电机及电力拖动课后习题答案

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 已知求额定电流 0 85r min1500nV220Ukw13P NNN N I 解 电动机 故 NNN IUPA 5 69 85 0 220 1013 U P I 3 N N N 3 一直流电动机 已知求额定电流 0 89r min1450nV230Ukw90P NNN N I 解 发电机 故 NNN IUP A 391 230 1090 U P I 3 N N N 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 励磁绕 0259 0 Ra 组电阻 额定负载时励磁回路串入调节电阻 电刷压降 铁耗和 8 22Rrf 5 3RpfV2U2 b 机械损耗 附加损耗 求额定负载时 发电机的输入功率 电磁功率 电kw3 2 Fe pp Ns P05 0 p 磁转矩和效率 解 励磁电流 A 75 8 5 3 8 22 230 RR U I pfrf N f 额定电流 A 5 356 230 1082 U P I 3 N N N 电枢电流 A 3 36575 8 5 356III fNa 电枢电动势 V 5 24120259 0 3 365230U2RIUE baaNa 电磁功率 kw 2 88 3 365 5 241IEP aaem 输入功率 kw 6 948205 0 3 2 2 88 PPP em0em1 sFe pppp 电磁转矩 mN 7 905 930 10 2 8855 9 P55 9 P T 3 N em N em em 效率 7 86 100 6 94 82 100 P P 1 N 11 一台并励直流电动机 在额定电压 额定电流的情况下运行 75 时的电枢电v220UN A 80IN 阻 电刷接触压降 励磁回路总电阻 附加损耗 01 0 RaV2U2 b 110RR pfrfN P01 0 s p 效率 求 1 额定输入功率 2 额定输出功率 3 总损耗 4 电枢铜耗 85 0 1 P 2 Pp cua p 5 励磁回路损耗 6 电刷接触损耗 7 附加损耗 8 机械损耗和铁耗 f p cub p s p Fe pp 解 1 额定输入功率 kw 6 1780220IUP NN1 2 额定输出功率 kw96 1485 0 6 17PP 12 3 总损耗 kw64 2 96 14 6 17PP 21 p 4 励磁电流 A 2 110 220 RR U I pfrf N f 电枢电流 A 78280I II fNa 电枢铜耗 w6101 0 78RI 2 a 2 acua p 5 励磁回路损耗 w4401102RRIP 2 pfrf 2 ff 6 电刷接触损耗 w156278U2I bacub p 7 附加损耗 w1501496001 0 P01 0 P01 0 P 2N s 8 机械损耗和铁耗 w1833150 440 156 61 14960 17600 p p p p P PPP scufcubcua21Fe 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 时 U f I 的关系曲线 N nn fNf II 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 当转速降为时 电枢电压 U 0 试分析原因 N n 2 1 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 当转速时 使得励磁回路的总电阻大于临界电阻 不能满足自 N n 2 1 n 励的第三个条件 同时电枢电压 U 0 14 一台并励直流电动机 铭牌数据为 kw96PN V440UN A 255IN A 5IfN 并已知 试求 min r1550nN 0 078Ra 1 电动机额定输出转矩 N T 2 电动机额定电磁转矩 em T 3 电动机理想空载转速 0 n 解 1 mN 5 591 1550 109655 9 n P55 9 P T 3 N N N N N 2 额定电枢电流 A 2505255I II fNNaN 由电枢回路方程 aaNNeN RInCU 得 rpm v27 0 1550 078 0 250440 n RI U C N aaNN e 电磁转矩 mN 6 64425027 0 55 9 IC55 9 T aNeem 3 理想空载转速 rpm1630 27 0 440 C U n e N 0 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 电动机不直接和工作机构相联接 而是通过一套传动机构 使电动机的角速度传递到工作机构 时 变成符合于工作机构所需要的角速度 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 对于某些直线运动 z21 JJJ 的工作机构 则必须把进行直线运动的质量及运动所克服的阻力折算到电动机轴上 z m z F 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 齿轮 6 的节距为 20mm 电动机电8 0min m43N9810F czz 传动效率 切削速度 枢的飞轮矩为 230 工作台与床身的摩擦因数为 0 1 mN 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 负载转矩 2 GD z M 2 D 2 a 2 GDGDGD和直线部分包括旋转部分 2 222222 2 5 6 2 3 4 2 1 2 2 6 2 3 4 2 1 2 2 5 2 4 2 1 2 2 3 2 22 1 2 d 2 a mN 5 251 30 78 38 64 20 55 2 137 38 64 20 55 25 37 8 56 20 55 6 19 2 40 25 8 230 Z Z Z Z Z Z GD Z Z Z Z GDGD Z Z GDGD GDGDGD 2 2 2 2 1 2 z212 b 21 1 2 3 4 5 6 01 6kbz0 z mN98 41 3 332 72 0 24500365 n GG365 GD W24500W980014700GG min r 3 332 20 55 38 64 30 78 6 27 Z Z Z Z Z Z nn min r 6 2702 0 78 6072 0 tZ n s m72 0 min m43 22 b 2 a 2 mN 5 29398 41 5 251GDGDGD 2 c1 zz21 c1 zz z mN 8 316 8 03 332 72 0 98101 024500 55 9 n FGG 55 9 n F 55 9M 2 切削时电动机输出功率 z P kW1155 9 3 332 8 31655 9 nMP 1zz 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 z T 性的恒转矩负载和位能性的恒转矩负载 二 恒功率负载 负载功率一定 负载转矩和转速成反比 z P z T z n 三 通风机负载 负载转矩与转速的平方成正比 2 z knT 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 dn dT dn dT 2em 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 求 A 6 12IV220UkW2 2P NNN min r1500nN 1 绘出固有机械特性 2 当时 电动机转速 n 3 当时 电枢电流 Na I 2 1 I min r1550nN a I 解 取 2 402 2 801 1 6 12 2200 6 12220 3 2 2 1 I P IU 3 2 2 1 R 22 N NNN a 24 1 13 0 55 9 C55 9 C 13 0 1500 2 6 12 220 n RI U C eT aNN e 1 由知 e aa e N C RI C U n T392 12308 1692T 13 0 55 9 2 0 1 220 nT C55 9 R C U n 2 2 2 e a e N min r1692n0 12 4 T 4 12 1692n0 2 当时 Na I 2 1 I mN821 7 6 12 2 1 13 0 55 9 ICT ae n 1692 12 4 7 821 1595r min 3 A25 9 2 155013 0 220 R E U I a aN a 8 根据题 7 中电动机数据 1 绘出电枢串入附加电阻时的人为机械特性 2 绘出当 2Rpa 时的人为机械特性 3 绘出当电压时的人为机械特性 4 分别求出上述三种 N 8 0 N U 2 1 U 情况当时 电动机的转速 Na II 解 由题可知 1 T 8 241692T 13 0 9 55 22 1692n 2 2 T375 192115T 8 0 4 12 0 8 1692 n 2 3 12 4T 846n 4 mN6429 15 6 1213 0 55 9 TII Na 第一种情况 in1304 06r m15 6424 8 1692n 第二种情况 in1811 98r m15 642919 375 211519 375T 2115n 第三种情况 min r06 6526429 15 4 1284612 4T 846n 9 一台直流他励电动机 铭牌数据如下 该A 6 68IV220UkW13P NNN min r1500nN 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 25 0 297 0 222 0 6 68 13000 6 62220 3 2 2 1 I P IU 3 2 2 1 R 22 N NNN a 135 0 1500 25 0 6 68220 n RI U C aaN e I 0 135 0 25 1629nT436 11629nT C55 9 R C U n 2 e a e N 1 下放800r minn 串一个电阻 53 4 25 0 781 4 R 781 4 69 68 800135 0 220 I EU RR pc N a pca 2 能耗制动 292 3 25 0 542 3 R 542 3 RR 6 68 1800135 0 6 68RR nCI C RR T C9 55 RR n s sa sae e sa 2 e a 反接制动 N U s R 086 0 25 0 336 0 R 336 0 6 68 135 0 R25 0 16291800 T 135 0 55 9 R25 0 16291800 T C55 9 RR C U n ps ps N 2 s N 2 e sa e N 10 根据题 9 的电动机数据 起吊重物 在负载转矩时 运行在固有特性上 现用电枢反接 Nz T 2 1 T 法进行制动 问 1 若制动开始时的瞬时电流不大于 在电枢回路中应串入多大电阻 2 当 N 2I 转速制动到零时 若不切断电源 电动机运转状态如何 解 由题知min r5476 1565I852 1 1629nT 2 1 T1 436T 1629n N 1 894 2 25 0 144 3 R 144 3 RR I2 nC220 RR EU I2I p pa N e pa aN Nz 2 反转 会超过 1629r min 11 根据题 9 的电动机数据 起吊重物 在负载转矩时 运行在固有特性上 现用能耗制动 Nz T 2 1 T 问 1 若制动开始时的瞬时电流不大于 制动电阻应为多大 2 若转速制动到零时 不采取 N 2I 其他措施 电动机的运转状态如何 解 1 由前几题知 n 1565 476r min 540 1 I2 E RR RR E 2T N a pa pa a N 29 1 25 0 540 1 Rp 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 由公式可知 在同一条机械特性上 转矩 T 越大 转速 n 越小 T C9 55 RR C U n 2 e paa e N 13 一台他励直流电动机 铭牌数据如下 A 8 40IV220UkW5 7P NNN 时 求 1 在固有特性上工作时的电动机 NzaN T8 0T36 0 Rmin r1500n 设轴上负载转矩 转速 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 min r149838 5301 2 1605T01 2 1605n mN38 53 8 40137 0 55 9 TT8 0T T01 2 1605nT 137 0 55 9 36 0 137 0 220 n 137 0 1500 8 4036 0 220 n RI U C C RI U n NN 2 N aNN e e aNN N 2 N 0 5 N T 2 1 T 3042r min53 38 2 1 141 3 3210n3 141T 3210n 14 根据题 13 的电动机 若电枢中串入电阻 此时电动机的转速等于多少 5 0Rpa 解 由题知 5 0Rpa T80 4 1605T 137 0 55 9 0 50 36 1605n 2 N 0 8TT 1349r min53 384 80 1605n 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 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 励磁电抗的物理意义如何 大好还是小好 若将铁心抽出 将如何变化 若一次绕组匝 m X m X m X 数增加 5 而其余不变 则大致如何变化 若铁心叠片松散 片数不足 则及如何变化 若 m X m X 0 I 铁心硅钢片接缝间隙较大时 对及有何影响 m X 0 I 答 励磁电抗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 因此大好 m X m X 若将铁心抽出 磁阻将急剧增大 将显著变小 m X 若一次绕组匝数增加 5 而其余不变 由可知 大致增加 10 m 2 mm wNwLXA m X 若铁心叠片松散 片数不足 都将使磁阻增加 下降 增大 m X 0 I 若铁心硅钢片接缝间隙较大 则将变大 下降 0 I m X 4 变压器空载运行时 一次侧加额定电压 为什么空载电流很小 如果接在直流电源上 一次侧也 0 I 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 空载电流都很小 0 I 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 由可知 当 f 由 50Hz 变为 60Hz 时 将减小 空载电流下降 铁心损耗下 m111 fN44 4 EU m 降 而漏抗将随 f 的增大而增大 励磁阻抗将增大 由于增大 因此电压调整 fL2wLX k X 率将变大 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 铁心的有效截面积 kV6 6 kV35U UAkV5000S N2N1N 铁心中最大磁通密度 试求 高 低压绕组的匝数和电压比各为多少 2 Fe cm1120S T45 1 Bm 解 wb10162410112045 1 SB 4 4 Femm 匝971 1016245044 4 1035 4 44f U N 4 3 m N1 1 匝183 1016245044 4 106 6 4 44f U N 4 3 m N2 2 电压比 3 5 183 971 N N U U k 2 1 N2 N1 9 一台单相变压器 额定容量为 高 低压绕组均有两个匝数相同的线圈 高 低压侧每个线AkV5 圈的额定电压分别为 1100V 和 110V 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 110V 一次侧匝数相等 但空载电流 今将两台变压器 II00I I2I 一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 II0I0II00I Z 2 1 ZI2I 则 串联后 V2931 2 1 1 440 U1I V 7 146 2 1 2 1 1 440 U1II V 7 146 110 220 293 U U UU N2 N1 I12I V 4 73 110 220 7 146 U U UU N2 N1 II12II 12 有一台三相变压器 已知 联结组为 Y yn0 因电源A100kVSN V6 3kV 0 4kU U 2NN1 压改为 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 改绕前 则匝 N2 N1 2 1 U U N N 86655 34 0 33 6 N U U N 2 N2 1N 1 改绕后 则匝 33 6 310 U U N N N1 N1 1 1 1375866 3 6 10 N1 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 把铁心抽出后电流和功率就变为 100A 和 1000w 若不计漏磁 试求 1 两0 5AI1 10wP1 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 2200 5 0 110 I U Z 1 1 40 5 0 10 I P R 22 1 1 1 6 219940 2200R ZX 222 1 2 11 无铁心时 1 1 100 110 I U Z 2 2 1 100 10000 I P R 22 2 2 2 46 0 21 0 R ZX 2 2 2 22 两种情况下都可等效为一个电阻与一个电抗元件相串联 2 有铁心时 182 0 5 0110 10 IU P cos 11 1 1 电流有功分量 A091 0 182 0 5 0cosI 11 电流无功分量 A49 0 cos 1IsinI 1 2 111 无铁心时 电流有功分量 A 1 90 100110 10000 100 IU P IcosI 22 2 222 电流无功分量 A 7 41 100110 10000 1100cos 1IsinI 2 2 2 222 3 有铁心时 11 UE wb105 0 10005044 4 110 4 44fN U 3 1 m1 无铁心时 V 8 452100100 110RI UE 222 22 2 12 wb1021 0 10005044 4 8 45 4 44fN E 3 2 2m 16 一台三相变压器 Y yn0 联结 在低压侧作空载试A750kVSN V10000V 400U U 2NN1 验时得 在高压侧做短路试验时得A60I0 3800wp0 440VUk 室温 20 试求 N1k1k II10900wP 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 k R k X k Z 3 计算满载及 滞后 时的 及 8 0cos 2 U 2 U 4 计算最大效率 max 解 1 V57743 100003 UU 1NN1 V2313 4003 UU 2NN2 A 4 43 100003 10750 U3 S I 3 1N N N1 25231 5774U Uk 2N1N w12673800 3 1 3 1 P 00 p 83 3 60 231 I U ZZ 0 2N 0m 239483 3 25kZ 2 m 2 m Z V2543 4403 UU kk w363310900 3 1 3 1 kk pp 85 5 4 43 254 I 254 I U Z 1Nk k k 2 93 1 4 43 3633 I R 22 k k k p 52 5 93 1 85 5 R ZX 222 k 2 kk 35 2 255 310 93 1 20235 75235 RR k k75 0 652 5 35 2 XRZ 222 k 2 k75 k75 V4510 6 4 433ZI3U k751NkN 0451 0 10000 451 U U UZ 1N kN kNk w1327935 2 4 433RI3 2 k75 2 N1 kN p 018 0 10750 13279 S R 2 N kN kNk p p 072 0 10000 52 5 4 433 U XI3 X 1N k1N k 3 满载时 已知 滞后 则1I1 8 0cos 2 6 0sin 2 76 5 1006 0072 0 8 0018 0 1 100sinXcosRIU 2k2k1 V3770576 0 1400U 1UU 2N2 2 97 1000107501 1327913800 1 100 IcosSI I 1 3 kN 2 202N2 kN 2 20 pp pp 4 时 产生最大效率时的负载系数8 0cos 2 535 0 13279 3800 I kN 0 m p p 最大效率 7 97 100 380028 010750535 0 38002 1 100 2cosSI 2 1 3 02Nm 0 max p p 17 变压器出厂前要进行 极性 试验 将 U1 u1 联结 在 U1 U2 端加电压 用电压表测 U2 u2 间电 压 设变压器电压 220V 110V 如果 U1 u1 为同名端 电压表读数是多少 如 U1 u1 为非同名端 则电压表读数又是多少 解 U1 u1 为同名端时 电压表读数是 V110110 220U UU 2u1u2U1Uu2 U2 U1 u1 为非同名端时 电压表读数是 V330110220UUU 2u1u2U1Uu2 U2 19 Y d 联结的三相变压器中 3 次谐波在三角形联结时能形成环流 基波电动势能否在三角形中形 成环流 Y y 联结的三相变压器组中 相电动势中有 3 次谐波 线电压中有无 3 次谐波 为什么 答 由于各相基波电动势是相互对称的 相位彼此互差 120 沿三角形联结回路之和等于 0 因此不 会再三角形联结中形成环流 Y y 联结的三相变压器组中 相电动势中有三次谐波 但在三相线电压中 由于 3 次谐波电动势 相互抵消 故线电压仍呈正弦波形 20 变压器的一 二次绕组按图 图略 联结 试画出他们的线电动势向量图 并判明其联结组别 答 a Y y0 b Y d7 c D d2 d D d2 22 一台 Y d 联结的三相变压器 在一次侧加额定电压空载运行 此时将二次侧的三角形联结打开一 角测量开口处的电压 再将三角形闭合测量电流 试问 当此三相变压器是三相变压器组或三相心式 变压器时 所测得的数值有无不同 为什么 答 测得的电压不同 而电流相同 三相变压器组二次侧开口时 二次侧绕组中将感应出较大的三次谐波电动势 测得的开口电压较大 而三相心式变压器的三次谐波磁通的磁阻很大 在二次侧绕组中感应出的三次谐波电动势较小 故测 得的开口电压也较小 三相变压器组二次侧闭合时 两种变压器二次侧感应电动势波形都接近正弦波形 三次谐波分量都 很小 此时测得的电流也很小 23 两台变压器并联运行 均为 Y d11 联结 第一台为 1250 kV 5 10 kV35U U 2NN1 AkV 第二台为 2000 试求 1 总输出为 3250时 每台变压器 5 6Z Ik AkV 6Z IIk AkV 的负载为多少 2 在两台变压器均不过载情况下 并联组的最大输出为多少 并联组利用率为多少 解 1 5 6 6 Z Z I I Ik IIk II I 而 3250I2000I1250SISI IIINIIIINII 联立求解可得 95 0 I I 03 1 I II AkV1190125095 0 SIS NIII 第二台变压器已过载 AkV2060200003 1 SIS NIIIIII 2 由于短路阻抗标么值小的变压器负载系数大 因此必先达到满载 设 则1I II 923 0 I Z Z I II Ik IIk I 两变压器都不过载的情况下 并联组最大输出为 A kV3154200011250923 0 SISI NIIIINII 并联组的利用率为 97 0 20001250 3154 SS S NIINI 电机与拖动基础 课后习题 第五章习题答案 1 试述感应电动机得工作原理 为什么说感应电动机是一种异步电动机 答 感应电动机工作原理 异步电动机运行时 定子绕组接到三相电源上 转子绕组自身短路 由于 电磁感应的关系 在转子绕组中感应电动势 产生电流 从而产生电磁转矩 推动转子旋转 如果转子转速等于旋转磁场转速 则磁场和转子之间就没有相对运动 它们之间就不存在电磁关系 也就不能再转子导体中感应电动势 产生电流 也就不能产生电磁转矩 所以 感应电动机的转子速 度不可能等于旋转磁场的旋转速度 因此 感应电动机是一种异步电动机 2 什么叫同步转速 它与哪些因素有关 一台三相四极交流电动机 试分别写出电源频率 f 50Hz 与 f 60Hz 时的同步转速 答 旋转磁场的旋转速度称为同步转速 由可知 它仅与电流频率 f 和电动机的极对数 p 1 n p f60 n1 有关 对三相四极交流电动机来说 p 2 当 f 50Hz 时 rpm1500 2 5060f60 n1 p rpm1800 2 6060f60 nHz60f 1 p 时 当 3 一台三相交流电动机 电源频率 f 50Hz 试分别写出当极对数 2p 2 4 6 8 10 时的同步转速 解 由可知 2p 2 4 6 8 10 时的同步转速分别为 p f60 n1 3000rpm 1500rpm 1000rpm 750rpm 600rpm 4 何为转差率 S 通常感应电动机的 S 值为多少 答 转子转速 n 与旋转磁场转速之差称为转差 转差与磁场转速之比称为转差率 即 1 nn 1 n 一般 S 0 01 0 05 100 n n n S 1 1 5 一台三相 4 极感应电动机 已知电源频率 f 50Hz 额定转速 求转差率 S min r1450nN 解 3 3 100 1500 1450 1500 100 n n n S rpm1500 2 5060f60 n 1 1 1 p 12 一台三相感应电动机接在的电网上工作 定子绕组作三角形联结 已知每相Hz50fV380UN 电动势为额定电压的 92 定子绕组的每相串联匝数 绕组因数 试求每极磁通匝312N1 96 0 Kw1 1 解 已知相电动势V 6 34938092 0 U92E N1 而 1w111 KfN44 4 E 故wb0053 0 96 0 3125044 4 6 349 KfN44 4 E 1w1 1 1 电机与拖动基础 课后习题 第六章习题答案 1 与同容量的变压器相比较 感应电动机的空载电流大 还是变压器的空载电流大 为什么 答 感应电动机的空载电流大 这是由于异步电动机的主磁路中含有气隙段 气隙段得磁阻很大 从而使感应电动机的空载电流 大 2 感应电动机理想空载时 空载电流等于零吗 为什么 答 空载电流不等于零 这是因为感应电动机工作时必须从电网吸收感性无功用于建立磁场 因此理想空载时空载电流也不 能等于 0 3 说明感应电动机工作时的能量传递过程 为什么负载增加时 定子电流和输入功率会自动增加 从 空载到额定负载 电动机的主磁通有无变化 为什么 答 感应电动机工作时 从电网吸收电功率 其中一部分消耗在定子绕组铜耗和定子铁耗上 余下的 功率以电磁感应的形式由定子传递到转子 称为电磁功率 电磁功率有一部分消耗在转子绕组的铜耗 上 余下的就是使转子旋转的总机械功率 总机械功率减去机械损耗和附加损耗后 才是转子轴端输 出的机械功率 由磁动势平衡方程式 可知 理想空载时 随着负载增加 转子侧电 201 I II 012 II0I 流也增大 于是定子电流的负载分量也相应增大 因此定子电流和输入功率会随着负载的增加而自动 增加 电动机主磁通略有减小 电动机从空载到额定负载运行时 由于定子电压不变的 而 所以电机的主磁通减小增加使 111 EZI 略有减小 6 在分析感应电动机时 为什么要用一静止的转子来代替实际转动的转子 这时转子要进行哪些折算 如何折算 答 转子旋转时 转子侧的频率和定子侧的频率不相同 它们之间不能进行直接运算 也无法将定 转子电路联接起来 用静止转子代替实际转动的转子后 转子侧的频率和定子侧频率相同 这时可以 建立异步电动机的等效电路 要进行的折算有频率折算和绕组折算 频率折算 转子电路串入一附加电阻 r R S S 1 绕组折算 2w2 1w1 e2ie2 i 2 22e2 kN kN kZkkZ k I IEkE 其中 2w22 1w11 i kNm kNm k 7 感应电动机的等效电路有哪几种 试说明 T 形等效电路中各个参数的物理意义 答 有两种 T 形等效电路和简化等效电路 T 形等效电路中各参数物理意义如下 定子绕组每相电阻 称为定子电阻 1 R 与定子侧漏磁通相对应的漏电抗 称为定子漏电抗 1 X 反应铁耗的等效电阻 称为等效电阻 m R 与主磁通相对应的励磁电抗 m X 转子绕组电阻折算值 r R 与转子侧漏磁通相对应的转子漏电抗折算值 2 X 8 一台三相感应电动机的输入功率为 8 6kW 定子铜耗为 425W 铁耗为 210W 转差率 S 0 034 试 计算电动机的电磁功率 转子铜耗及机械功率 解 W79652104258600 PP 1cuFe1em pp W2717965034 0 2cu em SPp W7694271 7965 PP 2cuem p 电机与拖动基础 课后习题 第七章习题答案 2 三相笼型感应电动机的起动电流一般为额定电流的 4 7 倍 为什么起动转矩只有额定转矩的 0 8 1 2 倍 答 异步电动机起动电流虽然很大 但是由于起动时很小 转子电流的有功分量就很小 其次 2 cos 由于起动电流很大 定子绕组的漏抗压降大 使感应电动势减小 从而也减小 所以 起动时 1 E 1 小 转子电流的有功分量也小 使得起动转矩也不大 仅为额定转矩的 0 8 1 2 倍 1 3 三相感应电动机能够在低于额定电压的情况下运行吗 为什么 答 不能 由于 电压下降时 则电磁转矩下降更多 会造成定 转子电流增大 则定 转子铜 2 1m UT 正比于 耗增大 且其增加的幅度远大于铁耗减小的幅度 故效率也下降 重载时电动机可能停转 若无保护 电机绕组可能因过热而受损 4 绕线转子感应电动机在起动时转子电路中串入起动电阻 为什么能减小起动电流 增大起动转矩 答 起动时 很明显 转子回路内串电阻起动 可减小最初起动 2 21 2 21 1 st2st1 xxrr U II 电流 同时 电阻增加使增加 而起动电流减小使感应电动势增加 增加 所以提高起动 2 cos 1 E 1 转矩 6 深槽式感应电动机和双笼型感应电动机为什么能改善起动性能 答 这是由于起动时集肤效应的存在 使起动时转子电流主要集中在槽口或上笼 等效转子电阻比较 大 从而可以改善起动性能 9 一台绕线转子感应电动机 已知 设起动时 V243Emin r1435nkW44P N2NN V110I N2 负载转矩为 最大允许的起动转矩 切换转矩 试用解析法求起动电阻 Nz 0 8TT Nst1 1 87TT Nst2 TT 的段数和每段的电阻值 解 0433 0 1500 1435 1500 n n n S87 1 T T87 1 T T 1 1 N N N st1 st1 由m N N m 1stN N T87 1 0433 0 T TS T 可求出 m 4 01 取 m 5 采用 5 段起动 055 0 1103 2430433 0 I3 ES R N2 N2N r 048 0 055 087 0 R1 R rst1 089 0 048 0 87 1 RR st1st2 167 0 089 0 87 1 RR st2st3 313 0 167 0 87 1 RR st3st4 585 0 313 0 87 1 RR st4st5 11 一台绕线转子感应电动机 已知 V163Emin r715n11kWP N2NN 求 4 级起动时每级起动电阻值 mN98T8 1 T T 4 72AI s N 1st 2N 负载转矩 解 0467 0 750 715 750 n n n S 1 1 N 931 0 72 4 3 1630467 0 I3 ES R N2 N2N r 86 1 8 10467 0 1 TS T 4 4 1stN N N Nst1 st2 T97 0 86 1 T8 1T T 而 mN147 715 101155 9 n 9 55P T 3 N N N 能够起动mN98TmN 5 1420 97TT ZNst2 8 0931 0 86 0 R1 R rst1 49 1 8 086 1 RR st1st2 77 2 49 1 86 1 RR st2st3 15 5 77 2 86 1 RR st3st4 12 一台三相 4 极的绕线转子感应电动机 转子每相电阻 负 50Hzf1 02 0 Rr1485r minnN 载转矩保持额定值不变 要求把转速下降到 1050r min 问转子每相中应串入多大电阻 解 01 0 1500 1485 1500 n n n S 1 1 N 串入电阻后 3 0 1500 1050 1500 n n n S 1 1 由于调速时负载转矩保持不变 故 S RR S R r N r 58 0 02 0 02 0 01 0 3 0 R R S S R rr N 14 题 5 的电动机 带动一位能负载 今采用倒拉反接制动下放负载 要求下放转速为 Nz TT 300r min 问转子每相应串接多大电阻 解 04 0 750 720 750 n n n S 1 N1 N 反接制动运行时 4 1 750 300750 n n n S 1 1 022 0 2203 21304 0 I3 ES R N2 2NN r 748 0 022 0 022 0 04 0 4 1 R R S S R rr N 16 题 5 的电动机 用以起吊重物 当电动机转子转 45 度 重物上升 1m 如要求带额定负载的重物 以 8m min 的速度上升 求转子电路中应串接的电阻值 解 573 0 750 320750 n n n S320rpm458n 1 1 而 04 0 750 720 750 n n n S 1 N1 N 022 0 2203 21304 0 I3 ES R N2 2NN r 293 0 022 0 022 0 04 0 573 0 R R S S R rr N 17 绕线转子感应电动机 若要求电动 V230E5 2min r970nkW17P N2MNN A33I N2 机有最短起动时间 试问其转子回路应串入多大的电阻 解 根据题意 03 0 1000 970 1000 n n n SS1S 1 N1 Nx0 377 0 03 0 1 ln203 0 1 S S ln2S SS 2 x 02 x 2 0m 固有的临界转差率 144 0 1 5 25 203 0 1 SS 22 MMNm 因为 而 2r r m m RR R S S 12 0 333 23003 0 I3 ES R N2 2NN r 19 0 12 0 12 0 144 0 377 0 R R S S R rr m m 2 18 电动机的温升 温度及环境