电机课后答案

1-1 、变压器电动势旋转电动势产生的原因有什么不同？其大小与哪些因素有关？ 答：变压器电动势产生原因：线圈与磁场相对静止，但穿过线圈的磁通大小或方向发生变化；旋转电动势产生原因：磁通本身不随时间变化，而线圈与磁场之间有相对运动，从而使线圈中的磁链发生变化。对于变压器电动势：edn ddtdte 的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。精品资料对于旋转电动势：eblve 的大小与磁感应强度b，导体长度l，相对磁场运动速度v 有关。1-2 、磁滞损耗和涡流损耗是什么原因引起的？它的大小与哪些因素有关？ 答：磁滞损耗产生原因：铁磁材料在外界交变磁场作用下反复磁化时，内部磁畴必将随外界磁场变化而不停往返转向，磁畴间相互摩擦而消耗能量，引起损耗。其大小pn 与最大磁通密度bm 、交变频率f 和材料等因素有关，即pfb a 。同时，磁滞损n耗与磁滞回线所包围的面积有关，面积越大，磁滞损耗也就越大。涡流损耗产生原因：铁芯中磁通发生交变时根据电磁感应定律，铁芯中会感应涡流状的电动势并产生电流，即涡流。涡流在铁芯中流通时，会产生损耗，就称为涡流损耗。其大小pw 与铁芯中的磁通密度幅值bm ，磁通的交变频率f、硅钢片厚度d 和硅钢片电阻率等因素有关，即pw222fbmd。1-3 、如何将 en d和 e dtblv 两个形式不同的公式统一起来？答：匝数 n 为 1 、有效长度为l，线圈宽度为b 的线圈在恒定磁场中以速度v 运动时，由电磁感应定律可得：en ddtdx b bl d dtxlb dxdtlb(v)blv1-4 、电机和变压器的磁路通常采用什么材料制成？这些材料各具有哪些主要特征？ 答：（1） ）通常采用高导磁性能的硅钢片来制造电机和变压器的铁芯，而磁路的其他部分常采用导磁性能较高的钢板和铸钢制造，来增加磁路的导磁性能，使其在所需的磁路密度下具有较小的励磁电流。（2） ）硅钢片的导磁率极高，能减少电机体积，降低励磁损耗，磁化过程中存在不可逆性磁滞现象，交变磁场作用下，会产生磁滞损耗和涡流损耗。2-6 已知一台直流发电机的铭牌参数如下：额定功率pn=200kw ，额定电压un=230v ，额定转速nn=1450r/min ，额定效率 n=90% ，试求该发电机的额定输入功率p1 和额定电流in 。答：直流发电机pn=unin，代入数据可得in=869.6app2pn51210222.2 kwnn90%2-7 已知一台直流电动机的铭牌参数如下：额定功率 pn=55kw ，额定电压un=110v ，额定转速nn=1000r/min ，额定效率 n=85% ，试求该发电机的额定输入功率p1 、额定电流in 和额定转矩tcn 。答：3pp2pn5510164.7 kwnn85%直流电动机p1=unin，代入数据可得in=588atcnp2w100055k2/ 60525.5nm2-10一台四极单叠绕组的直流电机：1）如果取出相邻两组电刷，只用剩下的两组电刷是否可以？对电机的性能有何影响？端电压有何变化？此时发电机能供多大负载（用额定功率的百分比表示）？ 2）如果有一元件短线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化？3） 如果只用相对的两组电刷是否能继续运行？4） 若有一个磁极失磁将会产生什么后果？ 答：（1） ）若取出相邻两电刷，电机可以工作，但带负载性能降低，原本共4 条支路并联，设每支路电流为i，总电流为4i，现在其中3 条支路串联后再与第4 条支路并联，总电流为pn1/3 i+i=4/3 i。端电压不变，4 / 3i p 4i33.3%pn 。n（2） ）若有一元件断线，电刷间电压不变，由于断线支路无电流，总电流变为3i ，即减少为原来的 3/4 。（3） ）只用相对的两个电刷时，两条支路上的电动势都为0，无法运行。（4） ）若一磁极失磁， 电极内磁场不对称，造成并联各支路感应电动势不等，甚至产生环流，损坏电机。2-13一台直流发电机，2 p=8 ，当 n=600r/min ，每极磁通量4103 wb 时 ，e=230v ，试求：1） 若为单叠绕组，则电枢绕组应有多少根导体？2） 若为单波绕组，则电枢绕组应有多少根导体？230答： ece n ，则 cepn600410 395.8又 ce60a（1 ）当为单叠绕组时，a=p=4 ，n60ac ep604495.85748 匝（2 ）当为单波绕组时，a=1 ，n60ac ep6095.841437 匝2-16 、 一台单波绕组的直流发电机，2 p=4 ，pn =50kw ，un=230v ，nn=725r/min ，k=135 ，ny=1 ，试求：1） 电枢绕组总导体数n；2） 空载时，产生额定电压的每极磁通量0；3） 若将电枢绕组改为单叠绕组，在同样每极磁通量0 及转速下， 空载时感应电动势为多少？ 答：（1） ） n2kn y21351270（2） ）单波绕组a=1ecpn60ae90.035249 wb0ce nn（3） ）若改为单叠绕组a=p=2ecpn60a4.5ece0 n n115 v2-19 一台并励直流发电机在600r/min时，空载电压为125v ，假如将转速提高到1200r/min ，同时将励磁回路的电阻增加一倍，问发电机的空载电压为多少？ 答：r并励发动机空载时，i=0 所以i ai f由 于 i f 、ra 和u b 很小，因此eui a ra2u bui frfrji fff同时 ece nre题目指出， 速度增大一倍，f 也增加一倍。 那么 2ei2rf励磁电流大小不变，磁通u0不变。那么2e250 v2-20 对 任 一 直 流 发 电 机， 在 给 定 的 运 行 情 况 下 ， 总可 以 利 用 电 动 势 方 程 式 求 得eui a ra2u b ，为什么用空载特性曲线上求出对应于e 的励磁电流if 并非该运行状态的实际励磁电流值？ 答：当直流发电机有负载时，电枢电流比较大，此时会产生明显的去磁效应或助磁效应，而工作在空载特性曲线对应e 的励磁电流if 下，是不能满足要求的。所以实际励磁电流会偏大（由于去磁效应）或偏小（由于助磁效应）。2-22一台并励直流发电机，2p=4 ，pn=82kw ，u n=230v ，nn=970r/min ，ra 750.0259，并励绕组每极有78.5 匝，四极串联后的总电阻rf22.8，额定负载时，并励回路串入rf3.5， 2u b2 v ， p fep mec2.3kw， pad0.005 pn。试求额定负载时发电机的输入功率、电磁转矩和效率。答：ipnn356.5 au n8.745aifu nrjrfi ai ni f365.2 aeu ni a ra2u b241.46 v输入功率 p1pemp mecp fepadp fpem i apmecp fep ad90.891 kwp2效率90%p1由 ece ntcicei868.3 nmemtatacen2-24一台他励直流发电机，pn=10kw ，un=230v ，nn=1000r/min ， ra0.46，额定负载时电枢反应去磁作用相当于励磁电流0.2a 。已知在 800 r/min时， 在所考虑工作范围内，其空载特性可用e400i f / 5i f表示。试求：1） 发电机额定励磁电流i fn ；2） 电压变化率u %；3） 过载 25% 时的端电压（设电枢反应正比于负载电流）；4） 在额定负载时，将端电压提高到250v ；励磁电流i fn不变时，其转速应提高到多少？若转速不变时，其励磁电流应增加多少？ 答：pn（1 ） i nu n43.5 aenu ni n ra250 v考虑在相同的励磁电流作用下，其产生的电动势为nene nn n200 v又 e400 i f5i f，所以 i f5 a考虑电枢反应去磁作用，发电机额定励磁电流为i fni fi fs5.2 a（2 ）400i fnnnu 0254.9 v5i fnnu %u 0u n100%10.83%u ni（3 ）过载 25% 时，a1.25i nifs此时，1.250.20.25 a故 i fi fni fs4.75 a则由 e400 if5if，得 e243.6 vu e i a ra218 .6 v（4 ）10000a) i fn不变，此时i n 225040 a则 en 2u n 2i n 2 ra268.4 v去磁作用i fs2i n 2i n0.20.184 ai f 2i fni fs 25.016 a在 800 r/min时，e 2400 i f 25i f 2200.3v故 nn 2nn 2nen 2 8001072n 1e 2b) 转速n n 不变，i n 240 a ， en 2268.4 v，i fs 20.184 aen 2400i f 2 nn，所以i f 25.794 a5i f 2n故 i fn 2i f 2i fs 25.978 a2-28如何改变串励、并励和复励直流电动机的转向？ 答：要改变直流电动机的转向，只要改变电枢电流方向或励磁电流方向。对于串励直流电动机，可将电枢绕组或串励绕组反接，电枢电流或励磁电流改变一个就可以；对于并励直流电动机来说，方法同上；对于复励直流电动机来说，考虑到其励磁绕组的特殊性，在改变电路时，要保证两段励磁绕组的综合励磁作用与电枢电流择一反向。2-31 两台完全相同的并励直流电动机，机械上用一转轴联接在一起，并联于 230v 的电网上运行，轴上不带其他负载。在1000r/min时空载特性为：i f /a1.31.4u 0 /v186.7195.9此时，甲电机的励磁电流为1.4a ，乙电机的励磁电流为1.3a ，转速为1200r/min ，电枢回路的总电阻均为0.1，若忽略电枢反应去磁的影响和附加损耗pad，试问：1） 哪台是发电机？哪台是电动机？2） 总的机械损耗和铁耗是多少？3） 若保持转速不变，只调节励磁电流能否改变电机的运行状态？4） 是否可以在1200r/min时两台电机都从电网吸取功率或向电网送出功率？ 答：（1） ） e 0ce n对于甲电机，当n=1200r/min时6e0195.95235v u甲电机是发电机对于乙电机，当n=1200r/min时e06186.75224v u乙电机是电动机（2） ）对发电机e0u可得 i ai a ra 50 a则 ei a11750 w甲发电机的机械损耗和铁耗p1甲p甲 em对电动机iaue60 ara乙电动机的机械损耗和铁耗：p乙 emp1甲p0p乙 emp甲em1690 w（3） ）调节励磁电流可以改变两机运行状态。（4） ）可以两机都做电动机从电网吸收功率。但不可以两机都做发电机送出功率，因为不符合能量守恒定律。2-32 一台变励直流电动机，pn=5.5kw ， un=100v ，in=58a ， nn=1470r/min ， rf=138，ra=0.15。在额定负载时突然在电枢回路中串0.5电阻，若不计电枢回路中的电感和略去电枢反应去磁的影响，试计算此瞬间的下列各项：1） 电枢反应电动势；2 ）电枢电流；3 ）电磁转矩；4）若总制动转矩不变，试求达到稳定状态后的转速。答：（1） ） eu ni a ra100581001380.1591.4 v由于串入瞬间电机转速不变，故由ecen 知 e 不变。ia故电枢反应电动势为91.4v 。i（2） ）当串入后eu narar ，所以13.2 a（3） ） temctnaeictacen n7.8 nmi（4） ）若总制动转矩不变，则 tem0ctn i aectce n ni a ，知i a 不变n则平衡后 e ui arar62.8 aen cen1010 r/min2-35一台并励直流电动机，pn=7.2kw ，un=110v ，nn=900r/min ，n =85% ，ra=0.08， ifn=2a 。若总制动转矩不变，在电枢回路中串入一电阻，使转速降低到450r/min ，试求串入电阻的数值、输出功率和效率。答：转矩不变，则i ai ani ni fpnifn u n75 a电枢电势 eu ni an ra110750 .08104 v速度降到450r/min后， enece nnnn52 v。ru nejrai an1105275n0.080.69输出功率 p2t2t22600.5p3.6 kwp2效率pn /n3.67.2 / 0.8542.5%2-41 换向极的作用是什么？它装在哪里？它的绕组应如何励磁？如果不慎将已调节好换向极的直流电机的换向极绕组极性接反，那么运行时会出现什么现象？答：换向极作用是改善换向，在换向区域建立一个适当的外磁场，称为换向磁场。 装在几何中性线上。换向极的励磁应使得换向极的磁动势抵消交轴电枢反应， 并克服换向极磁路中的磁压降。如果不慎将换向极接反，则不但没有抵消，反而加强了磁场， 因此可能出现电刷下的火花。2-42 一台直流电机，轻载运行时换向良好。 当带上额定负载时， 后刷边出现火花。那么应如何调节换向极下的气隙或换向极绕组的匝数，才能改善换向？答：由于出现的是后刷边的火花，所以可以判断是延迟换向，erek 而 ekbk （换向极磁场） ，为使 erek ，应增加换向极绕组的匝数，减小换向极下气隙。3-3变压器铭牌数据为：sn=100kva ， u1n/u2n=6300/400v ， y/y 0 连接，低压绕组每相匝数为 40 匝。1） 求高压绕组每相匝数；2） 如高压边额定电压由6300v 改为 10000v ，而欲保持主磁通及抵押绕组额定电压不变， 则新的高、低压绕组每相匝数又应是多少？答：（1） ）由u 1nu 2 nn 1，n1 =630n 2（2） ）对于高压边，由于主磁通保持不变，e1n 1en11630010000630e 1e11000en11en又22n 401000n 21000040023-6两台单相变压器，u1n/u2n=220/110v ，原方的匝数相等，但空载电流i 012 i 02 。今将两变压器的原线圈顺极性串联起来，原方加 440v 电压， 试问两台变压器副方的空载电压是否相等？答：验的结果如下：试验名称电压（ v）电流（ a）功率（w）电源加在空载630010.15000低压方短路试计算：321015.1514000高压方由题，两台变压器u 1n 相等、 i 012 i 02 ，可知 z m10.5z m2则当两变压器原线圈串联时，u 11440zm1z m1z m2440v3u 21zm 2440z m1z m2880v3又由 ku 1nu 2 n2得u 12u 11k220v3u 22u 21k440v3可见两变压器副边电压不相等。3-7一台单相变压器，sn=1000 千伏安， u1n/u2n=60/6.3千伏， fn=50 赫。空载及短路试1）折算到高压方的参数（实际值及标幺值） ，假定 r1r2rk2 ， x1x 2xk2 ；2） 画出折算到高压方的t 形等效电路；3） 计算短路电压的百分值及其二分量；4） 满载及cos20.8 （滞后）时的电压变化率u %及效率；5） 最大效率max 。答：（1） ）根据空载试验，有zu 0z2 m0i 0630010.1623.76rrp022 m0i 049.01z2x 2m2mr2 m602621.83由 k6.3kz2zm2m9.52 得折算到高压方时56.58 km2mrk 2 r4.45 kkx2x m2 m56.40 k根据短路试验zu k3210k211.88i1nrpk15.151400061.00k2i 1n15.15 2zr2xkk2202.91由题，有 r1krkr2230.50xx12x k101.462下面计算标幺值i 1 nsn u 1n16.67 ai 2nsn u 2 n158.73 ar*rm i 1n mu 1n4.4516.67601.24x*x m i 1 n m56.4016.6715.67u 1n60rr*r1 i 1n12u 1nxx*x 1128.47i1 n10 32.8510 2u 1n（2） ）画出等效t 形电路：30.50j101.4630.50j101.464.45ku1z lj56.40k*x（3） ） ukrr1r21.694%x*ukx1*5.70%2得 uk22uukrkx5.95%（4） ）iu* 2rk2* cosxxxk2*2* sin100%rr*12cos21*sin2 100%1.694%4.78%0.85.70%0.6u 2 n由uu 2100% 得 u 26.00 kvu 2 n则 p2u 2 i 2 ncos2snu2u 2 ncos2762 kwi2由题 pp5 kw ， p1n pk16.94 kwfe0cu2ikp2得p2pcupfe100%97.20%（5） ）最大效率时pfepcu5000 ，*1 p00.543则p2p2pcupfe100%i298.19%i 1npk3-9变压器负载运行时引起副边端电压变化的原因是什么？副边电压变化率的大小与这些因素有何关系？当副边带什么性质负载时有可能使电压变化率为零？答：irx*由于绕组存在漏阻抗，负载电流流过阻抗时，就会有电压降，从而引起副边端电压变化。副边电压变化率大小与这些因素的关系可表示为u2kcos2* sin2 。当负载为k容性时，20 ，可能使电压变化率为零。3-10一台单相交压器sn=2 千伏安，u 1n/u2n=1100/110伏，r1=4 欧，x 115 欧，r 2=0.04欧， x 20.15 欧，负载阻抗z l10j5 欧时，求：1） 原边电流i1、副边电流i2、副边电压u2；2） 原边输入的有功功率；r23） 变压器的效率。答：2（1） ） rkr12r1k 2 r8x kx 121230xzxkxllk 2 z1000j 5000则 i1u 1n0.966 arkjx kz l22iki ki 19.66 au 2i 2 zl9.6610252108.0 v（2） ） p12irr1kl940.6 w（3） ） pi 2 r933.2 w22l得p2100% p199.21%3-11一台三相变压器y/y-12接法， sn=200kva ，u 1n/u2n=1000/400v。原边接额定电压， 副边接三相对称负载，负载为 y 接， 每相阻抗为zl=0.96+j0.48。变压器每相短路阻抗为zk=0.15+j0.35(高压侧 )。求该变压器负载运行时的：1） 原、副边电流；2） 副边端电压；3） 输入的视在功率、有功功率及无功功率；4） 输出的视在功率、有功功率及无功功率。答：（1 ）由已知， k=2.5 将 zl 折算到高压侧，得zllk 2 z(6j 3)令u 1np 的相位为0u 1np1000z故 i1zkl3 6.15j 3.3582.4428.58i 2ki 1206.128.58（2 ）由已知，u 2pi 2 z l221.212.01u 23u 2p383.1527.99（3） ） si3u 1np i 1142.790 kvapisicosi125.391 kwqisisini68.309 kvar（4） ） so3u 2 p i 2136.774 kvaposocoso122.329 kwqososino61.178 kvar3-14画出如图所示各种联接法的向量图，根据向量图标出联接组号。答：（ 1 ）e abbeaba acc联接组号为y/ -1（2 ）b联接组号为 /-8（3 ）bce abbeabaac联接组号为y/y-83-16 一台 y/ 联接的三相变压器，原方（高压方）加对称正弦额定电压，做空载运行，试分析：1） 原方电流、副方相电流和线电流中有无三次谐波成分？2） 主磁通及原、副方相电势中有无三次谐波成分？原方相电压及副方相电压和线电压中有无三次谐波成分？答：（1 ）原边三次谐波电流不能流通。副边相电流中存在三次谐波电流，线电流中没有三次谐波电流。（2 ）主磁路中有三次谐波分量，但是很小，原、副边相电势中有三次谐波分量，但数值很小。原边相电压有三次谐波成分，副边相电压没有三次谐波成分。副边线电压没有三次谐波成分。3-17 一台单相变压器，额定电压为380/220v 。现将 xx 连在一起，在a-x 端 加 190v 电压，如用电压表测a-a 两端，试问：1） a 、a 为同极性端时，电压应为多少？2） a 、a 为异极性端时，电压应为多少？ 答：（1 ）由u u axax190 v ， k=380/220得：110 v ，a、a 同性，所以u aau axu ax80 v（2 ） u ax110 v， a、 a 异性u aau axu ax300 v3-18 为了检查变压器的联接组号，在变压器接线后，将高、低压线圈的a、a 点相连接， 和上电源，用电压表测量ucb 和 uac，试证明：1） y/y-12 ： u cbu acu ab1kk 2 ；2） y/y-6 ： u cbu acu ab1kk 2 ；2u ab2） y/y-11 ： u cbu ab1k。（ k）u ab答：（1 ）设 uab1u acu bc ， u abku acu bc ，adk 2， cdadack1 ， bd 23 k ，2bcbd2cd 2k 2k1 ， ubck 2k1uab由对称性得ucbubck 2k1uab（2 ）becfa adcbcdk 21 ， bd3 k ， bc2bd 2cd 2k 2k1 ，所以 ucbubck 2k1uab（3 ）ce1 ， ae 23 ， bek23 ， bc2be 2ec 2k 23k12ubck3k1 uabcb ucbba2k 2ac 21 uabk 214-7如果一台交流发电机线圈电动势的三次谐波已由短距消除，其5 次和 7 次谐波的短距系数为多少？答：12为消除 3 次谐波，线圈的节距为y1133所以 5 次谐波的短距系数为ky 5sin5y120.8667 次谐波的短距系数为k y7sin7 y120.8664-8 为什么说交流绕组所产生的磁动势既是空间函数，又是时间函数。 试用单相绕组的磁动势来说明。答：同步电机的定子绕组和异步电机的定、 转子绕组均为交流绕组， 而它们的电流则是随时间变化的交流电。 因此， 交流绕组的磁动势及气隙磁通是时间的函数。 同时空间上随着电角度按余弦规律分布，即也是空间位置的函数。4-9 三相绕组合成旋转磁动势基波的幅值、 转向和转速各决定于多少？为什么？它的波幅的瞬间位置与某相电流的相位有何关系？答：由 f130.92nk w1 i 知p幅值4-12设有两相绕组， a 相轴线在b 相的逆转向90 电角度，a 、b 相电流为 i ai m cost 、i ai m sint ，试分析所产生的基波合成磁动势，并由此论证一个旋转磁动势可以用两个脉震磁动势来代替。5-1 有一台50 赫的异步电机，额定转速nn730 转/分，空载转差率为0.00267 ，试求该电机的极数、同步转速、空载转速及额定负载时的转差率。答：p60 f 160 f14.1 所以 p4 ，极数为8n1同步转速 n1n n60 f 1p750 r/min空载转速 n 0n1n1s0748 r/min额定负载转差率snn1n nn10.02675-2 当异步电动机运行时，定子电流的频率是多少?定子电势的频率是多少？转子电势的频率是多少？转子电流的频率是多少？由定子电流所产生的旋转磁势基波将以什么速度切割定子？以什么速度切割转子？由转子电流所产生的旋转磁势基波将以什么速度切割转子？以什么速度切割定子? 转子磁势基波切割定子的速度会不会因转子转速的变化而变化？答：（1） ）定子电流的频率为额定频率f 1（2） ）定子电势频率与电流频率相同为f1（3） ）转子电流频率为f 2sf1 ，其中 sn1n n1（4） ）转子电势频率与电流频率相同， 为f 2sf1（5） ）由定子电流所产生的旋转磁势以60 f1n1切割定子，以n260 f 2n1n 切割转pp子（6） ）由转子电