2009电机学变压器直流电机题解

1、电机学题解填空题（20分，每小题2分）变压器铁心在叠装时由于装配工艺不良，铁心间隙较大，主磁通将，励磁电流将。1. 一台单相变压器进行空载试验，在高压侧加额定电压测得的损耗和在低压侧加额定电压测得的损耗。2. 三相变压器组不宜采用Y联接组，主要是为了避免。3. 不考虑铁心损耗时，当变压器的磁通随时间正弦变化时，磁路饱和的非线性性质将导致激磁电流成为与磁通同相位的波。4. 变压器的绕组归算，实质上是在保持为不变量的条件下，对绕组的电压、电流所进行的一种线性变换。5. 直流电机的主磁路包括以下几段：电枢齿两个、电枢轭一段、主极铁心两个、定子轭一段以及。7直流电机单叠绕组的并联支路对数为，单波绕组的

2、并联支路对数。8直流电机的交轴电枢反应结果是：引起气隙磁场畸变；使物理中性线偏离几何中性线一个角度；计及饱和时，对主磁场有。9. 一台并励直流电动机拖动恒定的负载转矩，做额定运行时，如果将电源电压降低了20%,则稳定后电机的电枢电流为倍的额定电枢电流（假设磁路不饱和）。10. 一台串励直流电动机与一台并励直流电动机，都在满载下运行，它们的额定功率和额定电流都相等，若它们的负载转矩同样增加1N.m，则可知：电动机转速下降得多，而电动机的电流增加得多。1. 不变，增加；2相等；3电压波形畸变；4尖顶波；5次或二次侧磁动势；6两段气隙；7.2p,2；8去磁作用；倍；10.串励，并励。二问答题（40分

3、）1一台变压器=50Hz,UN=220v，当它接到频率为f=25Hz，电压为U-110v的电源上运行时，问：励磁电流，铁耗，一、二次侧漏抗，负载能力如何变化？为什么？（8分）答：由式U!:E!=4.44fN仁:窃可知，前后两种情况主磁通相同。从磁路欧姆定律知，励213磁电流不变。主磁通未变，磁密不变，频率减小，则铁耗减小（pFe戈Bmf.）。一、二次侧的漏电抗随频率的减小成正比减小。另外，二次侧感应电动势比原来减少一倍，故负载能力减小一倍。2. 变压器在额定电压和额定频率的电源下空载运行时，当频率保持不变，电源电压增加到1.1Un，励磁电抗和铁耗如何变化，为什么？若变压器二次侧短路，励磁电抗和

4、铁耗如何变化，为什么？（8分）.答：（1）此时主磁通增大，主磁路饱和程度增加，铁心磁导率减小，磁阻增大，由磁路欧姆定律知，励磁电流大大增加，反映在等效电路中就是励磁电抗减小。（2）二次侧短路，二次侧电流大大增加，由磁动势平衡知一次侧电流也大大增加，再从一次侧电压平衡方程式知，电压U1不变，漏阻抗压降大大增加，则电动势E1减小很多，主磁通随之减小，可知励磁电抗有所增加。计算题（30分）已知一台两极直流电机，主磁极不加励磁电流，只在电刷通以直流电流且电枢以一定的转速旋转，问电枢导体是否感应电动势、电刷两端的感应电动势为多少？为什么？（8分）答：此时气隙磁密友电枢磁动势单独产生，而正、负电刷间导体电

5、流的大小和方向不变，故气隙磁密相对于定子时静止的，旋转的电枢导体切割此气隙磁密而感应电动势。电刷两端的感应电动势为零，因正、负电刷间（支路间）导体感应电动势彼此抵消了。从辜承林教材图2.35可清楚的知道这一点。3. 一台直流发电机，定子为6极，电枢绕组为单叠型式。正常运行时有三对电刷，如保持额定运行时转速及励磁电流不变，因故去掉一对电刷，忽略电枢反应的影响，试分析电机可能发出的最大功率。（8分）答：单叠绕组的并联支路数为2p，故原来有6条并联支路数，去掉相邻一对电刷后，支路数变为4条，其中三条是原来的，另一条由原来的三条支路串联而成。正常运行时，la=2aia=6ia；155现在，la=3ia

6、丄iala，UaIa。Pmax=UaI；P，此为电机可能发出的最大399功率。4. 一台他励直流电动机拖动一台他励直流发电机在额定转速下运行，当发电机的电枢电流增加时，电动机电枢电流有何变化？机组转速有何变化？分析其原因。设电动机和发电机的励磁电流均保持不变。（8分）答：直流电动机的电枢电流也增加。因为直流发电机电流增加时，输出功率、电磁功率增加，电磁转矩增大（磁通不变），根据能量守恒原理，发电机必须增大输入转矩即电动机应增加输出转矩，那么，电动机的电磁转矩增大，因此电枢电流也增大。电动机电枢电压为固定值，根据电压平衡方程知，机组转速略有下降。三变压器负载运行原理示意图如图题三所示，当图中二次

7、侧的电磁量正方向全部与图中相反时，列出变压器的六个基本方程式并画出相应的相量图（10分）图题三变压器负载运行原理图解：此时变压器的基本方程式为:6八巳IjxQU2=E2-I2（2jX2；J巳E2Il-|2mEi=Tm（mjXm）U2二I2ZL四计算题（30分）1.（12分）一台单相变压器50kVA、7200/480V、60Hz。其空载和短路实验数据如下:-Pfx空载短路电压（V）电流（A）功率（W）4805.22451577615实验名称电源加在低压边高压边试求：（1）短路参数及其标么值;(2)空载和满载时的铜耗和铁耗;效率。解:(1)(3)额定负载电流、功率因数短路参数其阻抗基值所以I1NS

8、nXk=6.944A；Uk157Ik7Pk61521k7Zk=12.55门&=cos2二0.9滞后时的电压变化率、副边电压及I2-Sn=104.1A7U2N22.42.1=Z-R=22.422-12.5518.581U1NZ1N=7200=1036.87011n6.944Zf=互=0.0216Z1NZ1N12.550.0121；Xk1036.87XkZ1N卫0.01791036.87（2）空载时铁耗pFe:P=245W;铜耗Pcu0满载铜耗PkN=(如)2Pk=(644)2615=605.2WIk7PFe=245W（3）额定负载电流时12=12n=104.167A根据电压变化率近似公式LU-(

9、Rkcos2Xksin2)100%得.：u=1（0.01210.90.0179.1-0.81）100%=1.87%此时副方电压U2=U2N（1-1.87%）=471.02V所以P2=U2|2nCos2=471104.1670.9=44158.64wR=F2P。Rn=44158.64245605.2=45008.64Wp2=R1100%=98.11%P12.一台直流电机，2p=4，电枢总导体数N=120,每元件电阻为0.2门，当转速n=1000r/min时，每元件的平均电动势为10V。问当电枢绕组分别为单叠和单波时，正负电刷端的电压U和电枢绕组电阻Ra各是多少？（8分）解：电枢绕组为单叠绕组时，

10、2a=2p=4，每条支路串联的元件数为120/4=30。因此端电压U和电枢绕组电阻Ra分别为-1030V=300VRaRa0.23冬-1.514电枢绕组为单波绕组时，2a=2，每条支路串联的元件数为120/2=60，故有U=1060V=600/Ra二0260门=623.一台并励直流电动机，Pn-4.4kw,Un220v,n-80%,n”-1500r/min,励磁绕组电阻rf=440门，电枢电阻Ra=0.81（包括电刷接触电阻）。为了改善换向,4%。现将此电动机作发电机运4%。现将此电动机作发电机运移动了电刷，使得在额定电枢电流下转速偏高了额定值的行，转向不变，若输出电压为230v，电枢电流保持

11、为电动机运行时的额定值，并设铁耗、机械损耗和附加损耗不变，不计磁路饱和。求：作发电机运行时电机的转速和输入功率。(10分)解:PnRf440=0.5A；in=总=0v25A；Ia=In_IfN=25-0.5=24.5AEaN=Un-IaNRa220-24.50.8=200.4v；EaN2000.1336nN1500移刷后，转速n=nNnN4%=150015000.04=1560r/min移刷后，电枢电流保持为额定不变，不计饱和时有EaN_CN门“（电枢电流不变，则电动势不变）EaN二Ce“所以，Ce-Cen二15000.1336=0.12846n1560从以上分析可知，移刷后直轴电枢反应起去磁作用，所以Ce(N-ad)二Ce，Cead=CeN-Ce=0.00514，ad改作发电机运行时，若转向不变，则电枢电流必改变方向,为助磁作用。所以保持发电机运行的电枢电流为电动机运行时的IaN时，所求转速:UgNJRa2302450.1448（不考虑电枢反应，幷励电机有Um1mfCemNUm1m