电机与拖动基础习题及答案.pdf

变压器变压器变压器变压器 1、变压器有哪些主要部件，它们的主要作用是什么？ 答：铁心: 构成变压器的磁路,同时又起着器身的骨架作用。 绕组: 构成变压器的电路,它是变压器输入和输出电能的电气回路。 分接开关: 变压器为了调压而在高压绕组引出分接头,分接开关用以切换分接头, 从而实现变压器调压。 油箱和冷却装置: 油箱容纳器身,盛变压器油,兼有散热冷却作用。 绝缘套管: 变压器绕组引线需借助于绝缘套管与外电路连接，使带电的绕组引 线与接地的油箱绝缘。 2、 变压器的主磁通和漏磁通之间有哪些主要区别？ 答：由于磁通所经路径不同，把磁通分成主磁通和漏磁通，便于分别考虑它们各 自的特性，从而把非线性问题和线性问题分别予以处理 区别： 1. 在路径上，主磁通经过铁心磁路闭合，而漏磁通经过非铁磁性物质磁路闭合。 2在数量上，主磁通约占总磁通的 99%以上，而漏磁通却不足 1%。 3在性质上，主磁通磁路饱和，0与 I0呈非线性关系，而漏磁通磁路不饱和， 1与 I1呈线性关系。 4在作用上，主磁通在二次绕组感应电动势，接上负载就有电能输出， 起传递能量的媒介作用，而漏磁通仅在本绕组感应电动势，只起了漏抗压降的作 用。 3、变压器的空载电流的性质和作用如何？ 答：作用：变压器空载电流的绝大部分用来供励磁，即产生主磁通，另有很小一 部分用来供给变压器铁心损耗，前者属无功性质，称为空载电流的无功分量，后 者属有功性质，称为空载电流的有功分量。 性质：由于变压器空载电流的无功分量总是远远大于有功分量，故空载电流属感 性无功性质，它使电网的功率因数降低，输送有功功率减小。 4、 变压器空载运行时，是否要从电网取得功率？这些功率属于什么性质？起什 么作用？ 答：要从电网取得功率，供给变压器本身功率损耗，它转化成热能散逸到周围介 质中。小负荷用户使用大容量变压器时，在经济技术两方面都不合理。对电网来 说，由于变压器容量大，励磁电流较大，而负荷小，电流负载分量小，使电网功 率因数降低， 输送有功功率能力下降， 对用户来说， 投资增大， 空载损耗也较大， 变压器效率低。 5、 简要说明变压器激磁电抗和漏抗的物理意义。它们分别对应什么磁通，对已 制成的变压器，它们是否是常数？当电源电压降低时，它们如何变化？这两个电 抗大好还是小好，为什么？ 答：励磁电抗对应于主磁通，漏电抗对应于漏磁通，对于制成的变压器，励磁电 抗不是常数，它随磁路的饱和程度而变化，漏电抗在频率一定时是常数。 电源电压降至额定值一半时，于是主磁通减小，磁路饱和程度降低，磁导率 增大，磁阻减小, 导致电感增大，励磁电抗也增大。但是漏磁通路径是线性磁 路， 磁导率是常数，因此漏电抗不变。 励磁电抗越大越好，从而可降低空载电流。漏电抗则要根据变压器不同的使 用场合来考虑。对于送电变压器，为了限制短路电流和短路时的电磁力,保证设 备安全， 希望漏电抗较大； 对于配电变压器， 为了降低电压变化率减小电压波动， 保证供电质量，希望漏电抗较小。 励磁电抗对应铁心磁路，其磁导率远远大于漏磁路的磁导率，因此，励磁电抗远 大于漏电抗。 6、 一台 220/110 V 的单相变压器，如不慎将 220V 电压加在副边侧，会产生什 么现象？ 答：不慎将 220V 电压加在副边侧，主磁通将增加，磁密将随主磁通的增加而增 加， 铁心饱和程度增加， 磁导率下降。 因为磁阻增大。 根据磁路欧姆定律可知， 当线圈匝数减少时，励磁电流增大。 又由于铁心损耗 3 . 1 2 fBp mFe ，所以铁心 损耗增加。 7、 如将额定频率为 60 Hz 的变压器，接到 50Hz 的电网上运行，试分析对主磁 通、励磁电流、铁耗、漏抗及电压变化率有何影响？ 答：电源电压不变，频率从 60Hz 降低到 50Hz 后，下降到原来的（1/1.2） ，主磁 通将增大到原来的 1.2 倍，磁密也将增大到原来的 1.2 倍， 磁路饱和程度增加， 磁导率降低， 磁阻增大。于是，根据磁路欧姆定律 mm RNI= 10 可知, 产生 该磁通的激磁电流 0 I 必将增大。 再由 3 . 1 2 fBp mFe 讨论铁损耗的变化情况。 60Hz 时， 3 . 1 2 fBp mFe ，50Hz 时， 3 . 12 ) 2 . 1 1 ()2 . 1 (fBp mFe 因为， 14. 12 . 1 2 . 1 2 . 1 7 . 0 3 . 1 2 = Fe Fe p p ，所以铁损耗增加了。 漏电抗 fLLx2= ，因为频率下降，所以原边漏电抗 1 x ，副边漏电抗 2 x 减小。又由电压变化率表达式可知，电压变化率 u 将随 1 x ， 2 x 的减小而减小。 8、 试绘出变压器T形的等效电路。 2 , 1 rr表示变压器原、副方绕组电阻， 2 , 1 XX表示变压器原、副方绕组漏抗。 m Xr m, 激磁电阻、电抗。 9、一台单相变压器，SN=1000kVA ， kVUU NN 3 . 6/60/ 21 = ，fN=50赫， 空载试验（低压侧） ：U0=6300kV、I0=19.1A、P0=5000W； 短路试验（高压侧） ：Uk=3240kV、Ik=15.15A、Pk=14000W；试计算： （1） 用标么值计算T形等效电路参数； （2） 满载且 )0(8 . 0cos 22 = 时的电压变化率及效率； （3） 当 )0(8 . 0cos 22 = 时的最大效率。 解：(1) A U S I N N N 67.16 60 1000 1 1 = A U S I N N N 73.158 3 . 6 1000 2 2 = 3 . 8 345. 0 ) 73.158 1 .19 ( 1000 5 )( )( 31. 8 73.158 1 .19 111 2*2* 2 2 2 0 0 2* 0 * 0* 2 0 * 0 * = = = mmm N N m N m rZx I I S P I P r I I I Z kW I I PP V I IU U k N KkN k Nk kN 95.16) 15.15 67.16 (14)( 3565 15.15 67.163240 221 1 = = = 05693. 0 01695. 0 1000 95.16 0594. 0 60000 3565 2*2* * 1 * = = = kkk N kN kNk N kN kNk rZx S P Pr U U UZ 0285. 0 2 1 0083. 0 2 1 * 2 * 1 * 2 * 1 = = k k xxx rrr （2）电压变化率为： 0478. 0)6 . 005693. 08 . 001695. 0( 1)sincos( 2 * 2 * =+=+= kk xru 效率 (%)32.97(%)100) 95.16158 . 010001 95.1615 1 ( (%)100) cos 1 ( 2 2 2 02 2 0 = + + = + + = KNN KN PPS PP （3）最大效率时,负载系数为 543. 0 95.16 5 0 = KN m P P 最大效率为 (%)75.97(%)100) 528 . 01000543. 0 52 1 ( (%)100) 2cos 2 1 ( 02 0 max = + = + = PS P Nm 10、 三相心式变压器和三相组式变压器相比，具有会什么优点？在测取三相心 式变压器空载电流时，为何中间一相电流小于旁边两相？ 答：三相心式变压器省材料，效率高，占地少，成本低，运行维护简单，但它具 有下列缺点： 在电站中，为了防止因电气设备的损坏而造成停电事故，往往一相发生事故， 整个变压器都要拆换，但如果选用三相组式变压器，一相出了事故只要拆换该相 变压器即可，所以三相心式变压器的备用容量是三相组式变压器的三倍，增加了 电站成本。 在巨型变压器中，选用三相组式变压器，每个单台变压器的容量只有总容量的 三分之一，故重量轻，运输方便。 由于心式变压器三相磁路不对称， 中间铁心柱磁路短， 磁阻小， 在电压对称时， 该相所需励磁电流小。 11、 三相变压器的组别有何意义，如何用时钟法来表示？ 答：三相变压器的连接组别用来反映三相变压器对称运行时，高、低压侧对应的 线电动势（线电压）之间的相位关系。影响组别的因素不仅有绕组的绕向、 首末端标记，还有高、低压侧三相绕组的连接方式。 用时钟法表示时，把高压绕组的线电动势（线电压）相量作为时钟的长针， 并固定在12点，低压绕组的线电动势（线电压）相量作为短针，其所指的数字 即为三相变压器的连接组别号。三相变压器共有12种组别，其中有6种单数组 别和6种偶数组别。 12、试分析为什么三相组式变压器不能采用Y/Y0接线，而小容量的三相心式变 压器却可以？ 答： 三相组式变压器由于三相磁路彼此独立， 有三次谐波磁通通路。 如果采用Y， y接线，三次谐波电流将不能流通，电流为正弦波，由于磁路具有饱和特性，主 磁通是平顶波，其中含有较大的三次谐波磁通，相绕组将感应较大的三次谐波电 动势，它与基波电动势叠加使相电动势呈尖顶波形，绕组承受过电压，从而危及 绝缘。如果采用Y，yn接线，负载时二次侧可以为三次谐波电流提供通路，但 由于受到负载阻抗的影响，三次谐波电流不可能大，因而对主磁通波形的改善甚 微，也就不能改善电动势波形。 心式变压器由于磁路彼此不独立，没有三次谐波磁通通路，三次谐波磁通只 能从铁轭中散发出去，经由变压器油及油箱壁构成回路，因磁阻很大，三次谐波 磁通很小，因此主磁通近似为正弦波形，相电动势波形也就基本为正弦波。但是 由于三次谐波磁通频率为基波频率的3倍， 将在经过的箱壁及其它结构件中产生 较大的涡流损耗，引起局部过热，并降低变压器效率，因此这两种接线只适用于 小容量的三相心式变压器。 13、一台单相变压器，SN=100KVA，UN1/UN2=60/6.3KV，在低压侧做空载实验测 得PO=1.5KW，测得电流为15.87A.在高压侧做短路实验测得UK=3240V， PK=3.0KW。求：满载时且cos2=0.8（滞后）时的效率？二次侧电压？最大效 率？ 947. 0 300015008 . 0100000 30001500 1 cos 1)3( 1 .5979)1 ( 0509. 0 60000 )6 . 02 .16168 . 057.1079(667. 1)sincos( )2( )(2 .161657.10796 .1943 )(57.1079 667. 1 3000 )(6 .1943 667. 1 3240 )93.39695. 598.396 )(95. 5 87.15 1500 )(98.396 87.15 6300 87.15 6300 100000 )(667. 1 60000 100000 ) 1 ( 02 0 22 1 221 2222 22 1 22 22 0 0 0 2 0 0 2 2 1 1 = + + = + + = = = + = + = = = = = = = = = kN k N N kkN kkk k k k N k k k k m m N m N N N N N N ppS pp VUUU U xrI U rZx I P r I U I U Z x I p r I U I U Z A U S I A U S I 14、 试画出Y/d-3、Y/d-9连接组的绕组接线图。 Y/d-3 Y/d-9 15、一台 5KVA，480V/120V 的普通双绕组变压器，改接成 600V/480V 的自耦变压 器。求改接后的一次、二次侧的额定电流和变压器容量。 A U s I A U s I KWs K K s U U K aN aN N aN aN N N A A aN aN aN A 1 .52 480 25000 6 .41 600 25000 25 ) 1( 25. 1 480 600 2 1 1 1 2 1 = = = = = 三相交流异步电动机 1、 三相异步电动机旋转磁场产生的条件是什么？旋转磁场有什么特点？其转 向取决于什么？其转速的大小与哪些因素有关？ 答：三相异步电动机旋转磁场产生的条件是：三相对称绕组通以三相对称电流； 其转向取决于三相的相序；其转速n1=60f1/p；异步电动机转子转速总是小于同 步转速；其转差范围0s1。 2、试比较单相交流绕组与三相交流绕组所产生的磁势有何区别？与直流绕组磁 势又有何区别？ 答： 单相交流绕组产生的磁势为脉振磁势， 三相交流绕组产生的磁势为旋转磁势。 脉振磁势在空间的位置是固定的，而大小随时间变化；旋转磁势的幅值不变，但 在空间随时间而旋转。而直流绕组产生的磁势不仅在空间的位置固定不变，且其 大小也不随时间变化，为恒定磁势。 3 、 有一台三相异步电动机，2P=2，n=3000转/分，Z=60， 每相串联总匝数N=20， fN=50赫，每极气隙基波磁通1 =1.505韦，求： （1） 基波电动势频率、整距时基波的绕组系数和相电动势； （2） 如要消除5次谐波，节距y应选多大，此时的基波电动势为多大？ 解：(1) 基波电动势频率 HZ pn f50 60 30001 60 = = 极距 30 2 60 2 = p Z 每极每相槽数 10 32 60 2 = = pm Z q 槽距角 0 00 1 6 60 3601360 = = = Z p 整距绕组基波短距系数 1 1 = y K 基波分布系数 9553. 0 2 6 sin10 2 610 sin 2 sin 2 sin 0 0 1 1 1 = = q q Kq 基波绕组系数 9553. 09553. 01 111 = qyw KKK 基波相电动势 V fNKE w 5 .6383 505. 19553. 0205044. 4 44. 4 111 = = = (2) 取 5 4 5 151 = = =y 用空间电角度表示节距 00 11 144180 5 4 =y 基波短距系数 951. 0 2 144 sin 2 sin 0 1 1 = y K 基波相电动势 V KfNKE qy 7 .6070 505. 19553. 0951. 0205044. 4 44. 4 1111 = = = 4、 异步电动机与同容量变压器相比，哪一个空载电流大？为什么？ 答：异步电动机空载电流大，在容量和电压相同的情况下，异步电动机和变压器 的主磁通 0基本相同，又由磁路欧姆定律知： m m R NI 10 =，其I0Rm（匝数N1的影响远 不及Rm） ，由于异步电动机主磁通磁路中有两个气隙，而变压器是纯铁心磁路， 故异步电动机主磁通磁路的磁阻远较变压器大，故其空载电流远较变压器大。 5、比较变压器折算与异步电动机折算的异同之处？异步电动机等效电路中的附 加电阻 2 1 r s s 的物理意义是什么？能否用电感或电容来代替，为什么？ 两者的相同之处： (1)目的相同。都是想将两个没有直接电联结的电路用一个电路来等效。 (2)折算原则相同。即折算前后功率、能量不变；向量方向不变。 (3)得到的等值电路形式基本相同。 两者的不同之处在于变压器的折算只有绕组折算， 而异步电动机的折算不仅有绕 组折算，还需进行频率折算。 答：异步电动机等效电路中的附加电阻实为代表机械负载（严格地说还包括机械 损耗等） 的一个虚拟电阻，用转子电流在该电阻所消耗的功率 2 2 2 1 r s s I 来等效 代替总机械功率（包括轴上输出的机械功率和机械损耗等）. 因输出的机械功率及机械损耗等均属有功性质，因此，从电路角度来模拟的 话，只能用有功元件电阻，而不能用无功元件电感或电容来等效代替。 6、 一台六极异步电动机，额定功率PN=28千瓦，UN=380伏，f1=50Hz，nN=950 转/分，额定负载时， 88. 0cos 1 = ，pcu1+pFe=2.2千瓦，pmec=1.1千瓦，pad=0，计 算在额定时的sN、pcu2、N、I1和f2 。 解：磁极对数： p f nnN 60 1 = 16. 3 950 506060 = N n f p 取 3=p 同步转速： min/1000 3 506060 1 r p f n= = 额定转差率： 05. 0 1000 9501000 1 1 = = = n nn sN 总机械功率： kWpPP mecNmec 1 .291 . 128=+=+= 转子铜损： N N mec cu s s P p = 1 2 kWP s s p mec N N cu 532. 11 .29 05. 01 05. 0 1 2 = = = 输入功率： kWppppPP cuFecumecN 832.322 . 2532. 11 . 128 121 =+=+= 效率： %3 .85%100 832.32 28 %100 1 = P PN 定子电流： A U P I N N 68.56 88. 03803 832.32 cos3 1 1 1 = = 转子电动势频率： HZfsf N 5 . 25005. 0 12 = 7、 一台4极异步电动机，额定功率PN=5.5千瓦， f1=50Hz，在某运行情况下， 自定子方面输入的功率为6.32千瓦，pcu1=341瓦，pcu2=237.5瓦，pFe=167.5瓦， pmec=45瓦，pad=29瓦，并计算在该运行情况下的效率、转差率、转速及空载转 矩、输出转矩和电磁转矩 。 解：输出功率： kW pppppPP cuFecumecad 5 . 5)341. 01675. 02375. 0045. 0029. 0(32. 6 )( 1212 =+= += 效率： %03.87%100 32. 6 5 . 5 %100 1 = P PN 电磁功率： kWpppPP cumecadem 8115. 52375. 0045. 0029. 05 . 5 22 =+=+= 转差率： 041. 0 8115. 5 2375. 0 2 = em cu P p s 转速： min/5 .1438 2 5060 )041. 01 ( 60 )1 ()1 ( 1 1 r p f snsn= = 空载损耗： kWppp admec 074. 0029. 0045. 0 0 =+=+= 空载转矩： Nm n p T49. 0 5 .1438 074. 0 95509550 0 0 = 输出转矩： Nm n P T51.36 5 .1438 5 . 5 95509550 2 2 = 电磁转矩： Nm n P T em em 37 1500 8115. 5 95509550 1 = 或 NmTTTem3749. 051.36 02 =+=+= 8、一台鼠笼异步电动机，原来转子是铜条，后因损坏改成铸铝，如输出同样功 率，在通常情况下，sN、cos1 、1、I1N、sm、Tmax、Tst 有何变化？ 答：铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条，实为增加转子绕组电阻r2。 （1）sN增大 （2）1 cos 不变，因转子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，故无功功 率不变，由于输出功率不变，则电机从电网吸取的有功功率基本不变，忽略电机 损耗，所以1 cos 基本不变。 （3）N下降，由于转差率s增大，故转子铜损 emcu sPp= 2 增加，I1稍有增大， 故定子铜损也稍大，而铁损不变，机械损耗pmec因s 增大n减小而稍有减小， 但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。 （4）I1N有所增大： NNNNI UPcos3 112 = ，因P2不变， N cos 不变，N下降， 故I1N有所增大。 （5）sm增大，因为smr2。 （6）Tmax不变，因为Tmax与 2 r 无关。 （7）Tst增大，因为Tstr2。 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1、 普通鼠笼异步电动机在额定电压下起动，为什么起动电流很大，而起动转 矩却不大？ 答： (1)从电磁关系看，起动初瞬，n=0, 定子旋转磁场对静止转子的相对切割 速度最高(n1)，故转子感应电动势最大。此时尽管转子电动势频率以及它所对应 的漏抗也大，但由于受转子槽形的影响，在起动瞬间槽口处饱和，致使漏抗增加 幅 度 较 电 动 势 小 ， 而 转 子 绕 组 电 阻 又 近 为 不 变 ， 故 起 动 时 转 子 电 流 2 2 2 2 2 2 xr E I + =增大， 根据磁动势平衡关系， 此时定子电流(即起动电流)就大(约 为额定电流 5-7 倍)。 从等效电路看，起动初瞬，n=0，s=1，附加电阻0 1 2 = r s s ，相当于短路运 行状态，此时起动电流： 2 21 2 21 1 )()( xxrr U Ist + = 由于定，转子绕阻的漏阻抗即很小，故起动电流很大。 （2） 2 20 cosICT Tem = 其一：转子电流 I2尽管大，但由于起动初瞬间，x2增大而 r2不变，故功率 因数角 2 2 2 arctan r x =大，功率因数 cos2就很低，所以这时转子电流有功分量 I2cos2却不大(因为说起动瞬间转子电流大的是无功分量电流)。其二，由于 起动电流大，定子绕组漏阻抗压增大，由于 1 11 ZIEU st += 。 知，此时定子绕组的 感应电动势 E1较小，故而 111 1 0 44. 4 w KNf E = 小，基于此两原因，所以异步电动 机起动转矩就不大。 2、 在应用降压起动来限制异步电动机起动电流时，起动转矩受到什么影响，比 较各种降压的起动方法，着重指出起动电流倍数年和起动转矩倍数间的关 系。 答： 由上题式知：IstU1，而 TstU1 2, 故采用降压起动限制起动电流的同时， 更限制了起动转矩，因此此法只适用于空载或轻载时起动。 Ist、Tst被限制情况列表如下： 全压起动 Ist Tst 降压起动 定子串电抗器起动 *1 Ist /K Tst /k2 Y-换接起动*2 Ist /k2 Tst /k2 自耦补偿器起动 Ist /k2 Tst /k2 *1 设K为电压降低倍数（K= 1 U UN ） *2 Y-换接起动中 K= 3。 定子串电抗器起动的起动电流仅限制了K倍（其它为K2倍） ，但K值可根 据要求灵活选择。 Y-换接起动只适用于有六个引出端头的角接线的异步电动机，其K固定 为 3，故无选择灵活性，但其起动设备价廉。 自耦补偿器起动，有三个K值，可供选择，它对电动机定子绕线无任何要 求，起动转矩比Y-换接大，但设备费用较贵。 3、双鼠笼异步电动机两笼之间为什么一定要有缝隙？深槽式异步电动机转子槽 为什么要做得深而窄？ 答：磁通总是以磁阻小的路径闭合，双鼠笼电动机两笼间的缝隙主要是迫使上笼 漏磁通路径也交链于下笼（因缝隙的磁阻大） ，这样交链于下笼的漏磁通比上笼 多，下笼就有较大的漏抗，使趋表效应更为明显。 深槽式异步电动机转子槽之所以做得深而窄，主要是为了改变转子的漏磁通 的分布，从而改变其参数。槽越深，交链槽底部的漏磁通就越多，这些漏磁通所 经过的截面积就越大，磁阻越小，漏抗就越大。另外槽窄，漏磁通经过槽内部分 的长度越短，磁阻越小，故漏抗也越大，因此槽深而窄的结果，均增加槽底部分 漏抗，使趋表效应更为明显。 4、 一台绕线式异步电动机 PN=30KW ， UN=380V， nN=720r/min， IN=71.6A， E2N =272V， I2N=75A, M=2.0。求 (1) 额定转差率； (2) 临界转差率； (3)用工程实用公式求起动转矩。 解： （1）nN=720r/min n1=750 r/min 04. 0 750 720750 1 1 = = = n nn s N N (2) 15. 0) 122(04. 0)1( 22 =+=+= MMNm ss (3) 根据工程实用公式： s s s sT T m m + = 2 max 1 1 2 max m m st s s T T + = 796 60/7202 30000 2 max = = = N MNM P TTN m 234 15. 015. 0/1 796 1 1 max = + = + = m m st s s T T N m 5、 当三相异步电动机在额定负载下运行时，由于某种原因，电源电压降低了 20%， 问此时通入电动机定于绕组中的电流是增大还是减小？为什么？对电动机 将带来什么影响？ 答：当电压下降过多，则电磁转矩下降更多,当最大电磁转矩Tm = n nn s ，由于 + emem TT ， 结果转子总转矩减小， 若它仍大于负载转矩， 则转子就沿原方向旋转。 上述各种情况， 对电机都不利，若成单相运行，无法起动，呈堵转状态， 电流急剧增大而会烧坏绕组。若运行中缺相，电机虽能继续旋转（若此时电磁转 矩仍大于负载转矩） ， 由于反向电磁转矩作用的结果， 使总转矩减小 （出力减小） ， 若负载转矩不变，电机就处于过载状态，绕组过热，时间长同样会烧毁绕组。 7、 某三相笼型异步电动机额定数据如下: PN =30OKW，n N =1450r/min，U N =380V,I N =527A，起动电流倍数 K I =6.7， 起动转矩倍数 Kst=1.5， 过载能力 m=2.5， 定子 接法 。 试求 : 直接起动时电流 Ist 和转矩 Tst。 如 果供电电源允许的最大冲击电流为 180OA, 采用定子串对称电抗器起动，求所 得电抗值 Xst 及起动转矩 Tst。 如果采用丫/ 起动 ，能带动 100ON.m 的恒转矩负载起动吗 ？为什么？ 为使起动时最大冲击电流不超过 1800A, 而且起动转矩不小于 1000N.m, 采用自耦变压器减压起动，已知自耦变压器的 抽头分别为 55% 、65% 、73% 三档， 试问应取哪一档抽头电压 ？为什么 ？ 在所取的这一档抽头电压下起动时的起动转矩及对电网的起动电流各为多 少 ？ 解： NMTkT A n P T AIkI Nstst N N N NIst 8 .2963 86.19759550 9 .3530 = = = NMNMTkTT Nststst 100093.987 3 1 3 1 = = = 不可采用。 8、 什么叫三相异步电动机的调速？对三相笼型异步电动机，有哪几种调速方 法？并分别比较其优缺点。三相绕线转子异步电动机通常用什么方法调速？ 答： 异步电动机调速方法主要有： （1）变极调速、 （2）变频调速（3）变转差 调速（包括变压调速、转子回路串电阻调速） ，前二种用于鼠笼异步电动机的调 速，后一种为绕线式异步电动机的调速。 变极调速：通过改变定子半相绕组的电流方向可以实现极对数的改变，Y/YY 接变极调速属于恒转矩调速方式， /YY接变极调速属于近似恒功率调速方式。 变频调速特点：基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速； 变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽； 频率连续可调，可以实现无级调速。 其中变极调速、变转差调速两种不能在宽广范围内调速，而变频调速即使 有较大范围调速，因其成本高，由于经济上的原因，异步电动机不适用于需要在 较宽的范围内调速的场合（在这种场合下，采用直流电动机更为适宜） 。 三相绕线转子异步电动机通常用转子回路串电阻调速调速。 9、何谓异步电动机制动。制动方法有哪几种，各具有什么特点。简述之。 答：所谓异步电动机制动制动是指电磁转矩与转速方向相反的一种运行状态。 制动方法有能耗制动、反接制动、回馈制动。 三相异步电动机能耗制动时，需对提供额外的励磁电源。将所要制动异步电 动机的定子绕组迅速从电网上断开，同时将其切换至直流电源上。通过给定子绕 组加入直流励磁电流建立恒定磁场。 于是， 旋转的转子和恒定磁场之间相互作用， 便产生具有制动性的电磁转矩。由于制动过程中，大部分动能或势能均转变为电 能消耗在转子回路的电阻上。 反接制动是一种通过改变外加三相交流电源的相序或在外部条件下转速反 向，引起电磁转矩与转速反向的制动状态。 反接制动分两种情况，转速反向的反接制动和定子相序改变的反接制动。三 相异步电动机既从转子轴上输入机械功率，又从电网上吸收电磁功率，这两部分 功率最终通过转子回路中的电阻消耗掉。 回馈制动是指三相异步电动机转子实际转速超过同步速的一种制动状态。 在 回馈制动过程中，电机轴上输入的机械势能被转换为电能，并由转子传递到定子 侧。 10、某三相八极绕线式异步电动机，PN=60kW，UN=380V，nN=720转/分，过载能 力km=2，转子每相电阻r2=0.02，该电机用于起重机且重物产生的负载转矩为 0.8TN，在忽略空载制动转矩的情况下，试求： （1）如果要求以200r/min提升重物，则转子回路每相应串入多大电阻？ （2）以150转/分下放重物，转子每相应串入多大电阻？ （3）若使重物停在空中，转子每相应串入多大电阻？ (1) 733. 0 750 200750 04. 0 750 720750 min/200 1 21 2 1 1 2 = = = = = = = n nn s n nn s rn N N 1493. 0)122(04. 0)1)( 22 =+=+= mmNm ss 512. 3) 1) 8 . 0 2 ( 8 . 0 2 (733. 0)1)( 22 2 = + =+= N N N N L NM L NM m T T T T T T T T ss = + = 45. 002. 0) 1 1493. 0 512. 3 () 1( 2 22 r s s r s rr s r m m ad m ad m （2） 2 . 1 750 )150(750 1 31 3 = = = n nn s 75. 5) 1) 8 . 0 2 ( 8 . 0 2 (2 . 1)1)( 22 3 = + =+= N N N N L NM L NM m T T T T T T T T ss = + = 75. 002. 0) 1 1493. 0 75. 5 () 1( 2 322 r s s r s rr s r m m ad m ad m （3） 1 4 =s 79. 4) 1) 8 . 0 2 ( 8 . 0 2 ( 1)1)( 22 4 = + =+= N N N N L NM L NM m T T T T T T T T ss = + = 622. 002. 0) 1 1493. 0 79. 4 () 1( 2 322 r s s r s rr s r m m ad m ad m 11、某三相绕线转子异步电动机额定数据如下：PN =6OKW，U N1 =380V，I N =133A， n N =577r/min ，E 2N =253V，I 2N =160A， m =2.5， 定、转子绕组都为Y接法， 求：采用电阻倒拉反接制动，使位能负载 T L =0.8T N ，以 n =150r/min 的速 度稳速下放 ，应在转子每相串入多大的电阻 rad？该电动机在额定运行时突 然将定子电源对调，要求制动瞬时的制动转矩为 1.2T N ，应在转子每相串人多 大电阻 rad？现采用回馈制动并在转子回路中串人电阻 r2ad = 0.05， 而使 位能负载 T N =0.8T N 稳速下放 , 试求下放转速。 解：(1)0383. 0 600 577600 1 1 = = = n nn s N N 1835. 0) 15 . 25 . 2(0383. 0)1( 22 =+=+= MMNm ss = =035. 0 1603 2530383. 0 3 2 2 2 N NN I Es r 03064.0= N N L s T T s min/582)1( 1 rnsn= 25. 1 600 )150(600 1 1 = = = n nn s =17. 1035. 0) 1 0364. 0 25. 1 () 1( 2 1 r s s rad 97. 1 600 582600 1 1 = = = n nn s 7 . 71)( 2 =+= L NM L NM m T T T T ss =433. 1) 1( 2 2 r s s r m m ad 12、某三相笼型异步电动机技术数据为 ：PN =11KW，U N =380V, I N =21.8A，n N =2930r/min， m = 2.2， 拖动 T L =0.8T N 的恒转矩负载运行 ,求： (1) 电动机的转速。 (2) 若降低电源电压到 0 .8U N 时的转速。 (3) 若降低频率到 0.8f N =40Hz，保持 E 1/f 1 不变时电动机的转速。 解 ：(1)0233. 0 3000 29303000 1 1 = = = n nn s N N =+=+=) 12 . 22 . 2(0233. 0)1( 22 MMNm ss0.0969 min/2944)1 ( 01864. 0 28 . 0 11 1 1 1 rnsn s s sm sm s T T NM N = = + = (2) NNMm TTT408. 18 . 0 2 = min/2917)1 ( 0275. 0 28 . 0 12 2 2 2 rnsn s s sm sm s T T m N = = + = (3) min/2344562400 min/240030008 . 08 . 0 min/5629443000 1 1 1 rnnn rnn rn = = = 单相异步电动机和同单相异步电动机和同单相异步电动机和同单相异步电动机和同步电动机步电动机步电动机步电动机 思考题与习题 1、为什么大容量同步电机采用磁极旋转式而不用电枢旋转式？ 答 由于励磁绕组电流相对较小，电压低，放在转子上引出较方便。电枢绕 组电压高、容量大，放在转子上使结构复杂、引出不方便。故大容量电机将电枢 绕组作为定子，磁极作为转子，为旋转磁极式。 2、为什么同步电机的气隙要比容量相同的感应电机的大？ 答 感应电机的励磁电流由电源供给，需要从电网吸取感性无功功率，如果 气隙大，则励磁电流大，电机的功率因数低，因此在机械允许的条件下，气隙要 尽量小一些。同步电机的气隙磁场由转子电流和定子电流共同激励，从同步电机 运行稳定性考虑，气隙大，同步电抗小，短路比大，运行稳定性高。但气隙大， 转子用铜量增大，制造成本增加。气隙大小的选择要综合考虑运行性能和制造成 本这两方面的要求。 3、同步发电机电枢反应性质由什么决定? 答 电枢磁动势的基波与励磁磁动势同转速、同转向，在空间上始终保持相 对静止的关系，但电枢反应的性质取决于这两个磁动势幅值的相对位置，而这一 位置与励磁电动势 0 E & 和电枢电流I&之间的相位差，即角度有关，角由决定 于负载的性质。当 0 E & 与I&同相时， o 0=，电枢反应为交轴电枢反应，交轴电枢 反应使气隙合成磁场幅值增加，而其轴线从主极轴线逆转子转向后移一个锐角。 当I&滞后 0 E & o 90时，电枢反应为直轴电枢反应，其性质完全是去磁的。当I&超前 0 E & o 90时， ， 也为直轴电枢反应， 其性质完全是助磁的。 一般情况下， oo 900 。 6 、为什么同步发电机的短路特性是一条直线？ 答 同步发电机稳态短路时，电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁 动势，气隙合成磁动势为 adf FFF= ，合成电动势为 XI jE & ，即合成电动 势只等于漏抗压降。所以其对应的气隙合成磁通很小，电机的磁路处于不饱和状 态，由于气隙合成磁动势IEF ，而IFkF adadad =，所以励磁磁动势 adf FFF+= 必然正比于I，故短路特性)( fk IfI=是一条直线。 7、为什么从空载特性和短路特性不能测定交轴同步电抗？为什么从空载特性和 短路特性不能准确测定直轴同步电抗？ 答 凸极同步发电机的电动势方程式为 qqdda XI jXI jRIUE & += 0 三相短路时0=U，由于发电机的电枢电阻远小于同步电抗，短路电流可认为是 纯感性的，即 o 90=，0= q I， d II =， ddd XI jXI jE & = 0 ，所以由空载特性测 出 0 E和短路特性测出I可求出直轴同步电抗 d X。由于短路情况下电枢磁动势基 基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，使气隙合成磁动势很小，对应的气隙合 成磁通很小，电机磁路处于不饱和状态，这时求出的是 d X的不饱和值。由于 0= q I，不能从空载和短路特性求出 q X。 8、在直流电机中，UE 还是UE P P WPPP Nm n PP T WIEP III R EU I EU em emem em aaem faN a aN a aN 直流电动机 12、一台并励直流电动机在额定电压 UN220 伏和额定电流 IN80 安的情况下 运行，电枢绕组电阻 ra0.08 欧，2Us=2 伏，励磁绕阻的电阻 rf = 88.8 欧， 额定负载时的效率 N85 ，试求： （1）额定输入功率（2）额定输出功率； （3）总损耗； （4）励磁回路铜耗； （5）电枢回路铜耗； （6）电刷接触损耗； （7）附加损耗； （8）机械损耗与铁耗 之和。 额定输入功率 WIUP NN 17600 1 = 额定输出功率 WPP14960 12 = 总损耗 2640 21 =PPP W 励磁回路铜耗 = ffcuf RIP 2 W R U f N 544 2 = AIII fNa 5 .77477. 280= 电枢回路铜耗 WRIaP acua 5 .480 2 = 电刷接触损耗 AIUP abcuB 1552= 附加损耗 WPPad6 .14901. 0 2 = 机械损耗与铁耗之和 WPPPPPPP adcuBcuacufMECFE 1310=+ 13、一台直流并励发电机，额定功率 PN=82kW，额定电压 UN=230V，额定转速 nN 970r/min,磁极数 2p=4，电枢回路总电阻(包括电刷接触电阻) Ra =0.026 励磁回路电阻 rf =26.3。试求 (1) 在额定运行情况下的电磁功率； (2) 在额定运行情况下的电磁转矩。 Nm n PP T WIEP VRIUE AIII A r U I A U P I emem em aaem aaNa fNa f N f N N N 2.101 60 2 3.10263 2.231 40.44 75.8 65.35 = = = =+= =+= = = 14、一台 Z261 并励直流电动机的额定数据如下：PN17 千瓦，UN220 伏，nN 3000 转/分，IN88.9 安，电枢回路总电阻 Ra0.114 欧，励磁回路电阻 Rf 181.5 欧，忽略电枢反应影响，求： （1）电动机的额定输出转矩； （2）在额定负载时的电磁转矩； （3）额定负载时的效率； （4）在理想空载（Ia0）时的转速； （5）当电枢回路串入一电阻 R0.15 欧时，在额定负载转矩时的转速。 解： （1）额定输出转矩 Nm n P T N N N 1 .54 3000 17 95509550= （2）额定负载时电磁转矩： 励磁电流 A R U I f N f 21. 1 5 .181 220 = 电枢电流 AIII fNa 7 .8721. 19 .88= 07. 0 3000 114. 07 .87220 = = = N aaN Ne n RIU C NmICICT aNeaNTemN 63.587 .8707. 055. 955. 9= （3）额定负载时效率 869. 0 9 .88220 17000 1 = = NN NN IU P P P （4） min/3143 07. 0 220 0 r C U n Ne N = = （5）当电枢回路串入 =15. 0R ，在 N T 时转速： min/2812 07. 0 )15. 0114. 0(7 .87220)( r C RRIU n Ne aaN = + = + = 15、 一台他励电动机数据如下： PN =21 千瓦,UN=220 伏,IN=112 安,nN=950 转/分 ， 求 （1） 若负载转矩为 0.8TN时，求电动机转速； （2） 若负载转矩为 0.8TN时，在电枢电路中串联 30%RN 附加电阻，求电阻接入 瞬间和转入新的稳态时的转速、电枢电流和电磁转矩； （3） 若将电枢电压降低至额定电压的 20%，磁通为额定磁通的 70%，求额定负 载时电机的转速。 min/6.138 15.0 145.016044 7.0 %20 160 7.0 )3( 4.722 6.898.0 8.1828.0 3.36 8.17 min/3.967 73.0)2( min/3.967 241.0 145.01128.0220 8.08.0 241.0 145.0 2 )1( 2 2 2 r c RIU c RIU n A I I A c RIU n