电机学第一到四章自测题参考答案

1 第一章自测题参考答案 一 填空题 l 直流电动机的电枢电动势与电枢电流的方向担豆 电磁转矩与转速的方 向相同 2 直流发电机的电枢电动势与电枢电流的方向担显 电磁转矩与转速的方 向相反 3 并励直流发电机自励建压的条件是主磁路存在剩磁 并联在电枢两端的 励磁绕组极性要正确 使励磁电流产生的磁通方向与剩磁磁通方向相同 励磁 回路的总电阻必须小于临界电阻值 4 直流发电机和直流电动机除能量转换关系不同外 还表现于发电机的电 枢电动势 Ea 比端电压 U 大 而电动机的电枢电动势 Ea 比端电压 U 小 5 电机的电磁功率是指机械功率与电功率相互转换的那一部分功率 所以 电磁功率 Pem的表达式既可用机械量 Tem来表示 也可用电量 EaIa来表示 6 直流电动机的电磁转矩是由每极气隙磁通量和电枢电流共同作用产生的 7 直流电动机电枢反应的定义是电枢磁动势对励磁磁动势的作用 当电刷 在几何中性线上 电动机产生交磁性质的电枢反应 其结果使气隙磁场发生畸 变和对主磁场起附加去磁作用 物理中性线朝电枢旋转相反方向偏移 8 并励直流发电机的外特性曲线下降的原因有 1 随着负载的增大 电 枢反应去磁作用增强 使电枢电动势 Ea下降 2 负载增大 电枢绕组电阻 压降 IaRa增大 导致 U 下降 3 当由 1 和 2 原因引起 U 减小 致使 If减小 磁通中减小 Ea进一步下降 导致端电压 U 进一步下降 二 判断题 l 一台并励直流发电机 正转能自励 反转也能自励 2 一台直流发电机 若把电枢固定不动 电刷与磁极同时旋转 则在电刷 两端仍能得到直流电压 3 一台并励直流电动机 若改变电源极性 则电机转向也改变 4 直流发电机正常运行时 由于主磁通既交链电枢绕组又交链励磁绕组 因此主磁通在这两个绕组中均感应电动势 2 5 一台接到直流电源上运行的直流电动机 换向情况是良好的 如果改变 电枢两端的极性来改变转向 换向极线圈不改接 则换向情况变坏 三 选择题 1 如果直流电机的励磁电流等于电枢电流 则这台电机为 C A 并励直流电机 B 并励直流电机 C 串励直流电机 D 复励直流电机 2 直流电机电枢绕组内的电流是 A A 交流 B 直流 C 脉动直流 D 零 3 如果并励直流发电机的转速上升 20 则空载时发电机的端电压 U0升 高 B A 20 B 大于 20 C 小于 20 D 为零 即 U0不变 4 直流电机公式 Ea CE n和 Tem Cr Ia中的磁通是指 B A 空载时每极磁通 B 负载时每极磁通 C 负载时所有磁极的磁通总和 D 换向极磁通 5 一台并励电动机拆装时 不慎变动了电刷位置 以至负载增大时转速愈 来愈高 其原因 A A 电刷逆着电枢转向移动了一个角度 B 电刷顺着电枢转向移动了一个角度 C 励磁回路电阻太大 D 电源电压越来越高 四 简答与作图题 1 直流电动机的励磁方式有哪几种 试画图说明 答 如图 1 5 所示 他励 自励 包括并励 串励和复励三种 a 他励电动机 b 并励电动机 c 串励电动机 d 复励电动机 3 图 15 简答与作图题 I 图 2 直流电机的电磁转矩与什么因素有关 如何确定电磁转矩的实际方向 答 由 Tem CT Ia知 对于已制造好的直流电机 其电磁转矩与电枢电流 和气隙磁通的乘积成正比 可用左手定则判断电枢导体的受力方向 从而确定电磁转矩的实际方向 3 如何确定换向磁极的极性 换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联 答 使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反 对于直流发电机而言 换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相同 而对于直流电动机 则换向极极 性和电枢要进入的主磁极极性相反 换向极绕组与电枢绕组相串联的原因是 使随着电枢磁场的变化 换向极 磁场也随之变化即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响 4 一台并励直流发电机并联于电网上 若原动机停止供给机械能 将发电 机过渡到电动机状态工作 此时电磁转矩方向是否改变 旋转方向是否改变 答 电磁转矩方向改变 电机旋转方向不变 5 试写出稳态运行时 直流电动机的转矩平衡方程式 并说明各转矩 五 计算题 1 一台并盛直流电动机 其额定数据如下 PN 22kW UN 110V nN 1000r min N 0 84 已知电枢回路总电阻 Ra 0 04 Rf 27 5 试求 1 额定电流 额定电枢电流和额定励磁电流 2 额定运行时的输入功率 解 1 额定电流 AA U P I NN N N 1 238 84 0 110 1022 3 额定励磁电流 AA R U I f N fN 4 5 27 110 额定电枢电流 AIII fNNaN 4 1 238 4 234 1 A 2 额定运行时的输入功率 WW P P N N 5 26190 84 0 1022 3 1 2 一台并励直流发电机 铭牌数据如下 PN 6kW UN 230V nN 1450r min Ra 0 57 包括电刷接触电阻 励磁回 路总电阻 Rf 177 额定负载时的电枢铁损耗 PFe 234W 机械损耗 Pmec 61W 求 1 额定负载时的电磁功率和电磁转矩 2 额定负载时的效率 解 1 kWPP N 6 2 AA R U I f f f 3 1 177 230 WWIRP ffCuf 2993 1177 22 AA U P I N N N 1 26 230 6000 AAIII fNa 4 273 1 1 26 WWIRP aaCua 9 427 4 2757 0 22 所以 WPPPP CufCuaem 299 9 4276000 2 6726 9W mNmN P T em em 3 44 60 14502 9 6726 2 61234 9 6726 1 Femecem PPPP 7021 9 W 45 85 100 9 7021 6000 100 1 2 P P 3 一台并励直流发电机 铭牌数据如下 PN 23 kW UN 230 V nN 1500 5 r min 励磁回路电阻 Rf 57 5 电枢电阻 Ra 0 1 不计电枢反应和磁路饱和 现将这台电机改为并励直流电动机运行 把电枢两端和励磁绕组两端都接到 220V 的直流电源上 运行时维持电枢电流为原额定值 试求电动机的下列数据 1 转速 n 2 电磁功率 3 电磁转矩 解 AA R U I f N f 4 5 57 230 A U P I N N N 100 230 1023 3 AAaIII fNa 104100 WWIRP aaCua 6 10811041 0 22 1 转速 n VVIRUE aaNa 4 2401041 0230 1603 0 1500 4 240 N a E n E C 电动机运行 VVIRUE aaNa 6 2091041 0220 1533 0 1603 0 230 220 230 220 EE CC min 1367min 1533 0 6 209 rr C E n E a 2 电磁功率 kWkWIEP aaem 798 21104 6 209 3 电磁转矩 mNmN P T em em 27 152 60 13672 10798 21 3 6 第二章第二章 自测题参考答案 一 填空题 一 填空题 1 他励直流电动机的固有机械特性是指在 条件下 和 的关系 U UN N 电枢回路不串电阻 n Tem 2 直流电动机的起动方法有 降压起动 电枢回路串电阻起动 3 如果不串联制动电阻 反接制动瞬间的电枢电流大约是电动状态运行 时电枢电流的 倍 2 4 当电动机的转速超过 时 出现回馈制动 理想空载转速 5 拖动恒转转负载进行调速时 应采 调速方法 而拖动恒功率负 载时应采用 调速方法 降压或电枢回路串电阻 弱磁 二 判断题二 判断题 1 直流电动机的人为特性都比固有特性软 F 2 直流电动机串多级电阻起动 在起动过程中 每切除一级起动电阻 电枢电流都将突变 T 3 提升位能负载时的工作点在第一象限内 而下放位能负载时的工作点 在第四象限内 T 4 他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式 因此只能拖动恒转 矩负载运行 F 5 他励直流电动机降压或串电阻调速时 最大静差率数值越大 调速范 围也越大 T 三 选择题三 选择题 1 电力拖动系统运动方程式中的 GD2 反映了 2 1 旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积 它没有任何物理意见 2 系统机械惯性的大小 它是一个整体物理量 3 系统储能的大小 但 它不是一个整体物理量 2 他励直流电动机的人为特性与固有特性相比 其理想空载转速和斜率 均发生了变化 那么这条人为特性一定是 3 1 串电阻的人为特性 2 降压的人为特性 3 弱磁的人为特性 3 直流电动机采用降低电源电压的方法起动 其目的是 2 1 为了使起动过程平稳 2 为了减小起动电流 3 为了减小起 动转矩 4 当电动机的电枢回路铜损耗比电磁功率或轴机械功率都大时 这时电动机 处于 2 1 能耗制动状态 2 反接制动状态 3 回馈制动状态 5 他励直流电动机拖动恒转矩负载进行串电阻调速 设调速前 后的电 枢电流分别为 I1和 I2 那么 2 1 I1I2 四 简答题 四 简答题 1 电力拖动系统稳定运行的条件是什么 7 电动机的机械特性与负载的转矩特性必须有交点 且在交点处 满足 emL dTdT dndn 2 何谓电动机的充分利用 所谓电动机的充分利用是指电动机无论在额定转速下运行 还是调速过程 中处于不同转速下运行 其电枢电流都等于额定值 五 计算题 一台他励直流电动机数据为 PN 7 5kW UN 110V I N 79 84A nN 1500r min 电枢回路电阻 Ra 0 1014 求 1 U U N N条件下 电枢电流 Ia 60A 时转速是多少 2 U U N条件下 主磁 通减少 15 负载转矩为 TN不变时 电动机电枢电流与转速是多少 3 U U N N条件下 负载转矩为 0 8TN 转速为 800 r min 电枢回路应串 入多大电阻 解 1 0 068 NaN eN N UR I C n 1528 min Naa eN UR I nr C 2 不变时 不变 即 N T em T TNNTa CICI 93 93 0 85 NN aNN N IIIA 1738 min Naa e UR I nr C 3 不计空载转矩时 故 emL TT 0 80 8 0 95538 2 N emN N P TTN m n 2 NaB eNeTN URR n CC C 解得 2 69 B R 第三章自测题参考答案 一 填空题 1 变压器空载电流包括有功分量和无功分量 其中有功分量是用来供给铁 心损耗 无功分量是用来建立主磁场 2 变压器空载试验测得的损耗近似等于铁损耗 短路试验测得的损耗近似 等于铜损耗 3 变压器负载运行时 二次侧端电压不仅与本身的短路参数有关 而且还 与负载的大小和负载的性质有关 8 4 变压器等效电路中 反映变压器主磁通影响的电路参数是励磁电抗 Xm 反映一次 二次绕组漏磁通影响的电路参数分别是一次漏抗 X1和二次漏 抗 X2 5 根据变压器内部磁场的实际分布和所起的作用不同 通常把磁通分成主 磁通和漏磁通 主磁通在铁心中闭合 起传递能量的媒介作用 漏磁通主要通 过空气或变压器油闭合 起电抗压降的作用 6 变压器电源电压 U1 频率 f 一定 所带阻感性负载 2 0 增加时 则 U2下降 I2增加 m 下降 计及漏阻抗压降的影响 7 Y y 联结的三相心式变压器 其空载电流波形为正弦波 主磁通波形为 近于正弦波 8 一台 2kV A 400V 100V 的单相变压器 高压侧短路 当 10V 电压加 在低压侧 测得 IS 20A PS 40W 当低压侧短路 高压侧加电压 输入电流 为 5A 时 外加电压 Us 40V Ps 40W 9 一台匝数比 N1 N2 10 的单相变压器 额定运行时 U 2 并测得二 次侧的端电压为 98V 则一次侧电压为 1000V 二 判断题 1 变压器二次侧额定电压是指一次侧加额定电压 二次侧带额定负载时的 端电压 2 两台容量 联结组别 变比均相同 而短路电压不等的变压器并联运行 时 短路电压小的变压器先达满载 3 当变压器一次电压降至原来的一半时 其励磁电抗就增加一倍 4 变压器二次侧带纯电阻性负载时 一次侧的输入功率全为有功功率 5 变压器一 二次线圈每匝电压大小相等 三 选择题 1 一台变压器一次侧接在额定电压的电源上 二次侧开路 则从一次侧输 入的功率 C A 只包含有功功率 B 只包含无功功率 C 既有有功功率 又有无功功率 D 为零 9 2 一台运行中的变压器 其主磁通西 的大小主要取决于 D A 空载电流的大小 B 负载电流的大小 C 铁心损耗的大小 D 电源电压的大小 3 一台单相变压器 U1N U2N 220V 110V 二次侧接一个 2 的电阻负载 则从一次侧看这个负载电阻值是 C A 2 B 4 C 8 D 无法确定 4 自耦变压器的电磁容量与它的额定容量之间的关系是 C A 大小相等 B 额定容量小于电磁容量 C 电磁容量小于额定容量 D 作升压变压器时 电磁容量小于额定容量 作降压变压器时 电磁容 量大于额定容量 5 一台变压器在 B 时效率最高 A S SN B PCu PFe C PFe PCuN D 1 四 简答与作图题 1 简述变压器折算的目的及原则 答 折算的目的是将变比为 的变压器等效成变比为 1 的变压器 从而将一 次 二次两个分离的电路画在一起 获得变压器的等效电路 折算原则是保持 折算前后二次侧磁动势不变 二次侧有功 无功功率不变 2 电源频率降低 其他各量不变 试分析变压器铁心饱和程度 励磁电流 励磁电抗和漏抗的变化情况 答 据 U1 4 44 N1 m 可知 当 降低时 m Bm 增加 铁心饱和程 度增加 励磁电流增加 励磁电抗减小 漏电抗减小 3 变压器并联运行的理想条件是什么 哪一个条件要求绝对严格 答 变压器并联运行的条件有三条 各变压器一次 二次侧的额定 电压应分别相等 即变比相同 各变压器的联结组别必须相同 各变压器 的短路阻抗 或短路电压 标么值 Zs 或 Us 相等 且短路阻抗角也相等 第 个条件要求绝对严格 10 4 试画出变压器带纯电阻性负载时的简化相量图 答 简化相量图如图 3 6 所示 图 3 6 简答与作图题 4 图 5 画相量图判定组别 答 相量图如图 3 7 所示 图 3 7 简答与作图题 5 图 由相量图可知 图 3 7 a 为 Y y4 联结组 图 3 7 b 为 Y dll 联结组 五 计算题 1 三相变压器额定容量为 20kV A 额定电压为 10kV 0 4kV 额定频率 为 50Hz Y y0 联结 高压绕矗匝数为 3 300 试求 1 变压器高压侧和低 压侧的额定电流 2 高压侧和低压侧的额定相电压 3 低压绕组的匝数 解 1 求电流 高压侧额定电流 AA U S I IN N N 16 1 103 20 3 1 11 低压侧额定电流 AA U S I N N N 87 28 4 03 20 3 2 2 2 求电压 高压侧额定相电压 kVkV U U N NP 774 5 3 10 3 1 1 低压侧额定相电压 kVkV U U N NP 231 0 3 4 0 3 21 1 3 求匝数 低压绕组的匝数 因为 2 1 2 1 2 1 3 3 N N U U U U N N NP NP 所以 匝匝132 10 33004 0 1 21 2 NU NUN N 2 一台 SN 100kV A U1N U2N 6kV Y y0 联结的三相变压器 I0 6 5 P0 600W us 5 PSN 1800W 试求 1 近似等效电路参数 标么值 2 满载及 COS 2 0 8 2 0 时的最大效率 解 1 由空载试验数据求励磁参数 励磁阻抗 38 15 065 0 11 0 m I Z 励磁电阻 42 1 065 0 10100 600 2 3 2 0 0 I P Rm 励磁电抗 31 1542 1 38 15 222 2 mmm RZX 由短路试验数据求短路参数 短路阻抗 05 0 ss UZ 12 短路电阻 018 0 10100 1800 3 N SN SNs S P PR 短路电抗 467 0 018 0 05 0 222 2 sss RZX 2 100 cos 2 s RU 1 0 018 0 8 0 467 0 6 4 24 VVUUU N 383400 0424 0 1 1 22 100 cos 1 2 02 2 0 snN SN PPS pp 100 180016008 0101001 18001600 1 23 2 97 1 3 577 0 1800 600 0 SN m P P A U S II N N NM 4 03 100 577 0 3 2 22 83 3A 100 2cos 2 1 02 0 max PS P Nm 100 60028 010100577 0 6002 1 3 97 5 第四章自测题参考答案 13 一 填空 1 当 s 在 0 1 范围内 三相异步电动机运行于电动机状态 此时电磁转 矩性质为驱动转矩 电动势性质为电源电动势 在 0 范围内运行于发电 机状态 此时电磁转矩性质为制动转矩 电动势性质为电源电动势 2 三相异步电动机根据转子结构不同可分为笼型异步电动机和绕线转子异 步电动机两类 3 一台 6 极三相异步电动机接于 50Hz 的三相对称电源上 其 s 0 05 则 此时转子转速为 950 r min 定子旋转磁动势相对于转子的转速为 50r min 定子旋转磁动势相对于转子旋转磁动 势的转速为 0 r rain 4 一个三相对称交流绕组 2p 2 通入 50Hz 的三相对称交流电流 其合成磁动势为圆形旋转磁动势 该磁动势的转速为 3000r min 5 一台 6 极三相笼型异步电动机 其转差率 SN 0 05 则经空气隙由定子 传递到转子侧的电磁功率中有 5 转化为转子铜损耗 另有 95 将转变为总机 械功率 6 为消除交流绕组中的五次谐波电动势 最有效的方法是采用节距 的短距绕组 此时基波电动势的大小等于整距绕组基波电动势的 95 1 5 4 7 一台相绕组能承受 220V 电压的三相异步电动机 铭牌上标有 220 V 380 V Y 联结 当电源电压为 380V 时 则应采用 Y 形联结 而电源 电压为 220 V 时 则应采用 形联结 8 三相异步电动机等效电路中的附加电阻是模拟总机械功率的等 2 1 R s s 值电阻 二 判断题 1 不管异步电机转子是旋转还是静止 定子 转子磁动势都是相对静止的 2 三相异步电动机转子不动时 经由空气隙传递到转子侧的电磁功率全部 转化为转子铜损耗 3 要改变三相异步电动机的转向 只要任意对调三相电源线中的两相即可 14 4 通常三相笼型异步电动机定子绕组和转子绕组的相数不相等 而三相绕 线转子异步电动机的定子 转子相数则相等 5 当三相异步电动机转子不动时 转子绕组电流的频率与定子电流的频率 相同 三 选择题 1 若在三相对称绕组中通人 iu Imsinwt iv Imsin wt 120 iw Imsin wt 120 的三相电流 当 wt 210 时 其三相基波合成磁动势的幅 值位于 C A u 相绕组轴线上 B v 相绕组轴线上 C w 相绕组轴线上 D 在三相绕组轴线之外的某一位置 2 三相异步电动机的空载电流比同容量变压器大的原因是 C A 异步电动机是旋转的 B 异步电动机的损耗大 C 异步电动机有气隙 D 异步电动机的漏抗大 3 三相异步电动机空载时气隙磁通的大小主要取决于 A A 电源电压 B 气隙大小 C 定子 转子铁心材质 D 定子绕组的漏阻抗 4 三相异步电动机能画出像变压器那样的等效电路是由于 B A 它们的定子或一次电流都滞后于电源电压 B 气隙磁场在定子 转子或主磁通在一次 二次侧都感应电动势 C 它们都有主磁通和漏磁通 D 它们都由电网取得励磁电流 5 异步电动机等效电路中的电阻上消耗的功率为 C sR 2 A 轴端输出的机械功率 B 总机械功率 C 电磁功率 D 转子铜损耗 四 简答与作图题 1 三相笼型异步电动机为什么能旋转 试画图说明 答 1 定子三相对称绕组中通人对称三相电流产生圆形旋转磁场 并以 同步速度旋转 2 该磁场切割转子笼形导条 产生感应电动势和电流 3 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用 从而在转子上形成电磁转矩 15 电机就转动起来了 原理图如图 4 8 所示 2 画出三相异步电动机的 T 形等效电路图 并说明机械负载变化在等效 电路中是如何体现的 答 机械负载增加 转子转速降低 转差率增加 减小 增加 2 1 R s s 2 I 由磁动势平衡关系可知 增加 所以 P1增加 T 形等效电路如图 4 9 所示 图 4 8 异步电动机工作原理图 图 4 9 异步电动机 T 形等效电路图 3 将一台异步电动机的转子卡住不动 而定子绕组上加额定电压 此时电 动机的定子绕组 转子绕组中的电流及电动机的温度将如何变化 为什么 答 转子不转时 n 0 s 1 此时旋转磁场将以最大速度截切转子导体 转子绕组中将产生较大的感应电流 据磁动势平衡关系可知 定子也将产生较 大的电流 定子 转子电流都将超出额定值的数倍 电动机的温度也将大大增 加 4 异步电动机的定子 转子电路之间并无电的直接联系 当负载增加时 为什么定子电流和输入功率会自动增加 答 当负载增加时 转子转速 n 下降 则转差率上升 转子绕组切割磁感 线的速度增加 转子的感应电动势 E 和感应电流 相应增加 转子磁动 势 F2也增加 由磁动势平衡关系知 定子磁动势也要相应增加 则定子电流 I1 上升 即从电网输入的电功率增加 5 异步电机的转差率 s 是如何定义的 有一台 4 极 50Hz 的三相异步电动 机 其额定转差率 sN 0 03 试问该机起动时转子电流的频率为多少 答 转差率的定义式如下所示 16 1 1 n nn s 式中 n1为同步转速 n 为转子转速 起动时 转子电流的频率与定子电流频率相同 即为 50Hz 五 计算题 1 一台交流发电机 定子绕组为双层短距叠绕组 定子槽数 Z 36 槽 极 数 2p 2 节距 1 14 线圈匝数 Ne l 匝 每相绕组并联支路数 a 1 频率为 50Hz 每极基波磁通中 1 263Wb 试求相电动势的大小 解 极距 18 2 36 2 p Z 每极每相槽数 6 32 36 2 pm Z q 槽距角 10 36 3601360 Z p 用电角度表示的节距 14x10 140 基波短距系数 94 0 2 sin 1 y k 基波分布系数 956 0 2 10 sin6 2 106 sin 2 sin 2 sin 1 q q kq 基波绕组系数 899 0 956 0 94 0 111 qyw kkk 每相串联匝数 匝12 1 16122 c pqN N 基波相电动势 Ep 4 44 Nkw1 1 4 44 50 12 0 899 2 63V 6296 16V 2 已知一台三相 50Hz 绕线转子异步电动机 额定数据 PN 100