作业答案学生版

1、1-1、铁磁材料具有哪三种性质？ 答：铁磁材料具有“高导磁率”、“磁饱和”以及“磁滞和剩磁”等三种性质。1-2、交、直流接触器电磁机构有什么不同点？ 答： （1）铁心构造方面的不同：交流电磁铁的铁心由硅钢片叠压而成，且一般有短路环；交流电磁铁为了减少涡流损耗，铁心的应该由片间涂有绝缘材料的硅钢片叠压而成。此外为了避免铁心中因磁通过零而出现的吸力为零，从而出现衔铁振动现象，交流电磁铁的铁心一般设有短路环。直流电磁铁的铁心一般由整块铸铁制成，且不设短路环。而直流电磁铁因为稳定运行时不会产生涡流损耗，为了简化工艺等，铁心通常由整块铸铁制成。直流电磁铁铁心产生的吸力恒定不变，因此不需要设置短路环。（2

2、）线圈结构方面的不同：交流电磁铁线圈是带骨架的“矮胖形”线圈，线径粗，匝数少；直流电磁铁线圈是不带骨架的“细长形”线圈，线径细，匝数多。（3）工作原理方面存在的差异：交流电磁铁是恒磁通型的，对于交流电磁铁，只要电源电压和频率不变，因为UE=4.44Nf，其磁通基本不变，因此不管衔铁是否吸合，电磁铁产生的吸力基本保持不变。直流电磁铁是恒磁势型的。对于直流电磁铁，要电源电压不变，推出电流I=U/R=常数，所以是恒磁势型1-3、交流接触器为什么要用短路环？ 答：交流接触器用短路环是为了避免衔铁的振动。交流接触器的线圈通过的是交流电流，在铁心中产生的是交变磁通。在一个周期内，交流电流和交变磁通都有两个

3、瞬时值为零的“过零点”。在“过零点”瞬间，铁心产生的电磁吸力为零。在“过零点”衔铁就会出现振动。短路环是用良导体焊接成的，将铁心的一部分套住。接触器工作时产生的交变磁通也通过被短路环套住的部分铁心，且在短路环中感应电动势，产生电流。短路环中的电流也会产生磁通，避免铁心两部分产生的磁通同时为零，从而避免衔铁的振动的。1-11、交流接触器衔铁卡住为什么会烧毁线圈？ 答：交流电磁铁是恒磁通型的，只要电源电压和频率不变，因为UE=4.44Nf，其磁通基本不变，因此不管衔铁是否吸合，电磁铁产生的吸力基本保持不变。但是，衔铁吸合前，磁路的磁阻大，线圈通过的电流大；衔铁吸合后，磁路的磁阻小，线圈通过的电流小

4、若接触器工作时交流电磁铁的衔铁卡住，将使线圈一直保持较大的电流，产生的铜损耗增加，很容易使线圈因过热而烧毁。第2章 变压器2-1、额定电压为110/24V变压器，若将原边绕组接于220V交流电源上，其结果如何？若将220/24V的变压器接于110V交流电源上，其结果又将如何？ 答：若将110/24V变压器的原边绕组接于220V交流电源上，由于这时原边电压增加一倍，由于UE=4.44Nf，就要求磁路的磁通也增加一倍。但一般变压器设计时都让其铁心工作在半饱和区，在半饱和区再使磁通增加一倍，则励磁电流（空载电流）将大大增加，使绕组的铜耗和铁心损耗大大增加，变压器将很快烧毁。 若将220/24V的变压

5、器接于110V交流电源上，磁路的磁通减少，对于变压器运行没有什么不良影响。只是此时磁路完全不饱和，变压器铁心的利用率降低而已。同时，变压器副边输出电压减小为12V，不能满足原来负载的要求。2-5、一台额定电压为220/110V的变压器，原、副边绕组匝数N1、N2分别为2000和1000，若为节省铜线，将匝数改为400和200，是否可以？ 答：不可以。根据UE=4.44fNm可知，当匝数减小而为了维持同样电压，必须导致磁通大大增加，必然使得磁路饱和，电流显著增大。题中条件下，匝数减少为原来的1/5，为了平衡电源电压，磁通需要增加到原来的5倍，磁路严重饱和，电流增加的倍数可达原来的几十倍，若没有保

6、护措施，线圈将瞬间烧毁。2-3、一台三相变压器，额定容量为SN=400kVA，额定电压为U1/U2=36000/6000V，Y/连接。试求：(1)原、副边额定电流；(2)在额定工作情况下，原、副边绕组中的电流；(3)已知原边绕组匝数N1=600，问副边绕组匝数N2为多少？ 解：(1)原、副边额定电流：由于额定电流、额定电压分别为线电流、线电压，因此： I1N=SN/(U1N)=400000/(×36000)=6.415(A) I2N=SN/(U2N)=400000/(×6000)=38.49(A) (2)在额定工作情况下，原、副边绕组中的电流：设，I1P、I2P分别为额定工

7、作情况下原、副边绕组中的电流。对于Y/连接的变压器，原边Y连接有：I1P=I1N=6.415(A) 副边连接有：I2P=I2N/=38.49/=22.22(A) (3)求副边绕组匝数N2：因为I2/I1=N1/N2，因此： N2=N1I1P/I2P=600×6.415/22.22173(匝)2-4、一台三相变压器，其额定值为SN=1800kVA，U1/U2=6300/3150，Y/连接，绕组铜损与铁损之和为（6.6+21.2）kW，求：当输出电流为额定值、负载功率因数cosj=0.8时的效率。 解：(1)额定输出电流：I2 N=SN/(U2N)=1800/(×3.15)=3

8、29.9(A) (2)输出电流为额定值、负载功率因数cosj=0.8时，副边输出的有功功率P2N： P2N=SN×cosj=1800×0.8=1440kW (3)输出电流为额定值、负载功率因数cosj=0.8时的效率h： h=P2/P1×100%=P2/(P2+pFe+pcu)×100%=1440/(1440+6.6+21.2)×100%=98.1 第3章 异步电动机3-1、什么叫转差率？如何根据转差率判断异步电动机的运行状态？答：所谓转差率，就是转差的比率，是转子转速与气隙旋转磁场之间的转差与气隙旋转磁场的相对比率。其定义式为s=(n0-n)

9、n0。根据转差率可以判断异步电动机的运行状态，具体如下： 当s0时，nn0，异步电动机处于发电制动状态； 当s=0时，n=n0，异步电动机处于理想空载运行状态； 当0s1时，nn0，异步电动机处于电动运行状态； 当s=1时，n=0，异步电动机处于堵转状态，或者电动机起动的瞬间； 当s1时，n0，异步电动机处于反接制动运行状态。 3-2、异步电动机处于发电机运行状态和处于电磁(反接)制动运行状态时，电磁转矩和转子转向之间的关系是否一样？应该怎样分析，才能区分这两种运行状态？答：只要处于制动状态，电磁转矩的方向都是与转子转向相反。要区分这两种运行状态可以从异步电动机转子与气隙旋转磁场的关系（即转差

10、率）进行判断：当s0时，异步电动机处于发电制动状态。此时转子转速n高于气隙旋转磁场的转速n0；当s1时，异步电动机处于反接制动运行状态。此时，转子转速n与气隙旋转磁场的转速n0方向相反，若以气隙旋转磁场的转速n0方向为参考正方向，则转子转速n低于气隙旋转磁场的转速n0。3-3、三相异步电动机在满载和空载下起动时，起动电流和起动转矩是否一样？答：三相异步电动机的机械特性与其所带负载没有任何关系，因此在满载和空载下起动时，其起动电流和起动转矩都是一样的。3-4、如果电动机的三角形连接误接成星形连接，或者星形连接误接成三角形连接，其后果将如何？ 答：如果电动机的三角形连接误接成星形，则定子每相绕组的

11、端电压下降为原来的1/，主磁通将大大减小。当接额定负载运行时，绕组中电流将增加，超过额定值，致使保护器件动作或者烧毁绕组。 如果电动机的星形连接被误接为三角形，则定子每相绕组的端电压将为原额定电压的倍，为了感应电动势与电源电压平衡，要求主磁通也要增加到为原来的倍，磁路将严重饱和，励磁电流大大增加，也会致使保护器件动作或者烧毁绕组。3-5、一台三相异步电动机已知如下数据：PN=2.2kW，UN=380V，nN=1420r/min，cosj=0.82，h=81%，电源频率f=50Hz，星形接法。试计算：(1)定子绕组中的相电流Ip，电动机的额定电流IN及额定转矩TN；(2)额定转差率sN及额定负载

12、时的转子电流频率f2。 解：定子绕组中的相电流Ip，电动机的额定电流IN及额定转矩TN： IN= PN /( UN h×cosj)= 2200/(×380×0.81×0.82)=5(A)；星形接法，Ip=IN=5(A) TN=9550PN/nN=(9550×2.2)/1420=14.79(N·m) sN=(n0-n)/n0=(1500-1420)/1500=0.0533 f2=sN×f=0.0533×50=2.67(Hz) 3-22、一台三相四极鼠笼式异步电动机，已知其额定数据如下：PN=5.5kW，UN=380V

13、，nN=1440r/min，cosj=0.84，h=85.5%，过载系数l=2.2，起动转矩倍数kT=2.2，Ist/IN=7，电源频率f=50Hz，星形接法。试计算：额定状态下的转差率sN、电流IN和转矩TN，以及起动电流Ist、起动转矩Tst、最大转矩Tmax。 解：由于是三相四极电机，极对数p=2。n0=60f/p=3000/2 =1500r/min，所以： 额定转差率sN为：sN=(n0-n)/n0=(1500-1440)/1500=0.04 额定电流IN为：IN=PN/(UN×h×cosj)=5500/(×380×0.855×0.84

14、)=11.64(A) 额定转矩TN为：TN=9.55×PN/nN=9.55×5500/1440=36.47(N·m) 起动电流Ist为：Ist=7×IN=81.45(A) 起动转矩Tst为：Tst=kT×TN=2.2×36.47=80.24(N·m) 最大转矩Tmax为：Tmax=l×TN=2.2×36.47=80.24(N·m) 第4章 同步电机4-1、同步发电机在三相对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的旋转磁场是否与励磁绕组交链？它会在励磁绕组中感应电动势吗？ 答：同步发电机电枢电流产生的磁

15、场是与励磁绕组交链的。由于发电机稳定运行时，两个磁场的转速相同，虽然电枢磁场与励磁绕组交链，但交链的磁通不变化，所以不会在励磁绕组产生感应电动势。4-2、什么是同步发电机电枢反应？电枢反应的效应由什么决定？ 答：同步发电机负载时，三相电枢绕组流过三相对称电流，产生电枢旋转磁场，使气隙合成磁场的大小和位置发生变化。电枢绕组产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。有了电枢反应，同步发电机气隙中的磁场就由转子磁场和电枢磁场共同产生。电枢反应的性质（交磁反应、直轴增磁反应或直轴去磁反应）与这两个磁场在空间的相对位置有关，也就是与负载电动势和电枢电流间的夹角（内功角）有关，其实质是与负载的性质有关。4-

16、3、有一台三相同步发电机，PN=500kW，UN=400V，Y形接法，cosj=0.8(滞后)，单机运行，已知同步电抗为0.13W，电枢电阻不计，每相励磁电动势E0=410V，求下列几种负载下的电枢电流，并说明电枢反应的性质：(1)每相负载电阻7.52W的三相对称纯电阻负荷；(2)每相负载阻抗ZL=7.52+j7.52W的三相对称感性负荷。 解：设，该同步发电机为隐极式同步发电机，三相负载都是三角形连接。 每相负载电阻为7.52W的三相对称纯电阻负荷时的电枢电流： I=E0/(RL2+Xs2)0.5=410/(7.522+0.132)0.5=54.51(A) 每相负载阻抗为ZL=7.52+j7

17、.52W的三相对称感性负荷时的电枢电流： I=E0/RL2+(Xs+XL)20.5=410/(7.522+7.652)0.5=38.22(A) 由于同步电抗Xs的存在，即使在发电机每相负载电阻7.52W的三相对称纯电阻负荷时，电枢电流I仍然是滞后励磁电动势E0一个角度。因此，在这两种情况下，电枢反应都是0y90°的情况，其电枢反应性质都是：既有交轴电枢反应也有直轴去磁电枢反应。 4-4、一台隐极式同步发电机与电网并联运行，电网电压为380V，定子绕组为Y接法，每相同步电抗为Xs=1.2W，发电机输出电流为I=69.5A，发电机励磁电势E0=270V，cosj=0.8(滞后)，若减少励

18、磁电流，使发电机励磁电势E0=250V，保持原动机输入不变，并不计电枢电阻，试求：(1)改变励磁电流前发电机输出的有功功率和无功功率；(2)改变励磁电流后发电机输出的有功功率、无功功率、功率因数和电枢电流。 解：电网电压为380V，则发电机每相定子绕组的端电压为：U=380/=219.4V。 改变励磁电流前发电机输出的有功功率P和无功功率Q：cosj=0.8，则sinj=0.6 P=UIcosj=×380×69.5×0.8=36594.77(W) Q=UIsinj=×380×69.5×0.6=27446.08(Var) 改变励磁电流后

19、发电机输出的有功功率、无功功率、功率因数和电枢电流： 由于减少励磁电流，使发电机励磁电势E0=250V，保持原动机输入不变。所以发电机输出有功功率P不变，仍为：P=36594.77(W) 由于P不变，根据功角特性有E0sin不变，因此： sin2=XsP/(3E0U)=1.2×36594.77/(3×250×219.4) =0.26688 cos2=0.96373 再由右图所示的同步发电机相量图，利用余弦定理有： (XsI)2=(E0)2+(U)2-2E0Ucos=(250)2+(219.4)2-2×250×219.4×0.96373

20、 =4915.5(V 2) 电枢电流I=(XsI)/Xs=4915.5-0.5/1.2=58.4(A) 功率因数cosj=P/(UI)=36594.77/(×380×58.4)= 0.9516，则sinj=0.3072 无功功率Q=UIsinj=×380×58.4×0.3072=11813.96(Var) 答：改变励磁电流前同步发电机输出的有功功率约为36.6kW，无功功率约为27.4kVar。改变励磁电流后发电机输出的有功功率不变，仍为36.6kW，无功功率约为11.8 kVar，功率因数约为0.95，电枢电流约为58.4A。第5章 直流电机

21、5-2、直流电机中感应电势与哪些因素有关？感应电势的性质与电机的运行方式有何关系？其方向如何判断？答： Ea=Cen 要判断直流电机感应电势的性质，可以根据感应电势与电枢电流的方向进行判断：直流发电机，感应电势与电枢电流方向相同；直流电动机，感应电势与电枢电流方向相反。5-3、直流电机中电磁转矩与哪些因素有关？电磁转矩的性质与电机的运行方式有何关系？答：电磁转矩公式T=CTIa 直流电机中电磁转矩的性质可分为驱动转矩和制动转矩两种。如果电机作为电动机运行，直流电动机将电源提供的电能转换为机械能，因此电磁转矩是驱动性质的驱动转矩；如果电机作为发电机运行，直流发电机将机械能转换成电能，电磁转矩要与

22、原动机提供的机械转矩相平衡，起阻碍电机转子转动的作用，因此其电磁转矩为阻碍性质的制动转矩。5-4、何谓自励起压？直流发电机自励起压的条件是什么？ 答：自励起压是指，自励发电机在没有外加励磁电源的情况下，原动机的拖动电枢转子转动，电枢绕组自动建立起电压。直流发电机自励起压的条件是：发电机要有剩磁；励磁电流磁场与剩磁场方向相同（或者说，电枢绕组与励磁绕组接线正确）；励磁电路的电阻要小于建压临界电阻（或者说，励磁电路的电阻足够小）。5-5、直流电机在各种不同励磁方式下，外部电流I、电枢电流Ia以及励磁电流If三者之间的关系如何？ 答：直流电机的励磁方式一般有四种：他励、并励、串励和复励，如右图所示。

23、其中，复励还可根据串励绕组的位置不同分为短复励和长复励。 5-6、某直流电动机铭牌的参数为：UN=220V, nN=1000r/min ,IN=40A, 电枢电路电阻Ra=0.5。若电枢回路不串联起动电阻在额定电压下直接起动，则起动电流为多少？ 解：设，该直流电动机为并励直流电动机。若电枢回路不串联起动电阻，在额定电压下直接起动的电流为： Ist=UN/Ra=220/0.5=440(A) 5-11、一台并励直流电动机，在额定电压UN=220V，额定电流IN=80A的情况下运行，电枢绕组电阻Ra=0.0992，电刷接触压降2US=2V，励磁绕组电阻=110.1，额定负载时的效率N=85%，求：

24、(1) 额定输入功率PN； (2) 额定输出功率P2； (3) 总损耗P； (4) 励磁回路铜耗PCuf； (5) 电枢回路铜耗PCua； (6) 电刷接触损耗PS； (7) 附加损耗P（设P=1%PN）； (8) 机械损耗和铁耗之和P+PFe。 解： 额定输入功率PN： PN=UN×IN=220×80=17.6(kW) 额定输出功率P2： P2=N×P1N=17.6×0.85=14.96(kW) 总损耗P： P= P1N-P2=17.6-14.96=2.64(kW) 励磁回路铜耗PCuf： PC u f =UN2/Rf=2202/110.1=439.6

25、(W) 电枢回路铜耗PCua： PC u a =I a N2×R a =(I N-UN/Rf)2×0.0992=603.53(W) 电刷接触损耗PS： PS =2US×I a N=2US×(I N-UN/Rf)=2×(80-220/110.1)=156(W) 附加损耗P； P=1%PN=0.01×17600=176(W) 机械损耗和铁耗之和P+PF e； P+PF e=P-PC u f -PC u a-PS-P=2640-439.6-603.53-156-176=1.265(kW) 第6章 控制电机6-1、转子不动时，异步测速发电机为

26、何没有电压输出？转动时，为何输出电压值与转速成正比，但频率却与转速无关？答：当异步测速发电机的转子不动时，励磁绕组在其轴线方向上产生的脉振磁通与输出绕组的轴线方向垂直，因而不能在输出绕组中感应电势，也就无电压输出。转动时测速发电机转子切割励磁绕组产生的脉振磁通，将在转子导体中感应电势、产生电流；此电流所产生的转子磁通与输出绕组轴线方向基本一致，因而输出绕组将有电压输出。由于切割励磁磁通的转子导体感应电势的大小与励磁磁通和转子转速成正比，励磁磁通是脉振磁通（幅值不变，频率为励磁电源频率），所以异步测速发电机感应的电势为交变电势，电势的大小正比于转速，交变电势的频率为励磁电源的频率，与转速无关。6

27、-2、改变交流伺服电动机转向的方法有哪些？ 答：要改变交流伺服电动机的转动方向，可单独改变它的励磁绕组的接线（即，将其两根引线脱开对调一下再接上）；或可单独改变它的控制绕组的接线（即，将其两根引线脱开对调一下再接上）。也可不改变接线，仅通过控制装置，单使控制电压相位变反来实现。第7章 电力拖动基础7-2、一台鼠笼式三相异步电动机的工作参数为：PN=30kw，UN=380V，IN=57.5A，f1=50Hz，p=2，sN=0.02, =90%，Tst/TN=1.2,Ist/IN=7,试求：(1) 用Y-换接降压起动时的起动电流和起动转矩；如负载转矩分别为额定负载转矩的60%和25%时，电动机能否

28、起动？(2) 用自耦变压器降压起动，使电动机起动转矩为额定转矩的85%时，自耦变压器的变比应为多少？此时电动机的起动电流和线路上的起动电流各为多少？ 解：要计算起动转矩，应该先计算额定转速nN和额定转矩TN： nN=(1-sN)n1=(1-sN)60f/p=(1-0.02)60×50/2=1470(r/min) TN=9550PN/nN=9550×30/1470=194.88(N·m) 用Y-换接降压起动时的起动电流和起动转矩；如负载转矩分别为额定负载转矩的60%和25%时，电动机能否起动？ IstY=Ist/3=7IN/3=7×57.5/3=134.2

29、(A) TstY=Tst/3=1.2TN/3=1.2×194.88/3=77.95(N·m) 对于60%额定负载转矩，即为：0.6×194.88=116.93N·mTstY=77.95N·m，不能起动；对于25%额定负载转矩，即为：0.25×194.88=48.72N·mTstY=77.95N·m，可以起动。 用自耦变压器降压起动，使电动机起动转矩为额定转矩的85%时，自耦变压器的变比应为多少？此时电动机的起动电流和线路上的起动电流各为多少？ 设：自耦变压器的变比为k，则k2等于电动机直接起动转矩Ist与采用自耦变

30、压器降压起动时电动机的起动转矩Tsts=0.85TN之比。因此，自耦变压器的变比应k为： k=(1.2TN/0.85TN)0.5=(1.2/0.85)0.5=1.188 电动机绕组电压为直接起动时的1/k，因此，此时电动机的起动电流Ist为： Ist=Ist/k=7×57.5/1.188=338.8(A) 线路中的电流就是自耦变压器原边电流Ists为： Ists=Ist/k2=7×57.5/1.1882=285.1(A) 第8章 电动机的自动控制基础8-6、直流接触器线圈中串经济电阻的作用是什么？答：直流接触器线圈中串经济电阻的作用主要有两个：在接触器吸合后减小线圈的电流，

31、从而减少损耗；延长直流接触器线圈的寿命。恒磁势型 衔铁吸合前RM大，= IN/RM 小，吸力小 衔铁吸合后RM 小，= IN/RM 大，吸力大 所以吸合后串经济电阻减小直流接触器线圈的电流，但还有足够的吸力保持吸合第9章 船舶甲板机械电力拖动与控制9-4、船舶起货机对电力拖动有哪些要求？如何满足？答：船舶起货机对电力拖动的要求主要分四个方面： 提高生产率方面的要求主要有：提高空钩速度，选用飞轮惯量GD2小的电动机以缩短电动机的起动和制动时间。 对调速范围的要求主要是要求起货机的调速范围大：一般直流起货机调速性能良好，调速范围为10:1；交流起货机的调速性能不如直流起货机好，但为了满足起货的调速

32、要求，调速范围一般应在为7:1。 对电动机的要求主要有：必须选用防水式、重复短期工作制的电动机以适应甲板工作条件，电动机应该具有起动力矩大而机械特性软的特点，以满足轻载高速，重载低速，耐冲击负载等实际工作需要。直流起货机的电动机一般采用积复励电动机，交流起货机的电动机一般采用深槽式(或双笼式)的变极调速笼式异步电动机，也可选用绕线式异步电动机， 电动起货机对控制电路的要求主要有：采用三档调速控制，并能实现正反转运行，对电动机设置短路、过载、绕组过热、失压欠压、缺相保护环节等，采用主令控制器实现运行操作，以保证起货机操作灵活，工作可靠，电动机要求有通风机进行强制冷却，并设置风道的风门对风机和起货电动机之间的联锁控制，设置从零档至上升（或下降）高速档的自动延时起动控制，以防止快速操作引起电动机过大的