电机课后答案

1、1-1、 变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？答：变压器电动势产生原因： 线圈与磁场相对静止， 但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化， 而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。对于变压器电动势：edNddtdte的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。对于旋转电动势：e Blve的大小与磁感应强度 B，导体长度I,相对磁场运动速度 v有关。1-2、 磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它的大小与哪些因素有关?答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界父变磁场作用卜反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转

2、向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。其大小Pn与最大磁通密度 Bm、交变频率f和材料等因素有关，即 Pn fBa。同时，磁滞损 耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。其大小Pw与铁芯中的磁通密度幅值 Bm，磁通的交变频率f、硅钢片厚度d和硅钢片电阻率等因素有关，即2 2 , 2PfBmdPw。1-3、 如何将eplN和e Blv两个形式不冋的公式统一起来？dt答：匝数N为1、有效长度为I，线圈宽度为b的线圈在恒定磁场中以速

3、度 v运动时，由电磁感dd x bdx应定律可得：e NBld IBIB（ v） Blvdtdt xdt1-4、电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成？这些材料各具有哪些主要特征?答：（1 ）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用 导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能， 使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。（2 ）硅钢片的导磁率极高，能减少电机体积，降低励磁损耗，磁化过程中存在不可逆性磁滞现象，交变磁场作用下，会产生磁滞损耗和涡流损耗。2-6已知一台直流发电机的铭牌参数如下：额定功率 PN=200kW，额定电压 Un=230V，额定转速n

4、N=1450r/min，额定效率 炉=90% ,试求该发电机的额定输入功率P1和额定电流In。答：直流发电机Pn = UnIn，代入数据可得In=869.6AP 吃也 2 10222.2 kWN N 90%2-7已知一台直流电动机的铭牌参数如下：额定功率PN=55kW，额定电压 Un=110V ,额定转速nN=1000r/min ，额定效率 刑=85% ,试求该发电机的额定输入功率P1、额定电流In和额定转矩Tcn。答:P鬼NPn55 103 64.7kWN85%直流电动机P1= UnIn，代入数据可得In=588AT空1 cNw55k525.5Nm1000 2 /602-10一台四极单叠绕组

5、的直流电机:1 ）如果取出相邻两组电刷，只用剩下的两组电刷是否可以？对电机的性能有何影响？端电 压有何变化？此时发电机能供多大负载（用额定功率的百分比表示）？2）如果有一元件短线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化?3 ）如果只用相对的两组电刷是否能继续运行?4）若有一个磁极失磁将会产生什么后果？答：（1 ）若取出相邻两电刷，电机可以工作，但带负载性能降低，原本共4条支路并联，设每支路电流为I,总电流为41，现在其中3条支路串联后再与第 4条支路并联，总电流为4/3I1/3 I + I =4/3 I。端电压不变，PNPN33.3%Pn。4I（2 ）若有一元件断线，电刷间电压不变，由于断线支路无

6、电流，总电流变为3I，即减少为原来的3/4。（3 ）只用相对的两个电刷时，两条支路上的电动势都为0，无法运行。（4）若一磁极失磁，电极内磁场不对称， 造成并联各支路感应电动势不等，甚至产生环流,损坏电机。32- 13 一台直流发电机，2P=8，当n =600r/min ，每极磁通量4 10 Wb 时,E=230V，试求：1）若为单叠绕组，则电枢绕组应有多少根导体?2）若为单波绕组，则电枢绕组应有多少根导体?答: E Ce n，贝U Ce230600 4 1095.8又CePN60a（1）当为单叠绕组时，a= P=4 ,沁亜X85748匝P4（2）当为单波绕组时，a=1 ,60aCeP60 95

7、.841437 匝2- 16、一台单波绕组的直流发电机，2P=4,PN=50kW , Un=230V ,n N=725r/min ,K=135 ,Ny = 1，试求：1）电枢绕组总导体数 N;2） 空载时，产生额定电压的每极磁通量0 ;3）若将电枢绕组改为单叠绕组， 在同样每极磁通量 o及转速下，空载时感应电动势为多少?答：（1）N 2kNy 2 135 1270（2）单波绕组a=1CePN 960a0-0.035249 WbCenN（3）若改为单叠绕组 a=p=2CePN4.560aE Ce 0 n n 115 V2-19一台并励直流发电机在600r/min时，空载电压为125V，假如将转速

8、提高到1200r/min ，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问发电机的空载电压为多少？答：并励发动机空载时，1=0所以la If由于 If、Ra 和 Ub 很小，因此 E UlaRa 2 Ub U I f RfRjI f R'f同时E Ce n题目指出，速度增大一倍，R'f也增加一倍。那么2E I f 2R'f励磁电流大小不变， 磁通不变。那么U0 E 2E 250V2-20对任一直流发电机，在给定的运行情况下，总可以利用电动势方程式求得E U Iara 2 Ub，为什么用空载特性曲线上求出对应于E的励磁电流If并非该运行状态的实际励磁电流值？答：当直流发电机有负载时，电

9、枢电流比较大，此时会产生明显的去磁效应或助磁效应，而工作在空载特性曲线对应 E的励磁电流If下，是不能满足要求的。 所以实际励磁电流会偏大 （由于去磁效应）或偏小（由于助磁效应）2-22台并励直流发电机，2P=4， PN=82kW ， Un=230V ，n N=970r/m inRa750.0259 ，并励绕组每极有78.5匝，四极串联后的总电阻Rf22.8 ，额定负载时，并励回路串入 Rf3.5，2 U b2V， pFeP mec2.3 kV， p ad0.005Pn。试求额定负载时发电机的输入功率、电磁转矩和效率。答:356.5AUnIfUnRjRf8.745AI a I N I f 36

10、5.2 AE U nIaRa2 Ub 241.46 V输入功率P1 Pem p mec p Fe pad p f PemI a pmec p Fe p ad 90.891 kWP2效率 一90%R由 E Ce nTemCt I aCt I a 868.3 NmCen2-24台他励直流发电机,PN=10kW ，Un=230V，n N=1000r/min，Ra0.46额定负载时电枢反应去磁作用相当于励磁电流0.2A。已知在800 r/min 时，在所考虑工作范围内，其空载特性可用 E 4001 f/ 5 If表示。试求：1 ）发电机额定励磁电流I fN ；2） 电压变化率U% ；3） 过载25%时

11、的端电压（设电枢反应正比于负载电流）；4） 在额定负载时，将端电压提高到250V ;励磁电流I fN不变时，其转速应提高到多少？若转速不变时，其励磁电流应增加多少？答：,Pn(1 ) In 43.5AU NEn Un I n Ra 250 V考虑在相同的励磁电流作用下，其产生的电动势为nEnE n 200 VnN又 E 4001 f 5 If ，所以 If 5A5.2A考虑电枢反应去磁作用，发电机额定励磁电流为IfN I f I fsU。400| fN nN5 丨 fN n254.9 VU0 UnUn100%10.83%(3) 过载 25% 时，la 1.25In此时，l；s 1.25 0.2

12、0.25AII故 I f I fN I fs475A则由 E 400 I ' r 5 I 'f，得 E 243.6 VU ' e' laRa 218.6 V(4),”“I10000“a) I fN不变，此时I n240 A250则 E N2 u n 2 I N 2 Ra268.4 V去磁作用I fs2血0.20.184 a1 f 21 fN 1 fs2 5.°16 A在 80° r/min 时， E 240° I f2 5 I f2 2°°.3v故 nN2 独翌 800 1072nN1 E 2b）转速 nN不变，

13、In2 40 A, En2 268.4 V, *20.184A4001 f2 nNEn2-N，所以 I f25.794a5 I f2 n故 1 fN2 1 f2 1 fs25.978A2-28如何改变串励、并励和复励直流电动机的转向？答：要改变直流电动机的转向，只要改变电枢电流方向或励磁电流方向。对于串励直流电动机，可将电枢绕组或串励绕组反接，电枢电流或励磁电流改变一个就可以；对于并励直流电动机来说，方法同上；对于复励直流电动机来说，考虑到其励磁绕组的特殊性，在改变电路时，要保证两段励磁绕组的综合励磁作用与电枢电流择一反向。2-31两台完全相同的并励直流电动机，机械上用一转轴联接在一起，并联于

14、230V的电网上运行，轴上不带其他负载。在1000r/min 时空载特性为：1 f/A1.31.4U0/V186.7195.9此时，甲电机的励磁电流为1.4A，乙电机的励磁电流为1.3A，转速为1200r/min ，电枢回路的总电阻均为0.1，若忽略电枢反应去磁的影响和附加损耗Pad，试问：1）哪台是发电机？哪台是电动机？ 2）总的机械损耗和铁耗是多少?3）若保持转速不变，只调节励磁电流能否改变电机的运行状态？4） 是否可以在1200r/min时两台电机都从电网吸取功率或向电网送出功率? 答：（1） Eo Ce n对于甲电机，当 n=1200r/min 时6E0 - 195.9 235V>

15、;U5甲电机是发电机对于乙电机，当 n=1200r/min 时Eo 6 186.7 224V< U5乙电机是电动机（2 ）对发电机Eo U laRa可得Ia 50A则 EIa 11750W甲发电机的机械损耗和铁耗P1甲P甲 em对电动机60 aRa乙电动机的机械损耗和铁耗：P乙 em P甲P。P乙 em P甲 em 1690 W（3）调节励磁电流可以改变两机运行状态。（4 ）可以两机都做电动机从电网吸收功率。但不可以两机都做发电机送出功率，因为不符合能量守恒定律。2- 32 台变励直流电动机，PN=5.5kW ,Un=100V ,1 n=58A ,nN=1470r/min , Rf=13

16、8Ra=0.15。在额定负载时突然在电枢回路中串0.5 电阻，若不计电枢回路中的电感和略去电枢反应去磁的影响，试计算此瞬间的下列各项：1）电枢反应电动势；2）电枢电流；3）电磁转矩；4）若总制动转矩不变，试求达到稳定 状态后的转速。答：(1)E U n IaRa 10058 1000.1591.4V138由于串入瞬间电机转速不变，故由E Ce n知E不变。故电枢反应电动势为91.4V。（2 ）当串入后E U n la RaR，所以 la 13.2A(3 ) TemCT N I a CTICe nN7.8 Nm(4 )若总制动转矩不变,则 Tem0CTN I aCTCe“NJ la,知I a不变

17、则平衡后E'Un Ia Ra R 62.8 AIE nCe N1010r/min2-35台并励直流电动机，PN=7.2kW , Un=110V , nN=900r/min, nN=85% ,Ra=0.08, IfN=2A。若总制动转矩不变，在电枢回路中串入一电阻，使转速降低到450r/min ，试求串入电阻的数值、输出功率和效率。答:转矩不变，则I aI aNIn IPnf 75 A电枢电势E UaNRa110750.08104 V速度降到450r/min后，Cenn En 52 V。nNRj罟aNRa11052750.080.69输出功率P2 T2T2 2n600.5P3.6kW效率

18、P2PN / N3.642.5%7.2/0.852-41换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组应如何励磁？如果不慎将已调节好换 向极的直流电机的换向极绕组极性接反，那么运行时会出现什么现象?答:换向极作用是改善换向， 在换向区域建立一个适当的外磁场，称为换向磁场。装在几何中性线上。换向极的励磁应使得换向极的磁动势抵消交轴电枢反应，并克服换向极磁路中的磁压降。如果不慎将换向极接反，则不但没有抵消，反而加强了磁场，因此可能出现电刷下的火花。2- 42台直流电机，轻载运行时换向良好。当带上额定负载时，后刷边出现火花。那么应如何调节换向极下的气隙或换向极绕组的匝数，才能改善换向？答：由于出现的是后刷

19、边的火花，所以可以判断是延迟换向，er ek而ek Bk （换向极磁场），为使erek，应增加换向极绕组的匝数，减小换向极下气隙。3- 3变压器铭牌数据为：SN=100kVA ，Uin/U2N=6300/400V ，Y/Yo连接，低压绕组每相匝数为40匝。1 ）求高压绕组每相匝数；2）如高压边额定电压由6300V改为10000V，而欲保持主磁通及抵押绕组额定电压不变，则新的高、低压绕组每相匝数又应是多少？答：U in N1（1 ）由-，Ni=630U 2N N 2（2 ）对于高压边，由于主磁通保持不变，E-N16300630E-N-10000Ee- 1000e1n11000 10000又一1厂

20、E2N2N2400N2403-6两台单相变压器，Uin/U 2N=220/110V ，原方的匝数相等，但空载电流I。-21。2 。今将两变压器的原线圈顺极性串联起来，原方加440V电压，试问两台变压器副方的空载电压是否相等？答：由题，两台变压器 U1N相等、丨0121。2，可知Zm1 0.5Z m2则当两变压器原线圈串联时,Z m1440U 11440VZ m1Z m23Zm2880U21440VZm1Z m23又由.U 1N k-2U 2NU11220得U12Vk3U21440U 22Vk3可见两变压器副边电压不相等。Uin/U2n=60/6.3 千伏，fN=50赫。空载及短3- 7一台单相

21、变压器，Sn=1000千伏安,路试验的结果如下:试验名称电压（V）电流（A）功率（W）电源加在空载630010.15000低压方短路321015.1514000高压方试计算：1） 折算到高压方的参数 （实际值及标幺值），假定Ri R22，XiX2X2 ；2）画出折算到高压方的 T形等效电路； 3）计算短路电压的百分值及其二分量;4）满载及cos 20.8 （滞后）时的电压变化率u %及效率 ；5）最大效率max。答:(1)根据空载试验,Z2mZoUoI 06300623.7610.1R2mR0249.01I02X2m2,R；m621.83由k609.52得折算到咼压方时6.3Zmk2Z2m56

22、.58kRmk2R2m4.45 kXmk2X2m 56.40 kZkUkI1N空 211.8815.15Rk旦I12N空 61.0015.15根据短路试验Xk202.91由题,有RiR2电 30.502X1X2Xk2101.46F面计算标幺值l1N16.67 AU 1N1 2NSNU 2N158.73A*RmRm 1 1NU in44467 仙60Xm56.40 16.67U 1N6015.67RiR2R1 1 1NU 1N8.47 10X1X2X1U 1N皿 2.8510 2(2 )画出等效T形电路:30.50j101.464.45k30.50U1j101.46zL ij56.40k(3)

23、UkRR* R； 1.694%ukX X；x25.70%得 Uk一U：R UkX 5.95%(4)U 12 Rk cos 2 Xk sin 2100%R： r2 cos 2X：X； sin 2 100%1.694%0.8 5.70% 0.64.78%U 2N U 2U 2N100% 得 u26.00 kV则 P2 U 212N cos 2 U 2 cos 2762 kWU 2N由题 PFe Po 5kW ,PI 1N PkCur2I k16.94 kWP2P 2Pcu100%97.20%最大效率时PFePcu5000， 12Po0.543P2P 2Pcu100%98.19%3-9变压器负载运行

24、时引起副边端电压变化的原因是什么？副边电压变化率的大小与这 些因素有何关系？当副边带什么性质负载时有可能使电压变化率为零?答:由于绕组存在漏阻抗，负载电流流过阻抗时，就会有电压降，从而引起副边端电压变化。副边电压变化率大小与这些因素的关系可表示为u 12 Rk cos 2 X；sin 2。当负载为容性时，2 0，可能使电压变化率为零。3- 10一台单相交压器 Sn=2 千伏安，U1n/U2n=1100/110 伏，R1=4 欧，X115欧，R2=0.04欧，X20.15欧，负载阻抗Zl 10 j5欧时，求：1 ）原边电流11、副边电流I2、副边电压U2 ；2 ）原边输入的有功功率；3 ）变压器

25、的效率。答：（1） Rr R1 R2 R1 k2 R2 8Xk X1X2X1k2X230ZL k2ZL 1000j5000则IlU 1NRkjXk 乙0.966 A12 kl 2 kl 19.66 AU2 I2 ZL9.66Jl02 52 1 08.0V3-11一台三相变压器 Y/Y-12 接法，SN=200kVA , Uin/U 2N=1000/400V电压，畐U边接三相对称负载，负载为 Y接，每相阻抗为 Zl=0.96+j0.48。原边接额定变压器每相短(2)P1； RkRl 940.6 W(3)F2I；Rl933.2W得P2R100%99.21%路阻抗为Zk=0.15+j0.35（高压侧

26、）。求该变压器负载运行时的: 1 ）原、副边电流；2）副边端电压；3 ）输入的视在功率、有功功率及无功功率;4）输出的视在功率、有功功率及无功功率。答:（1 ）由已知，k=2.5将Zl折算到高压侧，得ZL kN (6j3)令U1NP的相位为0故I1U 1NPZk ZL10003 6.15 j3.3582.4428.58I2 kI1206.128.58(2 )由已知，U2P JZl 221.212.01.3U 2P 383.15 27.99(3) S| 3U1NPI1142.790KVAPSI cos |125.391 KWQISI sin |68.309Kvar(4) So 3U 2p I 2

27、136.774 KVAFO SO cos O 122.329 KWQO SO sin O 61.178 Kvar3-14 画出如图所示各种联接法的向量图，根据向量图标出联接组号。答：（1）66a b cX Y Z c联接组号为Y/ (2)(3)联接组号为 / 8ooo3占dXYZbca/IBCE AB联接组号为 Y/Y-83-16 一台 Y/ 联接的三相变压器，原方（高压方）加对称正弦额定电压，做空载运行， 试分析：1）原方电流、副方相电流和线电流中有无三次谐波成分？ 2）主磁通及原、副方相电势中有无三次谐波成分？原方相电压及副方相电压和线电压中有 无三次谐波成分？答：（1）原边三次谐波电流不

28、能流通。 副边相电流中存在三次谐波电流， 线电流中没有三次谐波电流。 （2 ）主磁路中有三次谐波分量，但是很小，原、副边相电势中有三次谐波分量，但数值很 小。原边相电压有三次谐波成分， 副边相电压没有三次谐波成分。 副边线电压没有三次谐波 成分。3-17 一台单相变压器， 额定电压为 380/220V 。现将 Xx 连在一起， 在 A-X 端加 190V 电 压，如用电压表测 A-a 两端，试问：1） A 、a 为同极性端时，电压应为多少？2） A 、a 为异极性端时，电压应为多少？答：（1）由 U AX 190V,k=380/220 得：U ax 110V，A 、a 同性，所以U Aa U

29、AX U ax 80 V(2 ) U ax 110 V, A、a 异性U Aa U AX U ax 300 VA、a点相连接,3-18为了检查变压器的联接组号，在变压器接线后，将高、低压线圈的和上电源，用电压表测量Ucb和Uac，试证明：1) Y/Y-12 : Ucb Uac Uab 1 k k2 ；2) Y/Y-6 : Ucb Uac Uab 1 kk2 ；2)Y/Y-11 : Ucb Uab - 1 k2。( k)U ab答：(1)AaC DC设 Uab 1 UacUbc， U abkU ACUBC，kck<3AD -，CDAD ac1，BD k，222BC - BD2 CD2.k2

30、 k 1，uBC . k2 k 1uab由对称性得uCbuBC . k2 k 1 uab（2）cD21，BD 亍，BC a CD2 k2 k 1，所以Ucb2Ubc k k 1 Uab(3)cE -, AE2.3石BE2、BE2EC2Ubc,k23k 1 UabCb.bA2AC2.k21UCbk21 Uab4-7如果台交流发电机线圈电动势的三次谐波已由短距消除，其5次和7次谐波的短距系数为多少?答：为消除3次谐波，线圈的节距为y111 -233所以5次谐波的短距系数为ky5sin5y1 _0.86627次谐波的短距系数为ky7sin7y10.86624- 8为什么说交流绕组所产生的磁动势既是空

31、间函数，又是时间函数。试用单相绕组的磁动势来说明。答：同步电机的定子绕组和异步电机的定、 转子绕组均为交流绕组，而它们的电流则是随时间变 化的交流电。因此，交流绕组的磁动势及气隙磁通是时间的函数。同时空间上随着电角度按余弦规律分布，即也是空间位置的函数。4- 9三相绕组合成旋转磁动势基波的幅值、转向和转速各决定于多少？为什么？它的波幅的瞬间位置与某相电流的相位有何关系？答：,3 Nkw1由 Fi 0.9 I 知2P幅值4- 12 设有两相绕组，A相轴线在B相的逆转向90电角度，A、B相电流为Ia I m COS t、I a Im si n t ,试分析所产生的基波合成磁动势，并由此论证一个旋转

32、磁动势可以 用两个脉震磁动势来代替。5- 1有一台50赫的异步电机，额定转速nN 730转/分，空载转差率为 0.00267，试求该电机的极数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。答：60 fi60 fip -4.1所以p 4，极数为8 nN60 f1同步转速n1- 750 r/minP空载转速 n0n1n1s0 748 r/min额定负载转差率sNn1 nN0.0267n1?转子磁势基波切割定子的速度会不会因转子转n1 n5- 2 当异步电动机运行时，定子电流的频率是多少？定子电势的频率是多少？转子电势的频率是多少？转子电流的频率是多少？由定子电流所产生的旋转磁势基波将以什么速度切割定子？以什么速度切割转子？由转子电流所产生的旋转磁势基波将以什么 速度切割转子？以什么速度切割定子速的变化而变化？答：（1）定子电流的频率为额定频率f1（2 ）定子电势频率与电流频率相同为1（3 ）转子电流频率为 f2 Sf1，其中S（4 ）转子电势频率与电流