电机学习题及答案.doc

=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载=电机学习题及答案直流电机 1-1 一台长复励直流发电机PN11kW，UN=230V，nN1450r/min，2p4，换向片数K93，元件匝数Ny3，单波绕组，电枢外径Da，额定励磁电流IfN，电机磁路有一定的饱和程度。 为改善换向，电刷前移9O机械角。试求直轴与交轴电枢反应磁势Fad和Faq。 电刷顺电枢旋转方向移动时，Fad和Faq各起什么作用？ 解： 额定电流 PN11?103IN=A= 230UN13额定电枢电流 IaN=IN+IfN=(+)A= 支路电流 ia=极距 ?=?=A= 22a=?= 元件数 S=K=93 总导体数 N=2SNy=2?93?3=620 电枢线负荷 A=Nia620?=A/m=24694A/m ?Da?电刷在电枢表面移过的距离 ?90?Da=b?=?= 36003600(1) 交轴电枢反应 ?)A/极 2Faq=A(-b?)=24694?(=1511A/极 直轴电枢反应 Fad=Ab?=24694?/极=/极 电刷顺电枢旋转方向移动了?角，因为是发电机，故Fad起去磁作用。Faq使气隙磁场发生畸变，因为磁路饱和，故 Faq还有去磁作用。 1-2一台四极82kW、230V、970r/min的并励发电机，电枢电路各绕组总电阻ra?,并励绕组每极有匝，四极串联后的总电阻rf?，额定负载时，并励电路串入?的调节电阻，一对电刷压降2?Ub=2V，基本铁耗及机械损耗PFePmec=，附加损耗Pad=。试求额定负载时发电机的输入功率、电磁功率、电磁转距和效率。 解：额定电流 PN82?103INA 230UN励磁电流 IN=UN230=A= ?rft额定电枢电流 IaN=IN+IfN=(+)A= 感应电动势 EN=UN+IaNra+2?Ub=(230+?2)V= (1) 电磁功率 Pem=ENIaN=?= (2) Tem=电磁转矩 =N?m=?m 970nN2?2?6060(3) 输入功率 P1Pem+PFe+Pmec+Pad=(+82?)kW= (4) 效率 PN82?100%?100%?% ?N?1-3一台并励直流发电机额定数据为：PN=82kW,nN=970r/min,UN=230V，极数2p=2,电枢绕组电阻ra=?,一对电刷接触电压降为2?Ub=2V，励磁回路电阻RfN=32?。如果将此发电机作为电动机运行，2?Ub=2V，所加电源电压为UN=220V，试求： 电动机电枢电流与发电机额定电枢电流大小相同时，电动机转速为多少？ 当电动机电压U=UN=220V时，电动机空载运行，此时空载转矩T0为中额定运行时电磁转矩的%，求空载转速n0。 解：作发电机额定运行时 PN82?103额定电流 IN=A= 230UN励磁电流 IN=UN230A= =32RfN电枢电流 IaN=IN+IfN=(+)A= 感应电动势 EN=UN+IaNra+2?Ub=(230+?+2)V= (1) 作为电动机运行时，依题意有 电枢电流 Ia=IaN= 感应电动势 E=UN-IaRa-2?Ub=(?)= 励磁电流 It=UN220A? =32RfN于磁路不饱和，因此?If，故有IfnCe?nE IfNnNENCk?nNIfNE=?970r/min=/min 电动机转速 n=(2) 依题意，空载时电磁转矩 Tem0=T0=%Tem 即 CT?Ia0=?Ia 空载电枢电流Ia0=?= 空载感应电动势E0=UN-Ia0ra-2?Ub=(?)V=E0CE?Ia0n0 ?ECE?Ian空载转速 n0=?/min?/min 两台完全相同的并励直流电机，机械上用同一轴联在一起，并联接于230V的电网上，轴上不带其他负载，在1000r/min时，空载特性如下： It/A E0/V现电机A的励磁电流为，电机B的为，电枢电路总电阻为?，转速为1200r/min，如忽略电枢反应的影响，试问： 哪台是发电机？哪台是电动机？ 两机的总的机械损耗于铁耗是多少？ 只调节励磁电流，是否能改变两机的运行状态？ 是否可以在1200r/min时，两机都从电网吸取功率或向电网送出功率？ 解：从n=1000r/min的空载特性折算到n=1200r/min时的空载特性如下： It/A E0/V 224 235 今电机A的电枢电动势Ek=235Uk=230V,电机B的电枢电动势二次侧漏阻抗压降，所以 U1=I0(Z1+Zm) =I0(Zm1+2Zm1)=3I0Zm1 E1l=I0Zml=U1440?V? 332323E1=I0Zm =U1?440V? E1lU1N220?2 E2lU2N110E1l1U1U1440?V? 22366E1ll12U440?U1?1?V? 22333所以 E2l=同理 E2ll= 故两台变压器的空载电压分别为U2l=E2l=U2ll=E2ll= (2) 设两台变压器二次侧的电流I2方向如图3-7(b)所示.两台变压器的磁动势平衡方程式为第(1)第(2) 式中，N1和N2一.二次侧绕组的匝数;Iml和Imll两台变压器的励磁电流。 按题意忽略一，二次侧漏阻抗压降，得电压平衡方程式为U1?(E1l?E1ll)E2?E2l?0.。.台 I1N1?I2N2?ImlN1 。.台 I1N1?I2N2?ImN1 .。. 又E1l/E2l=E1ll/E2ll=2,故有E1l=E1ll=U1?220V 因此据题意可知 Iml=2Imll= 将Iml和Imll,代入，式，并考虑到N1/N2=2,得 I1=Iml? I2=Iml? 24 单相变压器额定容量为10kVA，额定电压为6/0。4kV，空载电流为额定电流的10%，空载损耗为120W，额定频率为50HZ。不计磁饱和，试求： 当额定电压不变，频率为60HZ时的空载电流和铁心损耗。 当铁心截面积加倍时，空载电流及铁心损耗将如何变化？ 当高压绕组匝数增加10%，空载电流及铁心损耗将如何变化？ 当电源电压增加10%时，空载电流及铁心损耗将如何变化？ SN10?103解 高压侧额定电流 I1N=?A? 3U1N6?101212343412依题意，设在高压侧做空载实验，外加额定电压时，空载电流I0=10%I1N=?空载损耗P0 ?PFe=120W忽略漏抗压降U1 ?E1=?m (1) U1不变，f50HZ变为f=60HZ,则主磁通?m变为 ?m?f5?m m6f不计饱和时，?m?N1I0，空载电流变为 ?m5 I?I0? ?m602铁耗 PFe?f?BmGFe 又 Bm?m(铁心截面积不变) 故空载损耗变为 f?Bm65 P?P?()()2PFe?()?()2?120W?(取fBm560Fe?) 铁心截面积加倍时，于?m不变，因此磁密减半，铁心重加倍，即 Bm GFe?2GFe?m?m Bm?12空载电流不变I0?I0? 空载损耗变为 Bm12GFe P?P?()PFe?()2?2?120W?60W BmGFe20Fe(2) 高压绕组匝数N1增加10%，即N1?,主磁通变为 ?m?N11?m 0?mN111空载电流变为I?I? 0?mN1Bm1空载损耗变为P?P?()2PFe?()2?120W? 0Fe(3) U1增加10%，即U1?时，主磁通变为 Um?m?m U1m?m空载电流变为 I?I0? ?m0空0Fe载损耗变为 Bm?m2P?P?()PFe?()2PFe?120W? Bm?m25 两台变压器A和B，容量各为100kVA，最高效率为97%，在功率因数为1，变压器A负载系数为0。9时，有最高效率，变压器B在满载时有最高效率。现负载情况为：空载工作10h；满载工作8h且功率因数为1；过载10%，工作6h且功率因数，应选哪台变压器？ 解应选用题中负载情况下总损耗小的变压器。最高效率求各变压器的损耗，最高效率公式为?max?SNcos?2 ?SNcos?2?2P0 对于变压器A，将SN=100kVA,?,cos?2?1,?max?代入上述公式，得 ?100?103= ?100?103?2P0P0=1392W 最高效率时，?2PkN?P0,得PkN=P0?2?1392W?1718W 对于变压器B，将SN=100kVA,?1,cos?2?1,?max? 代入最高效率公式，得 100?103 = 3100?10?2P0P0=PkN=1546W 24h变压器总损耗 ?Pt?P0?24?PkN?8?PkN?6 变压器A ?P?(1392?24?1718?8?1718?6)kW?h?h 变压器B ?P?(1546?24?1546?8?1546?6)kW?h?h 变压器A较变压器B的总损耗小，故选用变压器A。 26 如何确定变压器的联结组标号？ 答 将变压器二次侧线电动势滞后于一次侧对应线电动势的角度除以300 即为联结组标号。也可以通过钟表法来确定联结组标号，即把一次侧线电动势看成是钟表的长针，且固定指向钟表的12点，把对应的二次侧线电动势看成是钟表的短针，该短针指向的针表数字既是其联结组标号。 27 为什么三变压器组不能采用YY联结？而三相心式变压器又可采用Yy联结？ 答 Yy联结的三相变压器，一，二次绕组中都不能流通3次谐波电流，励磁电流基本接近正弦形。于磁路饱和的原因，铁心中主磁通基本为平顶波，其中含较强的3次谐波磁通。对于三相变压器组，各相磁路彼此独立，3次谐波磁通沿铁心闭合。于铁心磁组很小，故3次谐波磁通较大，加上3次谐波的频率为基波频率的3倍，所以，它所感应的3次谐波相电动势相当大，在数值上可达基波幅值的45%60%，甚至更大，结果使相电动势波形畸 变，最大值升高很多。可能将绕组绝缘击穿，故不能采用Yy联结。对于三相心式变压器，于三相磁路彼此相关，三次谐波磁通又彼此同相位，同大小，不能沿铁心闭合，只能借油，油箱壁等形成闭合。于这些磁路的磁组很大，故3次谐波磁通很小，主磁通基本接近于正弦形，相电动势也基本接近正弦波，因此可以采用Yy联结，但于3次谐波磁通通过油箱壁闭合，引起附和涡流损耗，因此对容量较大，电压较高的三相心式变压器，也不宜采用Yy联结。 285台单相变压器具有下列数据： 变压器编1 号 额定容量100 /kVA 额定电压3000/230 /V 短路试验155 电压/V 短路试验 电流/A 短路试验2200 1300 1500 3549 281250 k201 100 138 135 100 100 200 200 2 3 4 5 功率/W 今需供给一个300kVA负载，应选哪几台变压器并联最理想。 解按规定短路试验应在 高压方接电源，低压方短路，因此上述数据及高压方额定电压分别计算出短路参数和 短路阻抗角，如下表所示： 变压器编号 I1N/A Zk=Rk=Xk=Zk2?Rk2/? 12345Uk/? IkPk/? Ik2Z?k?ZkI1N?k?arctan Rk根据并联运行的3个条件：电压比相等；联结组标号相同；短路阻抗标幺值相等，短路阻抗角相等。题目已明确给出5台变压器的电压比相同，所以条件已满足。于是单相变压器并联，所以条件不必考虑。从上表计算出的数值可以看出，当供给负载300kVA时，1号和4号变压器并联运行最理想，因为这两台变压器符合并联运行的条件。 29 变压器的空载电流很小，但空载合闸时可能出现很大的电流，这是为什么？什么情况下的合闸电流最大？怎样避免过大的合闸电流？ 答 变压器空载合闸时，铁心磁通处于瞬变过程中，其最大值可达稳态时的 2倍。变压器稳态时，铁心已处于饱和状态，因此在瞬变时，铁心处于过度饱和状态，从磁化曲线可以看出，此时励磁电流空载电流大大增加，可达稳态空载电流的几十倍。 空载合闸时 磁通的变化与合闸时刻有关，当电源电压瞬时值为零的 瞬间合闸时，铁心磁通最大，空载电流亦最大。 要避免空载合闸电流过大可采取的措施有：选择在电源电压瞬时值为最大的 时刻合闸，此时一合闸即进入稳态，合闸电流最小；在一次侧串联一个合闸电阻，加速电流的衰减，合闸完后再去掉，第一种方法再实际操作中不易达到。 210 单相变压器额定容量为180kVA，额定电压为3000/400V,其试验数据为： 实验项目 电压/V 电流/A 60 功率/W 4030 高压方进行短90 路试验 低压方进行空400 载试验 810 现将变压器的一，二次绕组改接成3000/3400V升压自耦变压器，供给cos?2=(滞后) 的负载，求该自耦变压器额定容量，满载时的电压调整率及效率。 SN180?103解 I1N=?A?60A U1N3000SN180?103I2N=?A?450A U2N400高压方侧得短路参数 Zk=Uk90? ? U1N/I1N3000/60Z?k?Rk=Pk4030? ? U1N/I1N3000/60R?k?Xk=Zk2?Rk2?1? ?Zk?Rk? X?k?22作升压自耦变压器联结时，如图354所示。 I=60AI2a=450A I1a=(450+60)A=510A 电磁功率 SN=U1aI=3000?60?10?3kVA?180kVA 传递功率 SN?U1aI1a?3000?450?10?3kVA?1350kVA 额定功率SaN=U1aI1a=3000?510?10?3kVA?1530kVA 或SaNSNS1801350）kVA?1530kVA N ? ?U?Rkacos?2?Xkasin?2? 满载时得效率 ?1? 交流绕组共同问题 3-1 三相双层短距交流绕组q=5,已知其5次谐波的绕组kN5=,求该绕组的基波及7次谐波的绕组系数.解 正规600相带绕组q?1=60 q?1sin?sin?*3002绕组分布系数 kq?= 0?1?*30qsinqsin2qSaNP0?1?% cos?2?P0?PkN1530?已知q=5得5次谐波分布系数为 sin1500sin5*300kq5= 15005*3005sinqsin5q短距系数 ky5= 即ky5=sin5*因此有?*= ?25?y1?=2k?+(k=0,1,2,) 2?6取k=1得对基波绕组系数为 y1?=13(合理) 15sin300sin300 kq1= 0030305sinqsin5qky1=siny1?13?=sin*= 152?2kn1=ky1kq1=*= 对7次谐波 sin7*300sin7*300kq7=- 7*3007*3005sinqsin5qky7=sin7*y1?*=sin7*?213?*=- 152kn7=ky7 kq7=-*(-)= 3-2 三相双层绕组Z=36,2p=2,y1=14,Nc=1,f=50Hz,?1=,a=1,试求: (1)导体电动势; (2)匝电动势; (3)线圈电动势 (4)线圈组电动势; (5)绕组相电动势. 解 极距?=Z36=18 2p2p*36001*3600槽距电角?1=100 Z36每极每相槽数 q=36Z=6 2mp2*3*1短距系数 ky1=siny1?900=sin1418*900= q?16*100sinsin2= 2=分布系数 kq1=?1100qsin6sin22绕组系数 kN1= ky1 kq1=*= (1) (2) (3) (4) (5) 导体电动势EC1=?1=*50*= 匝电动势 =Et1=2EC1 ky1=2*= 线圈电动势Ey1=Nc Et1=1*= 线圈组电动势Eq1=q Ey1 kq1=6*=3147V 相绕组电动势E?1=2pEq1a=2*3147=6294V 3-3 试从物理方面说明分布和短距能改善磁动势波形的理 答:为简单起见,以单相绕组磁动势为例进行分析,结论同样实用于多相绕组,集中绕组次动势为矩形波分布,分布绕组磁动势是多个矩形波磁动势的错位叠加,合成磁动势是每极高度相同的阶梯行波,与矩形波相比它明显接近正弦波,因此说分布能使合成磁动势波形比较接近正弦波,短距使得各槽内上下层导体都不完全属于同一相,就单相绕组而言,槽内导体电流数量不在完全相同,合成磁动势波各级高度不再相同,结果是合成磁 动势波形更趋近正弦波,因此短距绕组也能有效的改善磁动势波形. 3-4 在任一瞬间,脉振磁场,圆形旋转磁场,椭圆行旋转磁场的;间分布是怎样的?当仅观察一瞬间,能否区别该磁场是脉振磁场,圆形旋转磁场或椭圆行旋转磁场?当连续观察几个瞬间时,又该如何区分? 答:在任一瞬间,三种磁场在空间均成正弦行分布,无法区别他们的不同,但是只要连续观察就不难发现三种磁场是有区别的:脉振磁场的零点在空间不动,波幅在变化;原形旋转磁场的波幅不变切匀速旋转;椭圆行旋转磁场的波幅几旋转又变化,在最大和最小之间变化,转速也不均匀,波幅达到最大值时,转速最慢,波幅达最小值时,转速最快. 3-5 分析下列情况会不会产生旋转磁动势?转向怎样?并请说明理. (1)三相绕组在空间个差120电角度IU=I?2400 0?,IV=I?240,IW=I?00; 0?(2)二相绕组在空间差900电角度.iU=Imsin?t,iV=Imsin?t (3) 二相绕组在空间差900电角度. .iU=Im sin?t, iV= Imsin?. 解(1)因为三相电流是对称的,其相序为U W V,且绕组在空间上也是对称的, 故合成磁动势为旋转磁动势,转向为U W V U; (2)因为两绕组在空间上互差900电角度,所同电流在时间上也相差900电角度,即绕组和电流均对称,故合成磁动势为旋转磁动势.于U相电流超前于V相电流,故磁动势转向为U V. (3)因为绕组对称,而电流为单相电流,故合成磁动势为脉振磁动势. 3-6 在三相绕组中,将通入三相负序电流和通入幅值相同的三相正序电流进行比较,旋转磁场有何区别? 答:幅值,频率相同而相序不同的三相交流电流通入三相绕组,分别形成的合成磁动势是幅值相同且转速相等的旋转磁动势,所不同的是他们的旋转方向相反,因为三相合成磁动势的旋转方向和绕组中电流的相序有关,总是从电流超前的相绕组轴线转向电流置后的相绕组轴线. 3-7 u,v两相绕组,其空间轴线互成900电角度,每相基波的有效匝数为Nkn1(两相绕组都相同),绕组为p对极,现给两相绕组中通