加电压；材质和几何尺寸；非线性） 2、变压器铁心导磁性能越好，其励磁电抗越_，励磁电流越_。 （越大；越小）3、变压器带负载运行时，若负载增大，其铁损耗将_，铜损耗将_（忽略漏阻抗压降的影响）。 （不变；增加）4、当变压器负载（20）一定，电源电压下降，则空载电流i0_，铁损耗pfe_。（ 减小；减小）5、一台2kva,

47、400/100v的单相变压器，低压侧加100v，高压侧开路测得i0=2a；p0=20w；当高压侧加400v，低压侧开路，测得i0=_a，p0=_w。（0.5；20） 6、变压器短路阻抗越大，其电压变化率就_，短路电流就_。（大；小） 7、变压器等效电路中的xm是对应于_电抗，rm是表示_电阻。 （主磁通的；铁心损耗的等效）8、两台变压器并联运行，第一台先达满载，说明第一台变压器短路阻抗标么值比第二台_。 （小）9、三相变压器的联结组别不仅与绕组的_和_有关，而且还与三相绕组的_有关。 （绕向；首末端标记；联结方式）10、变压器空载运行时功率因数很低，这是由于_ _。（空载时建立主、漏磁场所需无

48、功远大于供给铁损耗和空载时铜损耗所需的有功功率） 二、判断题 1、一台变压器原边电压u1不变，副边接电阻性负载或接电感性负载，如负载电流相等，则两种情况下，副边电压也相等（）。 （f）2、变压器在原边外加额定电压不变的条件下，副边电流大，导致原边电流也大，因此变压器的主要磁通也大（）。（f） 3、变压器的漏抗是个常数，而其励磁电抗却随磁路的饱和而减少（）。（t） 4、自耦变压器由于存在传导功率，因此其设计容量小于铭牌的额定容量（）。 （t）5、使用电压互感器时其二次侧不允许短路，而使用电流互感器时二次侧则不允许开路（）。 （t）三、单项选择题 1、变压器空载电流小的原因是：一次绕组匝数多，电阻

49、很大；一次绕组的漏抗很大；变压器的励磁阻抗很大；变压器铁心的电阻很大。 2、变压器空载损耗： 全部为铜损耗；全部为铁损耗； 主要为铜损耗；主要为铁损耗 3、一台变压器原边接在额定电压的电源上，当副边带纯电组负载时，则从原边输入的功率： 只包含有功功率；只包含无功功率； 既有有功功率，又有无功功率；为零。 4、变压器中，不考虑漏阻抗压降和饱和的影响，若原边电压不变，铁心不变，而将匝数增加，则励磁电流： 增加；减少；不变；基本不变。 5、一台变压器在（ ）时效率最高。=1；p0/ps=常数；pcu=pfe；s=sn四、简答题 1、为什么变压器的空载损耗可近似看成铁损耗，而短路损耗可近似看成为铜损耗

50、？ （变压器铁损耗的大小决定于铁心中磁通密度的大小，铜损耗的大小决定决定于绕组中电流的大小。变压器空载和短路时，输出功率都为零。输入功率全部变为变压器的损耗。即铜损耗与铁损耗之和。空载时，电源电压为额定值，铁心中磁通密度达到正常运行的数值，铁损耗也为正常运行时的数值。而此时二次绕组中的电流为零，没有铜损耗，一次绕组中电流仅为励磁电流，远小于正常运行的数值，它产生的铜损耗相对于这时的铁损耗可以忽略不计，因而空载损耗可近似看成为铁损耗。短路试验时，输入功率为短路损耗。此时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此

51、时铁损耗与铜损耗相比可忽略不计。因此短路损耗可近似看成铜损耗。）2、电源频率降低，其他各量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电流、励磁电抗、漏抗的变化情况。 （据可知，当降低时，增加，铁心饱和程度增加，励磁电流增加，励磁电抗减小。）3、变压器的原、副边额定电压都是如何定义的？ （原边额定电压是指规定加在一次侧的电压。副边额定电压是指当一次侧加上额定电压时，二次侧的开路电压。）第5章 思考题及答案5-6 怎样才能改变三相异步电动机的转向?为什么?答：任意改变三根相线的两根线的连接相序，使旋转磁场的方向反向，使电机转向。5-7 一台三角形联接的定子绕组，若绕组内有一相断线，产生的磁势是什么磁势?

52、若电源有一相断电，产生的磁势是什么磁势？答：若绕组内有一相断线，产生的磁势将是单相脉振磁动势，此时，如电机正在转动则电机照样转，但是，如果是静止或停车后再起动，则是起动不了的。在这种条件下，动者恒动；静者恒静。5-8 为什么异步电动机(电动状态)的转速n总低于同步转速n1？答：只有在同步转速n1总是高于转子转速n的情况下，才能在旋转磁场与转子之间存在着相对运动，转子上的有效导体才能够有机会切割磁力线，并在转子绕组和铝条中中产生感应电动势，在感生电动势的作用下产生感生电流，产生电磁力矩。带动负载或生产设备工作。5-9 异步电动机的气隙为什么要做得很小？答：三相异步电动机又名叫做感应电动机，表明在

53、电机将电能转换为机械能或机械能转换为电能的过程中，能量都是通过磁场传递的，在磁场能量传递的磁路中两次穿过气隙。为了减少在能量转换的过程中电机自身的损耗，提高电机的能量转换效率，必须减小气隙磁阻，从而减少磁场在气隙中的损耗，降低在气隙两侧的磁压降。由于气隙构成的磁阻大小与气隙的宽度成正比，所以，要减小气隙磁阻，必须将定子与转子之间的气隙做得尽可能的小。5-10 什么叫电角度？电角度与机械角度是什么关系？答：机械角度每转一圈所对应的机械或几何角度称为机械角度。电角度是指转子每转一圈，定子和转子绕组中的感应电动势或感应电流变化的角度。当所谓的“一圈”用定子内表面圆周上的槽数z来表示，磁极对数用p来表示，电