电机学第三版课后习题答案解析

1、电机学第三版课后习题答案 变压器 1-1从物理意义上说明变压器为什么能变压，而不能变频率？ 答：变压器原副绕组套在同一个铁芯上, 原边接上电源后，流过激磁电流I， 产生励磁磁0动势F， 在铁芯中产生交变主磁通, 其频率与电源电压的频率相同， 根据电磁感应定00?d0Ne?,且有 和e, 律，原副边因交链该磁通而分别产生同频率的感应电动势 e 12 11dt?d0N?e, 显然，由于原副边匝数不等, 即NN，原副边的感应电动势也就不等, 21 22dt即ee, 而绕组的电压近似等于绕组电动势,即UE, UE,故原副边电压不等,即221112UU, 但频率相等。 211-2 变压器一次线圈若接在直

2、流电源上，二次线圈会有稳定直流电压吗？ 答：不会。因为接直流电源，稳定的直流电流在铁心中产生恒定不变的磁通，其变化率为零，不会在绕组中产生感应电动势。 1-3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。 N，能否一次线圈用变比2匝，220/1101-4一台伏的变压器，12?k N2匝，为什么1二次线圈用

3、 ？U?E?4.44fN?B过将剧增，磁密可知，由于匝数太少，主磁通答：不能。由m1m11mIN?R?R根据磁路欧姆定律大,磁路过于饱和，磁导率降低，磁阻增大。于是， mm01m23.1BIfBp?导致过大产生该磁通的激磁电流, 必将大增。再由, 可知，磁密可知m0mFe2prI 大增，铁耗 也显著增大，变压器发热严重，可能损坏变压器。铜损耗Fe10）（Y/Y1-5有一台S-100/三相电力变压器，Y，yn，kV43./0.U/U?60N2N1 接线，铭牌数据如下： %=% P=2250WI%=7% P=600W ukN0k0。画出以高压侧为基准的近似等效电路，用标么值计算其参试求：1。当变压

4、器原边接额定电压，副边接三相对称负2数，并标于图中；载运行，每相负载阻抗，计算变压器一、二次侧电 *Z438j0.?0.875?L流、二次端电压及输入的有功功率及此时变压器的铁损耗及激磁功 率。54.*045?z?U?0. 、解：1 kk100P*kN0225?rP?0. kNkSN*2*2?0r?.039Z?x kkk11*?14.Z?28 m7*I0 100P0.60*PS1000*N0?1.225r? m72*2(7/)100)I(2)(0100*2*2x?Z?r?14.24mmm 1-6 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

5、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。 1-7为什么说变压器的激磁电流中需要有一个三次谐波分量，如果激对线圈中感应电动机势波形有何磁电流中的三次谐波分量不能流通， 影响？因此激磁电流需要有三因为磁路具有饱和特性，只有尖顶波电流才能产生正弦波磁通，答： 次谐波分量（只有这样，电流才

6、是尖顶波）。其中含有较大的三次谐波分量，该三如果没有三次谐波电流分量，主磁通将是平顶波,三次谐波电动势与基波电动势叠加使相电动势次谐波磁通将在绕组中产生三次谐波电动势， 呈尖顶波形，绕组承受过电压，从而危及绕组的绝缘。，器Y/）接线的三相变压伏18 有一台60000千伏安，220/11千，Y，d（*072.?0.008,x?0r ，求：kk （1） 高压侧稳态短路电流值及为额定电流的倍数； （2） 在最不得的情况发生突然短路，最大的短路电流是多少？3S1060000?NA46?157I?. 一次侧额定电流 解： N1310220?3U3?N12222*072440?0.008z?.?r?x0.

7、072 短路阻抗标么值KKK 短路电流标么值和短路电流有名值UNzzI11*NKK813?.?I? K*072440I.zIzKNNK*A95.46?2172.II?I?13.8?157 NKK18.7?1K?1 6000KV属大容量变压器 y1*?Ki?KI最大短路电流： yymaxKK*zK*i?2iI?2KII1NNyKmaxKmax1K ?2?(1.7?1.8)?13.8?157.46?5224.12?5531.42A1-9 工频三相变压器，额定容量320kVA，额定电压6300/400V，Yd形连接，试验数据如下表。 试验类型 线电压V 线电流A 总功率W 备注 高压侧测量5700

8、284 短路 低压侧测量 空载1450 400 （1） 作出变压器的近似等效电路，各参数用标幺值表示； （2） 一次侧施加额定电压，次级侧接负载，负载电流为倍额定电流， 功率因数滞后，计算电压变化率；解：（1）变压器的近似等效电路如下图所示： .rxIk*k*1* .rI.m*2*.I.0*EUU1*1*2*xm* U284/3k?z?5.5963(?) 短路阻抗 kI29.3kp5700/3k?2.2132(?)r? 短路电阻 k2229.3Ik 22x?)?z?r?5.1401( 短路电抗 kkkU4000?8.3374(?)z 激磁阻抗 0I27.7/30p1450/30?1.8898(

9、?)r? 激磁电阻 022I3)/(27.70 22x?r8.1204(?)?z 激磁电抗 mmmU?6300(V)，则高压侧阻抗基值为 高压侧的基值选择b122U6300b1z?124.0313 b1S320000NU?400(V)，则低压侧阻抗基值为 低压侧的基值选择b222U400b2z?3?3?1.5 b2S320000N相应的标幺值为： z5.5963k?0.0451?z 短路阻抗标幺值 *kz124.0313b1r2.2132k?0.0178r? 短路电阻标幺值 *kz124.0313b1 22x?r?0.0414z? 短路电抗标幺值*kk*kz8.33740?16.6748z?

10、激磁阻抗标幺值 *mz0.5b2r1.88980?3.7796r? 激磁电阻标幺值 *m0.5zb2 22xz?r?16.2408? 激磁电抗标幺值*mm*m*?001?U? ）（21*?00?36.87?0.8?cos36.87?I?0.8 ，则，2*?03.89?I(r?jx)?0.8682U?U? 2*1*k2*k*?Vxsin3.12)?100%U?(rcos?电压变化率 *kk异步电机 2-1 何谓异步电动机的转差率？在什么情况下转差率为正，什么情况为负，什么情况下转差率小于1或大于1？如何根据转差率的不同来区别各种不同运行状态？ 答：异步电机转差率s 是指旋转磁场转速n与转子转速

11、n之间的转速差（n-n）与旋转磁11n?n1?s 。的比率，即场转速n 1 n1当n0），n n时转差率为负（sn0时，转差率sn时，转差率s1; 1当+s1 时为电磁制动运行状态，当1s0时为电动机运行状态，当0s-时为发电机运行状态。 2-2 一台三相感应电动机：f1 =50Hz，p=2。在转差率为时，求：(1)定子旋转磁场的转速n1；(2)定子旋转磁场相对转子的转速；(3)转子旋转磁场相对转子的转速；(4)转子旋转磁场相对定子的转速。 60f60*50 定子磁场转速：解：(1). 1min/?1500r?n? 1p2(2). 转子转速：n?(1?s)n?(1?0.02)*1500?147

12、0r/min 1定子磁场相对转子的转速： inmr/1500.02*?300?n?nsn?11(3). 转子磁场相对转子的转速：sn?30r/min 160f60*50 (4) 转子磁场相对定子的转速：1min?n/1500?r 12p ?8?80cos.?0.，伏，接线，380/220，2-3 一台三相异步电动机，P=千瓦，Y/NNN1450n? 转/分，试求：N 接成Y形或形时的定子额定电流；1n 及定子磁极对数P；2 同步转速1s ； 带额定负载时转差率3N =380V接时： U解： (1)YN3P10.5?4NA10.68?I? N?808?.3?380?0.U3cosNNN 接时：

13、U=220V N3P10?.54N?18.45AI? N?8?0.3cos3U?220?0.8NNN60f?nn (2) 1Np60f60?50?2.07p? 磁极对数 取p=2 1450nN60f60?50?1500r/min?n 同步转速 1p2n?n1500?1450N1?s?0.0333 (3) 额定转差率 n150012-4一台三相四极异步电动机，150kW，50Hz，380V，Y接法，额定负载时p=，cu2p=，附加损耗pad=。试求 mec1. 额定运行时的转速、转差率； 2. 额定运行时的电磁功率和电磁转矩； 3. 如额定运行时，保持负载转矩不变，在转子绕组中串入电阻使电机的转

14、速降低10，问串入的电阻阻值是原转子电阻的多少倍？调速后的转子铜耗是多少？ 60f?1500(r?n/min) 1（解：）额定运行时的转速为 NpP?P?P?P?153.7(kW) adiNmecP1?si?s?0.0145 由可解得 sPcu2P?P?P?P?P?155.9(kW) 2）电磁功率为（2adNmmeccuPPgmmM)0.1055(N?T? 电磁转矩为 m?n(1?s)Nn?n(1?s)(1?0.1)?1330(r/min) （3）串入电阻后的转速为N1500?1330?0.1133s? 此时的转差率为 1500T保持不变，转子电流不变，电磁转矩也不变，接入电阻后，转子铜耗为

15、由于P?sP?17.6635(kW) Mcu2P?Pcu2cu2 7.0289?则串入的电阻值为原电阻值的倍数为 Pcu22-5 当异步电动机运行时，定子电动势的频率是f转子电动势的频率为f由定子电流 ，2，1的产生的旋转磁动势以什么速度截切定子，又以什么速度截切转子？由转子电流的产生的旋转磁动势以什么速度截切转子，又以什么速度截切定子？，它与定子旋转磁动势的相对速度是多少？ 答： 由定子电流产生的定子旋转磁动势以n的速度截切定子，又以n-n的速度截切转子。 11n?snn?n?n 由转子电流产生的转子旋转磁动势以的速度截切转子，又以的速度1122(n?n)?n?0 。 截切定子，它与定子旋转

16、磁动势的相对速度为12 2-6一台4极异步电动机，额定功率P=5。5千瓦， f=50Hz，在某运行情况下，自定子方1N面输入的功率为千瓦，p=341瓦，p=瓦，p=瓦，p=45瓦，p=29瓦，试绘出该电机的adFecu1meccu2功率流程图，标明电磁功率、总机械功率和输出功率的大小，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： P?P?(p?p?p?p?p)12Fecu1mec2adcu kW55.0.341)?23750.045?0.?0.1675?029?6.32(0.?P5.5N?100%?100%?87.03%? 效率： P6.321电磁

17、功率： P?P?p?p?p?5.5?0.029?0.045?0.2375?5.8115kW 2cumecad2emp0.23752cu?0.s?041 转差率： P5.8115em60f60?501?(1?0.041)?1438s?(1?s)n?(1?).5r/minn 转速： 1p2p?p?p?0.045?0.029?0.074kW 空载损耗：admec0p0.0740?95509550?0.49NmT? 空载转矩： 0n1438.5P5.52?9550?36.51NmT?9550输出转矩： 25n1438.P8115.5emT?37Nm9550?9550?电磁转矩： em1500n1T?T

18、?T?36.51?0.49?37Nm 或0em22-7 正序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子，负序电流产生的旋转磁场以什么速度截切转子？当三相异步电动机在不对称电压运行时，转子电流会有哪几种频率？ 答：正序分量电流产生的旋转磁场以n-n的速度截切转子，负序分量电流产生的旋转磁场1以n+n速度截切转子。 1n n 三相异步电动机在不对称运行时，电机内部 11 只有正序和负序分量电流，它们分别产生正序和负 n 序旋转磁动势，前者在转子绕组感应电动势和电流，)n(n?p1sf? 其频率为，后者在转子绕组感应电动 160)?nnp(1fs)?(2?势和电流，其频率为：. 160 同步电机试述三相同

19、步发电机准同期并列的条件？为什么要满足这些条件？怎样检验是否满3-1 足？ 大小相等；与电网电压U条件是： （1）待并发电机的电压U答：cg 2）待并发电机的电压相位与电网电压相位相同； （ 相等；与电网频率ff （3）待并发电机的频率cg (4) 待并发电机电压相序与电网电压相序一致； 若不满足这些条件：0（即无901条件（）不满足，发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压 功性质）的巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形； ）不满足发电机在并列瞬间会产生有害的滞后（或超前）发电机电压一相位角的2条件（冲击电流的有功分量还会在发巨大瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变

20、形，同时， 电机的转轴上产生冲击机械扭转矩，使机轴扭曲变形，大的冲击电流还会使电枢绕组过热；）不满足，发电机在并列时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，条件（3 使电机振动，同时冲击电流会使电枢绕组端部受冲击力而变形，还会使电枢绕组发热；.。U和U0，恒差不满足的发电机绝对不允许并列，条件（4）因为此时发电机电压120cgU3 恒等于U，它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，也可能使发电机不能牵入同步。g并简述请分别比较以下各组电抗的大小，3-2 凸极同步电机分析中运用到多种电抗的参数， 原因。 1）不饱和同步电抗与饱和同步电抗；（ 2）交轴同步电抗与直轴同步电抗；（ 3）漏抗与保梯电

21、抗。（：磁路不饱和，则磁导大，则不饱)(）不饱和同步电抗 饱和同步电抗。原因要点答：（1 )和同步电抗大；(可以从多个角度分析，则直)：直轴气隙小，则磁阻小(磁导大（2）交轴同步电抗 直轴同步电抗。原因(要点 轴同步电抗大；：实际零功率因数曲线和理论零功率因数曲线相比，前)保梯电抗。原因(要点（3）漏抗 X 段要更长一些。故P ?8?0cos.接线，（滞后），Y3-3 有一台三相汽轮发电机，P=25000千瓦，U=千伏，NNN?.*U与E0r?x?2.13,E之间的 。试求额定负载下发电机的空载相电动势、同步电抗0ta0?.?IE与 夹角之间的夹角及。00?87?arccos0.8?.36 解

22、：外功率因数角.*00?U?1 以电压相量为基准，即 空载电动势和功角.。.*0008844?2.13?2.?36.?1xUE?jI?0?j1?36.87 NNtO0?836.? *kV2517/3?.5843EE?U/?2.?10.00N000?78736836?.?.?73. 内功率因数角 交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，3-4 何影响？电枢电枢绕组电流产生的磁场对气隙磁场的影响称为电枢反应。：同步电机有负载后，答的夹角即内功率因数角所决定。直轴电枢反应是增I反应的性质由空载电势E0和电枢电流使主磁磁或去磁作用，交轴电枢反应使得合成磁场与主磁极磁

23、场在空间形成一定的相位差， 场扭歪，同时交轴磁势与合成磁场之间的相互作用形成了电磁转矩。 ，该机并联于大电网。试求：（滞后），同步电抗X*=.3-5一台汽轮发电机，额定功率因数为s ；）额定运行时的功角（1 ）如果保持激磁不变，输出有功功率减半，求此时的电枢电流及功率因数。（2&U?V?1?10?V,则I36.87解：设 *NN&E?(V)0.64j1?36.87?*0.8?1.48?j?1.61?U?23.4?jI?x?10?）1 （*sN*0*N?23.4? UE1.610.8*0*?即sin?sin?P? 2）（*0.82x*s?11.46? 则&E?1.6111.46?即 0&jI28

24、.9?1?0.58?j0.32?0.662x?E?U?1.61?11.46?则 *N*0*s&E?U?28.90.662&*N0*?I?0.828?61.1 *0.8jjx*s&I?0.828 则 *0.483?cos?61.1?cos? 直流电机电枢电流与激负载电流、4-1 直流电机有哪些激磁方式？各有何特点？不同的激磁方式下， 磁电流有何关系I 他励答 f 并 U 串自 I 复a Uf 并励 +II=I fa I=U/R ff他励 I=I I=U/R faff I I=I If Iaf Ia U U 复励 +II=I 串励fa =II=Ifa 试述并激直流发电机的自激过程和自激条件？4-2

25、 电枢绕组切割主磁极下气隙中的剩磁磁场而感应一数值当电机起动旋转时，答：有剩磁。因此就有一不大的励磁电流流过励磁绕由于励磁绕组与电枢绕组并联，很小的剩磁电动势，组，产生一个不大的磁场，它也作用在气隙中。若它对原剩磁磁场起助磁作用，气隙磁场得其建立则励磁电流就进一步增大，以加强，致使电枢绕组感应电动势比原剩磁电动势增大，周而复始， 电枢电动势进一步提升,的磁场更进一步增强(即助磁作用进一步增强)，为使建立因而要求电枢转向及励磁绕组接线正确。经几个循环, 电枢绕组便建立起电压，主磁场, ,励磁电流即使再增大一个定值电压，还需主磁场具有饱和特性, 因磁路饱和后这个稳定值的大小还取决于发电所以电枢电动

26、势就稳定在某一定值。因饱和而增加不大了, 还要求：励磁回路电阻小于其临界, 为保证要建立某一定值电压机励磁回路电阻的大小 值。Hz此时电动机能否产生转向50交流电源上，4-3若将串励直流电动机接到额定电压不变的 恒定的电磁转矩？简述原因。 答能产生转向恒定的电磁转矩。?I?IIC?T与I方向始终保持同步，串励电机中，通入交流电时，faaTema 所以可产生转向恒定的电磁转矩。 4-4 一台并励直流电动机，?1140.9AR?220V,n3000r/min,I88,?P17kWU，电枢回路总电阻aNNNN?.5R?181 励磁回路电阻，忽略电枢反应的影响，求：f 1）电动机的额定输出转矩？（ 2

27、）额定负载时的电磁转矩；（ ）额定负载时的效率；（30?I ）在理想空载时（4）的转速；a R=时，在额定转矩下的转速。5（）当电枢回路中串入一电阻P17N?9550?549550?T.1Nm 解：额定输出转矩 Nn3000N 额定负载时电磁转矩： U220NAI?.?211 励磁电流 f5181R.f?I?88.9?1.21?I?I87.7A 电枢电流 fNaU?IR220?87.7?0.114aaN?0.07C Nen3000NT?C?I?9.55C?I?9.55?0.07?87.7?58.63Nm aaemNNNTePP17000NN?0.?869 额定负载时效率 PUI220?88.9NN1U220N?3143r/minn? 0C?0.07NeT?.15R?0时转速：当电枢回路串入，在 NU?I(R?R)220?87.7(0.114?0.15)aNa?2812r/n?min C?0.07Ne P?