电机及电力拖动课后习题答案

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《电机与拖动基础》课后习题

第一章习题答案

1.直流电机有哪些主要部件？各用什么材料制成？起什么作用？

答：主要部件：（1）定子部分：主磁极，换向极，机座，电刷装置。

（2）转子部分：电枢铁心，电枢绕组，换向器。

直流电机的主磁极一般采用电磁铁，包括主极铁心和套在铁心上主极绕组（励磁绕组）主磁极的作用是

建立主磁通。

换向极也是由铁心和套在上面的换向绕组构成，作用是用来改善换向。机座通常采用铸钢件或用钢

板卷焊而成，作用两个：一是用来固定主磁极，换向极和端盖，并借助底脚将电机固定在机座上；另一

个作用是构成电机磁路的一部分。

电刷装置由电刷、刷握、刷杆、刷杆座和汇流条等组成，作用是把转动的电枢与外电路相连接，并

通过与换向器的配合，在电刷两端获得直流电压。

电枢铁心一般用原0.5mm的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠加而成。有两个作用，一是作为磁的通路，

一是用来嵌放电枢绕组。

电枢绕组是用带有绝缘的圆形或矩形截面的导线绕成的线圈按一定的规律联接而成，作用是感应电

动势和通过电流，使电机实现机电能量装换，是直流电机的主要电路部分。

换向器是由许多带有鸠尾的梯形铜片组成的一个圆筒，它和电刷装置配合，在电刷两端获得直流电

压。

2.一直流电动机，已知P=13kw,U=220V,n=1500r/min,r|=0.85,求额定电流I。

NNNN

P_13x103

解：电动机P=UIF故I=69.5A

NNNNU%-220x0.85

N

3.一直流电动机，已知P=90kw,U=230V,n=1450r/min,r|=0.89,求额定电流I。

NNNN

解：发电机P=UI,故I=_12—391A

NNNNU230

N

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7.什么叫电枢反应？电枢反应的性质与哪些因素有关？一般情况下，发电机的电枢反应性质是什么？

对电动机呢？

答：负载时电枢磁动势对主磁场的影响称为电枢反应。

电刷反应的性质与电刷的位置有关系。

当电刷位于几何中性线上时，发电机的电枢反应性质是交轴电枢反应，此时物理中性线由几何中性线顺

转向移动了一个角度，而电动机的电枢反应也是交轴电枢反应，但物理中性线由几何中性线逆转向移动

一个角度。

8.什么叫换向？为什么要换向？改善换向的方法有哪些？

答：元件从一条支路转入另一条支路时，元件的电流将改变一次方向，这种元件中电流改变方向的过程

就称为''换向〃。

改善换向的目的在于消除电刷下的火花。

常用的改善换向方法有两种：（1）装置换向极；（2）正确选用电刷。

10.一台4极82kw、230v、930r/min的并励发电机，在75℃时的电枢回路电阻R=0.0259。，励磁绕

a

组电阻R=22.8。，额定负载时励磁回路串入调节电阻R=3.5。，电刷压降2AU=2V,铁耗和机

rfpfb

械损耗p+p-2.3kw,附加损耗p=0.05Po求额定负载时，发电机的输入功率、电磁功率、电磁

FeCsN

转矩和效率。

230

解:励磁电流I=8.75A

f22.8+3.5

行士1+.、大TP82x103cu/u.

锁定电流I=—==----------=356.5A

NU230

电枢电流I=1+1=356.5+8.75=365.3A

aNf

电枢电动势E=U+1R+2AU=230+365.3x0.0259+2=241,5V

aNaab

电磁功率p=EI=241.5x365.3=88.2kw

emaa

心、H&P=P+P=P+P+P+P

•t刖入功率1em0emFeQ

=88.2+2.3+0.05x82=94.6kw

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9.55P_9.55x88.2x103

电磁转矩T=905.7N-m

em930

pQO

效率r|=jX100%=X100%=86.7%

P94.6

1

11.一台并励直流电动机，在额定电压U=220v,额定电流I=80A的情况下运行，75℃时的电枢电

NN

阻R=0.01。，电刷接触压降2AU=2V,励磁回路总电阻R+R=110。，附加损耗〃=0.01P，

abrfpfsN

效率n=0.85。求：(1)额定输入功率P;(2)额定输出功率P；(3)总损耗Zp；(4)电枢铜耗p；(5)

12cua

励磁回路损耗0(6)电刷接触损耗p;(7)附加损耗p；(8)机械损耗和铁耗p+p0

fcubsQ.Fe

解：(1)额定输入功率P=UI=220x80=17.6kw

1NN

(2)额定输出功率P=PF=17.6x0.85=14.96kw

21

(3)总损耗Zp=P—P=17.6-14.96=2.64kw

I2

U、_220

(4)励磁电流I2A

fR+RTTo

rfpf

电枢电流I=1-I=80-2=78A

aNf

电枢铜耗p=hR=782xO.Ol=61w

cuaaa

(5)励磁回路损耗P=n(R+R)=22X110=440W

ffrfpf

(6)电刷接触损耗p=1x2AU=78x2=156w

cubab

(7)附加损耗P=0.01P=0.01xP=0.01x14960=150w

sN2

(8)机械损耗和邮+PO=P1-P-Pcua-Pcub-Peuf-Ps

=17600-14960-61-156-440-150=1833w

12.什么叫发电机外特性？他励发电机和并励发电机的外特性有什么不同？为什么？

答：发动机的外特性是，当n=nI=1时U=f(I)的关系曲线。

NffN

并发动电机的外特性和他励发电机的外特性有两点不同：(1)并励发电机的电压调整率比他励的大;

(2)并励发电机的稳态短路电路电流小。

这是由于他励发电机的励磁电流为常数，不受端电压变化的影响。而并励发电机的励磁电流却随电

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机端电压的降低而减小，这就是使电枢电动势进一步下降。当负载电阻短路时，电枢端电压为0,励磁

电流也为0,此时电枢绕组中电流由剩磁电动势所产生，而剩磁电动势不大，所以稳态短路电流也不大。

13.一并励发电机，额定运行时情况正常，当转速降为_Ln时，电枢电压U=0,试分析原因。

答：并励发电机能够自励必须满足三个条件：即发电机主磁极必须有一定剩磁，励磁绕组与电枢联接要

正确，励磁回路的总电阻要小于临界电阻。对应于不同的转速，临界电阻是不同的。当转速降低时，临

界电阻也相应下降。本题中，当转速n=」n时，使得励磁回路的总电阻大于临界电阻，不能满足自励

的第三个条件，同时电枢电压u=o.

14.一台并励直流电动机，铭牌数据为P=96kw,U=440V,I=255A,I=5A,

NNNfN

n=1550r\min,并已知R=0.078。。试求：

Na

(1)电动机额定输出转矩T；

N

(2)电动机额定电磁转矩T；

em

(3)电动机理想空载转速io

0

（2）额定电枢电流I=1-I=255-5=250A

aNNfN

由电枢回路方程U=C（|）n+1R

NeNaNa

U-IR440-250X0.078

得C。0.27v/rpm

电磁转矩T=9.55C（|）I=9.55x0.27x250=644.67V-m

IT40

（3）理想空载转速n=J=1630rpm

oC00.27

《电机与拖动基础》课后习题

第二章习题答案

1.什么叫单轴系统？什么叫多轴系统？为什么要把多轴系统折算成单轴系统?

答：电动机和工作机构直接相联，这种系统称为单轴系统。

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电动机不直接和工作机构相联接，而是通过一套传动机构，使电动机的角速度用传递到工作机构时,

变成符合于工作机构所需要的角速度8,这种系统称为多轴系统。

Z

因为，研究多轴系统的运动情况，就必须列出每一根轴的运动方程式和各轴之间互相联系的方程式,

这是相当复杂和麻烦的。就电力系统而言，主要是把电动机作为研究对象，并不需要详细研究每根轴的

问题。因此，为了简化计算，通常都把多轴系统折算成等效的单轴系统。

2.把多轴系统折算为单轴系统时，哪些量需要进行折算？折算的原则是什么？

答：需要折算的量有工作机构的负载转矩、系统中各轴的转动惯量J、J、……J。对于某些直线运动的

12z

工作机构，则必须把进行直线运动的质量m及运动所克服的阻力F折算到电动机轴上。

ZZ

折算原则是保持拖动系统在折算前后，其传送的功率和贮存的动能不变。

3.一龙门刨床，齿轮1与电动机直接联接，各齿轮和工作台的数据及图样见书上。已知：

切削力F=9810N,切削速度v=43m/min,传动效率r|=0.8,齿轮6的节距为20mm,电动机电

ZZC

枢的飞轮矩为230N.m,工作台与床身的摩擦因数为0.1.

试计算：（1）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩及负载转矩；（2）切削时电动机输出功率。

解：（1）总飞轮矩GD2负载转矩M

Z

GD2包括旋转部分GD2和直线部分GD2

aD

GD2+GD2GD2

GD2GD2+GD24-?3+

dIfzY

=230+8.25+4S2+19356.8+37.25+1372

二25L5N・m2

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o=43m/min=0.72m/s

z

n=o/(Zt)=(0.72x60)/(78x0.02)=27.6r/min

0zbk6

,ZZz、…，786455、，

n=n6.X—xx—L)=27.6x(__.x_x_.)=332.3r/min

iozZZ303820

531

G+G=(14700+9800)W=24500W

12

365(G+G)02365x24500x0.722

GD2--------1------2--------j=41.98N-m2

bn2332.32

i

GD2=CJD2+C3D2=251.5+41.98=293.5N-m2

ab

八F'u八(G+G)LI+FU

M=9.55—.=9.55—।——.......一

znT|nj

1c

24500x0.1+9810x0.72

9.55x

332.3x0.8

=316.8Nm2

（2）切削时电动机输出功率P

z

P=Mn/9.55=316.8x332.3/9.55=llkW

zz1

4.常见的生产机械的负载转矩特性有哪几种？

答：基本可归纳为三大类：

一、恒转矩负载（负载转矩T的大小为定值，与转速无关。根据负载转矩是否转向可分为，反抗性

Z

的恒转矩负载和位能性的恒转矩负载）

二、恒功率负载（负载功率P一定，负载转矩T和转速n成反比）

ZZZ

三、通风机负载（负载转矩与转速的平方成正比，T=kn2）

Z

5.什么叫电动机的固有机械特性和人为机械特性？

答：固有机械特性是指当电动机的工作电压和磁通均为额定值，电枢电路中没有串入附加电阻时的机械

特性。

人为机械特性是指人为的改变电动机参数或电枢电压而得到的机械特性。

6.电力拖动稳定运行的条件是什么？一般要求电动机的机械特性是向下倾斜还是向上翘的？为什么？

答：电动机稳定运行的条件是：在工作点上，有成立。

dndn

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一般要求电动机的机械特性是向下倾斜的。

因为，大多数负载转矩都是随转速的升高而增大或者说保持恒值。

7.一台他励直流电动机，铭牌数据如下：P=2.2kW,U=220V,I=12.6A,n=1500r/min求:

NNNNo

绘出固有机械特性；（2）当I=_Ll时，电动机转速n；（3）当n=1550r/min时，电枢电流I。

(1)

N

a2Na

,12、UI-P,12、220x12.6-2200…s而s

解:R=----------------=1.801-2.402Q取2Q

a23122312.62

N

U-IR220-12.6x2八0

C=­---a~a-=------------=0.13

en1500

C0=9.55C(|)=9.55x0.13=1.24

Te

,UIR.„

(1)由n=―N---a~产知

C0C(I)

uR2202

n=-N.T=>n=T=1692.308-12.392T

C。9.55C助20.19.55(0.13)2

ee

n=1692r/minP=12.4

o

n=1692-12.4T

o

(2)当I=ll时

a2N

T=C<|)I=9.55x0.13x1x12.6=7.821N-m

ea2

n=l692-12.4x7.821=1595r/min

/八，U-E220-0.13x1550八

(3)I=—^——=----------------=9.25A

R2

8.根据题7中电动机数据，（1）绘出电枢串入附加电阻R=2。时的人为机械特性；（2）绘出当巾=0.8<|）

paN

时的人为机械特性；（3）绘出当电压U=」U时的人为机械特性；（4）分别求出上述三种情况当I=1

2NaN

时，电动机的转速。

解：由题可知

2+2

(1)n=1692-T=1692-24.8T

9.55x0.132

(2)n=A1629r2±12-4_T=2115-19.375T

0.8O.82

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(3)n=846-12.4T

(4)I=1,T=9.55xO.13x12.6=15.6429Nm

aN

第一种情况：n=1692-24.8x15.64=1304.06r/min

第二种情况：n=2115-19.375T=2115-19.375x15.6429=1811.9817min

第三种情况：n=846-12.4T=846-12.4x15.6429=652.06r/min

9.一台直流他励电动机，铭牌数据如下：P=13kW,U=220V,I=68.6A,n=1500r/min，该

NNNN

电动机作起重电机用，在额定负载时，试问：（1）要求电动机以800r/min的速度下放重物，应该采取什

么措施？（2）要求电动机以1800r/min的速度下放重物，应采取什么措施?

解：求固有机械特性

12YuI-P12Y220x62.6-13000>

INJqNNJ0.222~0.297Q三0.25Q

23；23；

68.627

220-68.6x0.25…4

--------------。.135

en1500

UR0.251

n=-N--Tnn=1629—L436T,n=1629

C巾9.55(C(|))20.135

ee

(1)n=800r/min,下放

串一个电阻

nU+E220+0.135x800

+R=------a-=-----------------=4.78IQ

pcI68.69

N

=4.781—0.25=4.53。

pc

（2）能耗制动

R+ReR+R,.

n=-----a------T二--a_._s-I=>C©n=-(R+R)x68.6

9.55(C<|))2C(j)eas

e

0.135x1800「

=>------------=R+R=3.542Q

68.6

=>R=3.542-0.25=3.292Q

反接制动-UR

Ns

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-UR+RE

n=--------y----—T

C©9.55(C(j))2N

ee

-1800=-1629-"25+R,T

9.55x0.1352N

0.25+R

=>1800-1629=_______E^X68.6=0.336Q

0.135

R=0.336-0.25=0.0860

PS

10.根据题9的电动机数据，起吊重物，在负载转矩T=1T时，运行在固有特性上，现用电枢反接法

z2N

进行制动，问：（1）若制动开始时的瞬时电流不大于21,在电枢回路中应串入多大电阻？（2）当转速

N

制动到零时，若不切断电源,电动机运转状态如何?

T=2T,n=1629-1.8521=1565.5476r/min

解:由题知n=1629-1.436T,

2N

…U+E220+C(()ncc

TI=21=N---a->------e——=R+R=3.144fl

⑴zNR+R21aP

aPN

=>R=3.144—0.25=2.894Q

p

(2)反转会超过-1629r/min

1L根据题9的电动机数据，起吊重物，在负载转矩厂式时，运行在固有特性上，现用能耗制动,

问：（1）若制动开始时的瞬时电流不大于21,制动电阻应为多大？（2）若转速制动到零时，不采取其

N

他措施，电动机的运转状态如何?

解：⑴由前几题知：n=1565.476r/min

EE

2T=___a-nR+R=一=1.54(乂1

NR+RaP21

apN

=>R=1.54）-0.25=1.29。

p

（2）不采用措施反转到另一个转速

12.电动机的调速和转速变化有何区别？在同一条机械特性上，为什么转矩越大转速越低？

答：调速是为了生产需要而人为的对电动机转速进行的一种控制，它和电动机的负载变化时而引起的转

速变化是两个不同的概念。调速需要人为的改变电气参数，而负载变化所引起的转速变化则是自动进行

的，这时电气参数不变。

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TTR|R

由公式n=%-一一可知，在同一条机械特性上，转矩T越大转速n越小。

C（j）9.55CC（|））2

ee

13.一台他励直流电动机，铭牌数据如下：P=7.5kW,U=220V,I=40.8A，

NNN

n=1500r/min,R=0.36Q,设轴上负载转矩T=0.8T时，求：（1）在固有特性上工作时的电动机转

NazN

速n；（2）若其他条件不变，当磁通减弱到0.5（））时，电动机的转速为什么？

N

解：（1）机械特性

T=0.8T,T=9.55x0.137x40.8=53.38N-m

NN

n=1605-2.0IT=1605—2.01x53.38=1498r/min

(2)(|)=0.5(])T=_T

N2N

n=3210-3.141Tnn=3210—3.141x1x53.38=3042r/min

14.根据题13的电动机，若电枢中串入电阻R=0.5。，此时电动机的转速等于多少？

pa

解：由题知R=0.5。

036+05

n=1605--T=1605-4.80T

9.55xS.1376

T=0.8T

n=1605-4.80x53.38=1349r/min

15.何谓恒转矩调速？何谓恒功率调速？

答：恒转矩调速是指在调速过程中始终保持电磁转矩不变的调速。

恒功率调速是指在调速过程中始终保持输入的电功率不变的调速。

16.对恒转矩负载，应采用何种调速方法？为什么？

答：电枢回路串电阻调速和降低电枢电压调速。

因为这样既满足了负载要求，又是的电动机得到充分利用。

17.对恒功率负载，应采用何种调速方法？为什么？

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答：弱磁调速适用于恒功率负载。

《电机与拖动基础》课后习题

第三章习题答案

3.励磁电抗X的物理意义如何？X大好还是小好？若将铁心抽出，X将如何变化？若一次绕组匝数

mmm

增加5%,而其余不变，则X大致如何变化？若铁心叠片松散，片数不足，则X及I如何变化？若铁

mm0

心硅钢片接缝间隙较大时，对X及I有何影响？

in0

答：励磁电抗X表示与主磁通相对应的电抗，其大小和磁路饱和程度有关。

m

X越大则空载电流越小，因此X大好。

mm

若将铁心抽出，磁阻将急剧增大，X将显著变小。

m

若一次绕组匝数增加5%,而其余不变，由X=wL=wN2A可知，X大致增加10%。

mmmm

若铁心叠片松散，片数不足，都将使磁阻增加，X下降，I增大。

m0

若铁心硅钢片接缝间隙较大，则I将变大，X下降。

0m

4.变压器空载运行时，一次侧加额定电压，为什么空载电流I很小？如果接在直流电源上，一次侧也

0

加额定电压，这时一次绕组的电流将有什么变化？铁心中的磁通有什么变化？二次绕组开路和短路时对

一次绕组中电流的大小有无影响？

答：变压器空载运行时，由于励磁阻抗很大，因此即使一次侧加额定电压，空载电流I都很小。

0

若接在直流电源上，则一次侧漏电抗和励磁电抗都为0,此时一次绕组电流将非常大。

铁心中的磁通也变为恒定磁通。一、二次绕组之间不存在电磁感应作用，而次绕组开路和短路对一

次绕组中的电流大小没有影响。

6.一台50Hz单相变压器，若接在60Hz的电网上运行，额定电压不变，问空载电流、铁心损耗、漏抗、

励磁阻抗及电压调整率有何变化？

答：由U=E=4.44fN（|）可知，当f由50Hz变为60Hz时，（|）将减小，空载电流下降，铁心损耗下降,

11Imm

而漏抗X=wL=2ML将随f的增大而增大，；励磁阻抗将增大，由于X增大，因此电压调整率将变

ctactk

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大。

7.一台单相变压器，额定电压为220V/110V,如果不慎将低压侧误接到220V电源上，变压器将发生什

么现象？

答：此时变压器的磁通将急剧增大，磁路严重饱和，励磁电流非常大，铁耗和铜耗都将显著增大，变压

器将过热，同时噪声过大，震动明显。

8.有一台单相变压器,已知：S、=5000kV-A,气/%2=35印/6.6匹，铁心的有效截面积

S=1120cm2,铁心中最大磁通密度B=1.45T,试求：高、低压绕组的匝数和电压比各为多少?

Fem

解：([)=BS=1.45x1120xlO-4=1624xl04Wb

mm尺

U35x103

N___UJ—=971匝

4.440)4.44x50x1624x10-4

m

U6.6x103

N______N)=__________________________________=183匝

24.44加4.44x50x1624x10-4

m

电压比卜=9=露=鲁=5.3

N22

9.一台单相变压器，额定容量为5kV・A,高、低压绕组均有两个匝数相同的线圈，高、低压侧每个线

圈的额定电压分别为U00V和U0V,现在它们进行不同方式的联结。试问：可得几种不同的电压比?

每种联结时的高、低压侧额定电流为多少？

答:可得四种不同的电压比，分别是1100/110,1100/220,2200/110,2200/220；对应的高、低压侧额定电

流分别是4.55A/45.5A,4.55A/22.7A,2.27A/45.5A,2.27A/22.7A。

10.两台单相变压器，电压为220V/U0V,一次侧匝数相等，但空载电流I=21o今将两台变压器一

01011

次绕组顺极性串联起来加440V电压，问两台变压器二次侧的空载电压各为多少？

解：根据题意，I=21,则Z=2Z

oionoi2011

4404401

串联后U=__X1=293V,U=_Z_X_=146.7V

||11HI12

1+-1+-

22

U220

U=UX_u^=293X一=146.7V

21IIU110

2N

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U220

U=UXIN=146.7x=73.4V

211IIIU110

2N

12.有一台三相变压器，已知：S=100kV-A,U/U=6.3kV/0.4kV,联结组为Y,ynO因电源压

NN1N2

改为10kV,如果用改绕高压绕组的方法来满足电源电压的改变，而保持低压绕组每相为55匝不变，则

新的高压绕组每相匝数应为多少？如果不改变高压绕组匝数会产生什么后果?

解：改绕后变压器中主磁通的幅值应保持不变。

NU，则N=_NWxN=丝生x55=866匝

改绕前—Nhb

Nu,气纯20.4/V3

2N2©

N'u，1°/“，贝UN'=$866=1375匝

改绕后___L=Nld>=

NU6.3216.3

1Nl(j>

若不改高压绕组匝数，则变压器铁心将严重饱和，二次侧电压也将升高，变压器将过热并产生振动

和噪声。

13.有一台1000匝的铁心线圈接到110V、50Hz的交流电源上，由安培表和瓦特表的读数得知I0.5A、

1

P=10w,把铁心抽出后电流和功率就变为100A和lOOOwo若不计漏磁，试求：（1）两种情况下的参

数和等效电路；（2）两种情况下电流的无功分量和有功分量；（3）两种情况下磁通的最大值。

解：(1)有铁心时Z=—=—=2200^1

1I0.5

P10

R=_L=*=40。

1120.52

1

福R2=J22002-402=2199.6Q

rU110

无铁心时L———=----=1.1L2

2I100

2

P10000，八

R-----=1£2

2121(X)2

2

X,=JZ2-R2==0.46Q

两种情况下都可等效为一个电阻与一个电抗元件相串联。

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pIf)

(2)有铁心时cos(p=—L==0.182

।UI110x0.5

1।

电流有功分量Icostp=0.5x0.182=0.091A

।।

电流无功分量Isin(p=IJl-cos2(p=0.49A

11Iv1

无铁心时

电流有功分量Icos(p=1x—i_=100x_^Z_=90.1A

222uI110x100

22

电流无功分量

10000、,A

Isin(p=1cos2(p=100XJl-(---------------------)2=41.7A

222*110x100

(3)有铁心时E=U

ii

u,110

0.5x10-3wb

。m

4.44fN4.44x50x1000

无铁心时E=Ju”(IR”=71102-1002=72100=45.8V

.E45.8ccim卜

9=----2_=----------------------=0.21x10-3wb

丫m24.44fN4.44x50x1000

16.一台三相变压器，S=750kV-A,U/U=10000V/400V,Y,ynO联结，在低压侧作空载试验

NN1N2

时得I=60A,p=3800w,在高压侧做短路试验时得U=440V

00k

,P=10900w(I=1),室温20℃,试求：

kklN1

(1)折算到高压侧的励磁电阻和短路阻抗；

(2)短路阻抗的标么值R・、X.、Z.；

kkk

(3)计算满载及cos。=0.8(滞后)时的AU・、U及T|；

22

(4)计算最大效率T1。

max

解：⑴U=U/-J3=10000/73=5774V

Nl<|)N1"

U=U/J3=400/J3=231V

N2<t»N2

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I=43.4A

N173x10000

k=U/U=5774/231=25

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P=1〃=1x3800=1267w

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Z=k2Zf=252x3.83=2394c

U=U/O=440S=254V

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p=lp=LX10900=3633w

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