电机课后答案

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。TOC\o"1-5"\h\zd屮 d6对于变压器电动势：e=- =-N-dt dte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二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：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时,内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向,磁畴间相互摩擦而消耗能量,引起损耗。其大小P与最大磁通密度B、交变频率f和材料等因素有关，即P呵Ba。同时，磁滞损nmn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P与铁芯中的磁通密度幅值B，磁通的交变频率f、硅钢片厚度d和硅钢片电阻率wmP等因素有关，即P等因素有关，即Pwf2B2d2m Pd① ,1-3、如何将e=-N和e二Blv两个形式不同的公式统一起来？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度v运动时，由电磁感应定律可得：e=—N =—Ix+bB（^）ld=—IB =-lB（-v）=Blvdtdtx Edt4、 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。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nN=1450r/min，额定效率nN=90%，试求该N N N N发电机的额定输入功率卩!和额定电流INo1N答：直流发电机pn=unin，代入数据可得in=NNN NP=12XP=190%

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％二85%,试求该N N N N发电机的额定输入功率、额定电流lN和额定转矩Tn。1 N cN答：P2nNP2nNP^NnN55x10385%二64.7kW直流电动机P1=UNIN，代入数据可得lN=588AcNP_cNP_ 55kw 1000x2n/60_525.5Nm2-10一台四极单叠绕组的直流电机：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：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4I,现在其中3条支路串联后再与第4条支路并联，总电流为4/3I1/3I+I=4/3I。端电压不变，P'_P_33.3%P。N 41N N（2） 若有一元件断线，电刷间电压不变，由于断线支路无电流，总电流变为31,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。2-13 —台直流发电机,2P=8，当n=600r/min，每极磁通量0_4x10-3wb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答：E=C0n，则C= =95.8e e600x4X10-3PN又C=——e60a(1)当为单叠绕组时，a二P=4,N=叱=60x4x95・8=5748匝P（2）当为单波绕组时，a=1,N=叱=60X258=1437匝P 42-16、一台单波绕组的直流发电机，2P=4,P=50kW,U=230V,n=725r/min,K=135,N=1,N N N y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①。；3） 若将电枢绕组改为单叠绕组，在同样每极。磁通量①。及转速下,空载时感应电动势为多少？答：1)N=2kN=2x135x1=270y2）单波绕组a=1PN60aPN60a=9E0= ——=0.035249Wb0CneN（3）若改为单叠绕组a=p=2PN60aPN60a=4.5E=C0n=115Ve0N2-19一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，1二0所以I=Iaf由于I、R和AU很小，因此E=U+1R+2AU«U=IQ+R）=IR'fa b aa b ffjff同时E=Ce0n题目指出，速度增大一倍，R也增加一倍。那么2E=I-2R'励磁电流大小不变，磁通0不变。那么U'-E'二2E二250V02-20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二U+Ir+2AU，为什么用空载特性曲线上求出对应于E的励磁电流lf并非该运行状aabf态的实际励磁电流值？答：当直流发电机有负载时，电枢电流比较大，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「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,P=82kW,U=230V,n=970r/min,R二0.02590，N N N a75。并励绕组每极有匝，四极串联后的总电阻 Rf—22.80，额定负载时，并励回路串入R二3.50，2AU二2V，p+p二2.3kW，p二0.005P。试求额定负载时发电f b Fe mec ad N机的输入功率、电磁转矩和效率。答：PUI=n=356.5AI=n=8.745ANU fR+RN jfI二I+1二365.2AaNfE=U+1R+2AU二241.46VNaa b输入功率P=P+p+p+p+p=PI+p+p+p=90.891kW1emmecFeadfemamecFead效率耳由E=CeQnET=CQI=CI=868.3NmemTaTCnae2-24一台他励直流发电机,PN=10kW，Un=230V，q=1000r/min，R=0.460，额定负N N N a载时电枢反应去磁作用相当于励磁电流0.2A。已知在800r/min时，在所考虑工作范围内,其空载特性可用E=400I/（5+1）表示。试求：ff1） 发电机额定励磁电流I;fN2） 电压变化率AU%；3） 过载25%时的端电压（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不变时，其转速应提高到多少？若fN转速不变时，其励磁电流应增加多少？答：P（1） I=n—43.5ANUNE—U+1R—250VN NNa考虑在相同的励磁电流作用下，其产生的电动势为nE—E—200VnNnN又E—4001（+I），所以I—5Arf f考虑电枢反应去磁作用，发电机额定励磁电流为I—I+I—5.2AfNffs（2）400InU—型n—254.9V0 5+1nfNU—UAU%——0 nx100%—10.83%UN3)过载25%时，I'—1.25IaN此时，I'—1.25x0.2—0.25AfsIfN—I'IfN—I'fs—4.75贝I」由E—400厂f得E—243.6VU'—E'—I'R—218.6Vaaa），抑不变，此时Ia），抑不变，此时In210000250—40A则E—U+1R—268.4VN2N2 N2a去磁作用I —x0.2—0.184Afs2 INI—I—I—5.016Af2 fN fs2

nN2nN1EN2x800=1072E'2b）转速nnN2nN1EN2x800=1072E'2b）转速nN不变，1N2二40A,N2二268.4V,Ifs2二0.184AN2故IN2400I，所以If2二5.794Afs2二5.978A2-28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230V的电网上运行，轴上不带其他负载。在1000r/min时空载特性为：u0/V此时，甲电机的励磁电流为，乙电机的励磁电流为，转速为1200r/min，电枢回路的总电阻均为。，若忽略电枢反应去磁的影响和附加损耗P，试问：ad1） 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） E=C0n0e对于甲电机，当n=1200r/min时E=-x195.9=235v>U05甲电机是发电机对于乙电机，当n=1200r/min时E=-x186.7=224v<U05乙电机是电动机（2） 对发电机E二U+1R0aa可得I=50Aa则El=11750Wa甲发电机的机械损耗和铁耗P田-P田1甲甲em对电动机U-EI=-——=60AaRa乙电动机的机械损耗和铁耗：P-p田乙em1甲SP=P-P=1690W0 乙em甲em（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，P二，U=100V,l=58A,n=1470r/min,R=138。,R=。。在NN n N f a额定负载时突然在电枢回路中串。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：（100、（1）E=U—IR=100—58———x0.15=91.4VNaa （ 138丿由于串入瞬间电机转速不变，故由E=C0n知E不变。e故电枢反应电动势为。（2）当串入后E=U一I'（R+AR），所以I'=13.2ANaa a

ET=C0I=C I'=7.8NmemTNaTCnaeN若总制动转矩不变，E则T二C0I二C I，知I不变em0 TNaTCna aeN则平衡后E'=U—I(R+AR)=62.8ANaan'= =1010r/minC0eN2-35 —台并励直流电动机，PN二，Un=110V,q=900r/min,叽二85%,R=O,f=2A。若总N N N N a fN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=转矩不变，则I=IaaN=75A N——I耳UNN电枢电势EaN电枢电势EaN110—75x0.08=104vn速度降到450r/min后，E=COn=E =52V。eNnNU—EU—ER=—n —RjI aaN110—5275—0.08=0.69O输出功率P输出功率P=TO=T-2兀222n=0.5P=3.6kW60效率耳P2效率耳P2 P/耳NN3.67.2/0.85=42.5%2-41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。2-42一台直流电机，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：由于出现的是后刷边的火花，所以可以判断是延迟换向，e>e而esB（换向极磁场）,rkkk

为使e二e，应增加换向极绕组的匝数，减小换向极下气隙。rk3-3 变压器铭牌数据为：SN=100kVA,Uin/U2n=6300/400V,Y/Y。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：UN（1）由一in=i，N=630UN12N22）对于高压边，由于主磁通保持不变E N 6300 630―i=―i= = E'N'10000 E'111E=10001E' N'100010000又—1-二一1-二 二E' N' N' 400222N'二4023-6 两台单相变压器，U1n/U2n=220/110V，原方的匝数相等，但空载电流I二21。今将1N2N 01 02两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'101二2102，可知Zm1二°・5Zm2则当两变压器原线圈串联时，TOC\o"1-5"\h\zZ 440U二440X ml 二V11 Z+Z 3880m1 m2880U=440X m2—21 Z+Zm1 m2U又由k=俗=2U2202N220得U12u=厶=440v22k3可见两变压器副边电压不相等。3-7 一台单相变压器，©=1000千伏安，Uin/U2n=60/千伏，fN=50赫。空载及短路试验的结果如下：试验名称电压（V）电流（A）功率（W）电源加在空载63005000低压方短路321014000咼压方试计算："折算到高压方的参数（实际值及标幺值），假定Ri二R2-仆2，九-X2广乂丘右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COS92=0.8（滞后）时的电压变化率Au（%）及效率耳；5）最大效率耳。max答：（1）根据空载试验，有Z2m二U=6300二623.76Z2mI10.10PRuR=-^=49.01。TOC\o"1-5"\h\z2m 0I20X=fZ2-R2=621.83。2m 2m 2m由k= =9.52得折算到高压方时6.3Z二k2Z二56.58k。m 2mR二k2R二4.45k。m 2mX二k2X 二56.40k。m 2m根据短路试验1NI2321015.15二211.88。1NI2321015.15二211.88。1400015.152=61.00。1N=202.91。由题，有R由题，有R1Rk=30.50。X=X'=k=101.460X=X'=k=101.4601a 2o 2S二 N-2N U2N二158.73AR*RI4.45x16.67=—m1N=—124mU1N60XI56.40x16.67X*= m_1N-— —1567mU1N60S下面计算标幺值1二4二16.67A1N U1NRIR*—R*—1 —8.47x10-312U1$X*—X*XI—1$—2.85x10-21a 2aU1$(2)画出等效T形电路:TOC\o"1-5"\h\z(3)u=R*+R*=1.694%kR1 2u二X*+X*二5.70%kX 1a 2a=-U2+U2=5.95%4)kR kX4)AU=I*W*cos申+X*sin申)x100%=['R*+R*)dos申+ *+X*人in申]x100%1 2 2 1a 2a 2=1.694%x0.8+5.70%x0.6=4.78%由AU二U2$_U2x100%得U2=6.00kV2NS4cosQ=762kW2U 22N由题PFe二由题PFe二P0 二5kW，PcuI2Pink二16.94kW12k得一P+P2+Px100%二97.20%2cuFei rp~(5)最大效率时P二P二5000,I*= 亠=0.543Fecu 2IA1P则耳则耳二2x100%二98.19%P+P+P2cuFe3-9变压器负载运行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AU二I*Q*cosQ+X*sinQ）。当负载为2k 2 k 2容性时，Q2<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，X匕=15欧,R?二欧,X二0.15欧，负载阻抗Z=10+j5欧时，求：20 L1） 原边电流-、副边电流12、副边电压u2；2） 原边输入的有功功率；3） 变压器的效率。答：（1）R=R+R'=R+k2R=80k1 2 1 2X二X+X'二X+k2X二300k 1o 2o 1o 2oZ'二k2Z二1000+j50000LLU贝|JI= 1n =0.966A1R+jX+Z'k kLI=kI'=kI=9.66A221U=I|Z=9.6^102+52=108.0V2 2LP=12y+R'丿二940.6W11kL(3)P=12R二933.2W22LP得耳=—x100%=得耳P13-11一台三相变压器Y/Y-12接法，SN=200kVA,Uin/U2n=1000/400V。原边接额定电压，副边接三相对称负载，负载为Y接，每相阻抗为Z二+0。变压器每相短路阻抗为Zk=+0（高压Lk侧）。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二将zl折算到高压侧，得Z'=k2Z=(6+j3)0LL令u 的相位为01NP故I二-Zinp= 1000 =82.44Z-28.58。1Z+Z' <3(6.15+j3.35丿kLI=kI=206.1Z—28.58。21由已知，U=IZ=221.21Z-2.01。TOC\o"1-5"\h\z2P 2LU=43>U=383.15Z27.99。2 2PS=3UI=142.790KVAI 1NP1P=Scos9=125.391KWII IQ=Ssin9=68.309KvarII IS=3UI=136.774KVAO 2P2P=Scos9=122.329KWO O OQ=Ssin9=61.178KvarO O O3-14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）

ABCacXYZBABCacXYZBc联接组号为Y/A-1（2）

CABcYXzxyzCABcYXzxyzBCcaAEabBCcaAEabABCyXXYZca联接组号为ABCyXXYZca联接组号为△△（3）cEabcEabab联接组号为Y/Y-816一台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。17—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=190V，k=380/220得：AXU二110V，axA、a同性，所以U二U-U二80VAaAXax（2）U=-110V，A、a异性axU=U-U=300VAaAXax18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A、a点相连接，和上电源，用电压表测量ub和U,试证明:cb ac1）Y/Y-12：U=U=U1-k+k2；cb ac ab2）Y/Y-6：U=U=U1+k+k2；cb ac abU2）Y/Y-11:U=U1+k2。（k=ab）cb ab Uab答：（1）BCA日答：（1）BCA日cD^设u =1=u=u,u=k=u=uab acbcAB ACBC7 7 iQAD=2,CD=AD-ac=2-1，BD=亍-BC=xBD2+CD2=\k2—k+1,u=*：k2—k+1uBC ab由对称性得u =u=pk2—k+1uCbBC abEDFEDFk ：3 cD=2+1，BD七k，BC7D2+CD2=g+k+1,所以u=u=fk2+k+1uCbBC ab（3）cAacE=（3）cAacE=2，ae=¥BE=k£BC=\BE2+EC2=i'k2一13k+1u=\：k2一v3k+1uBC abCb=帥2+AC2=y;k2+1u=\:k2+1uCb ab7如果一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：(1)2为消除3次谐波，线圈的节距为y二1一了1 \ 3丿3厂5y兀'所以5次谐波的短距系数为k=sin丄•三=—0.866y5 IT2丿(7y兀)7次谐波的短距系数为k=sinl一1•n=0.866y7 IT2丿8为什么说交流绕组所产生的磁动势既是空间函数，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。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：由F=°x0.9N〈1I知12p幅值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I=Icosot、AmI=Isinot，试分析所产生的基波合成磁动势，并由此论证一个旋转磁动势可以Am用两个脉震磁动势来代替。1有一台50赫的异步电机，额定转速n=730转/分，空载转差率为，试求该电机的N极数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。答：60f60fP= 1沁1=4.1所以P=4，极数为8nn1N同步转速n=—―1=750r/min1p空载转速n=n—ns=748r/min0110n—n额定负载转差率s—1N—0.0267Nn12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?转子磁势基波切割定子的速度会不会因转子转速的变化而变化？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f1n—n（3） 转子电流频率为f=sf，其中s二1 TOC\o"1-5"\h\z2 1 n1（4） 转子电势频