张广溢 《电机学》习题解答.docx 63页

'张广溢《电机学》习题解答0.1电机和变压器的磁路常用什么材料制成，这类材料应具有哪些主要特性？答：电机和变压器的磁路常用导磁性能高的硅钢片叠压制成，磁路的其它部分常采用导磁性能较高的钢板和铸铁制成。这类材料应具有导磁性能高、磁导率大、铁耗低的特征。0.2在图0.3中，当给线圈外加正弦电压时，线圈和中各感应什么性质的电动势？电动势的大小与哪些因素有关？答：当给线圈外加正弦电压时，线圈中便有交变电流流过，产生相应的交变的磁动势，并建立起交变磁通，该磁通可分成同时交链线圈、的主磁通和只交链线圈的漏磁通。这样，由主磁通分别在线圈和中感应产生交变电动势。由漏磁通在线圈中产生交变的。电动势的大小分别和、的大小，电源的频率，交变磁通的大小有关。0-3感应电动势中的负号表示什么意思？答：是规定感应电动势的正方向与磁通的正方向符合右手螺旋关系时电磁感应定律的普遍表达式；当所有磁通与线圈全部匝数交链时，则电磁感应定律的数学描述可表示为；当磁路是线性的，且磁场是由电流产生时，有为常数，则可写成。0.4试比较磁路和电路的相似点和不同点。答：磁路和电路的相似只是形式上的，与电路相比较，磁路有以下特点：1）电路中可以有电动势无电流，磁路中有磁动势必然有磁通；2）电路中有电流就有功率损耗；而在恒定磁通下，磁路中无损耗3）由于G导约为G绝的1020倍，而仅为的倍，故可认为电流只在导体中流过，而磁路中除主磁通外还必须考虑漏磁通；4）电路中电阻率在一定温度下恒定不变，而由铁磁材料构成的磁路中，磁导率随变化，即磁阻随磁路饱和度增大而增大。0.5电机运行时，热量主要来源于哪些部分？为什么用温升而不直接用温度表示电机的发热程度？电机的温升与哪些因素有关？答：电机运行时，热量主要来源于各种损耗，如铁耗、铜耗、机械损耗和附加损耗等。当电机所用绝缘材料的等级确定后，电机的最高允许温度也就确定了，其温升限值则取决于冷却介质的温度，即环境温度。在电机的各种损耗和散热情况相同的条件下，环境温度不同，则电机所达到的实际温度不同，所以用温升而不直接用温度表示电机的发热程度。电机的温升主要决定于电机损耗的大小、散热情况及电机的工作方式。0.6电机的额定值和电机的定额指的是什么？答：电机的额定值是指电机在某种定额下运行时各物理量的规定值；而电机的定额是指制造厂按国家标准的要求对电机的全部电量和机械量的数值及运行的持续时间和顺序所作的规定。0-7在图0-2中，已知磁力线的直径为10cm，电流I1=10A，I2=5A，I3=3A，试求该磁力线上的平均磁场强度是多少？答：平均磁场强度63 0.8在图0.8所示的磁路中，线圈中通入直流电流，试问：（1）电流方向如图所示时，该磁路上的总磁动势为多少？（2）中电流反向，总磁动势又为多少？（3）若在图中处切开，形成一空气隙，总磁动势又为多少？（4）比较两种情况下铁心中的的相对大小，及中铁心和气隙中的相对大小？解：（1）（2）（3）不变（4）由于，而，所以，，。其中和分别图0.8表示两种情况下的各物理量。在（3）中，，由于，所以。0-9两根输电线在空间相距2m，当两输电线通入的电流均为100A时，求每根输电线单位长度上所受的电磁力为多少？并画出两线中电流同向及反向时两种情况下的受力方向。解：由，得每根输电线单位长度上所受的电磁力为当电流同向时，电磁力为吸力；当电流反向时，电磁力为斥力。如下图所示：0-10一个有铁心的线圈，线圈电阻为2Ω。将其接入110V交流电源，测得输入功率为22W，电流为1A，试求铁心中的铁耗及输入端的功率因数。解：63 1.1变压器是根据什么原理进行电压变换的？变压器的主要用途有哪些？答：变压器是一种静止的电器设备，它利用电磁感应原理，把一种电压等级的交流电能转换成频率相同的另一种电压等级的交流电能。变压器的主要用途有：变压器是电力系统中实现电能的经济传输、灵活分配和合理使用的重要设备,在国民经济其他部门也获得了广泛的应用，如：电力变压器（主要用在输配电系统中，又分为升压变压器、降压变压器、联络变压器和厂用变压器）、仪用互感器（电压互感器和电流互感器,在电力系统做测量用）、特种变压器（如调压用的调压变压器、试验用的试验变压器、炼钢用的电炉变压器、整流用的整流变压器、焊接用的电焊变压器等）。1.2变压器有哪些主要部件？各部件的作用是什么？答：电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其他附件等，其中铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。绕组由铜或铝绝缘导线绕制而成，是变压器的电路部分。绝缘套管:变压器的引出线从油箱内部引到箱外时必须通过绝缘套管，使引线与油箱绝缘。油箱：存放变压器油。分接开关，可在无载下改变高压绕组的匝数,以调节变压器的输出电压。1.3铁心在变压器中起什么作用？如何减少铁心中的损耗？答：铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。为了提高磁路的导磁性能，减少铁心中的磁滞、涡流损耗，铁心一般用高磁导率的磁性材料——硅钢片叠成，其厚度为，两面涂以厚的漆膜，使片与片之间绝缘。1.4变压器有哪些主要额定值？原、副方额定电压的含义是什么？答：变压器的主要额定值有：额定容量、额定电压和、额定电流和、、额定频率等。原、副方额定电压的含义是指：正常运行时规定加在一次侧的端电压称为变压器一次侧的额定电压；二次侧的额定电压是指变压器一次侧加额定电压时二次侧的空载电压。对三相变压器，额定电压、额定电流均指线值。1-5一台单相变压器，SN=5000kVA，U1N/U2N=10/6.3kV，试求原、副方的额定电流。解：1-6一台三相变压器，SN=5000kVA，U1N/U2N=35/10.5kV，Y，d接法，求原、副方的额定电流。63 解：2.1在研究变压器时，原、副方各电磁量的正方向是如何规定的？答：从原理上讲，正方向可以任意选择，但正方向规定不同，列出的电磁方程式和绘制的相量图也不同。通常按习惯方式规定正方向，称为惯例。具体原则如下：（1）在负载支路，电流的正方向与电压降的正方向一致；而在电源支路，电流的正方向与电动势的正方向一致；（2）磁通的正方向与产生它的电流的正方向符合右手螺旋定则；（3）感应电动势的正方向与产生它的磁通的正方向符合右手螺旋定则。2.2在变压器中主磁通和原、副边绕组漏磁通的作用有什么不同？它们各是由什么磁动势产生的？在等效电路中如何反映它们的作用？答：（1）主磁通在原、副绕组中均感应电动势，当副方接上负载时便有电功率向负载输出，故主磁通起传递能量的作用；而漏磁通不起传递能量的作用，仅起压降作用。（2）空载时，有主磁通和一次侧绕组漏磁通，它们均由一次侧磁动势激励产生；负载时有主磁通，一次侧绕组漏磁通，二侧次绕组漏磁通。主磁通由一次绕组和二次绕组的合成磁动势即激励产生，一次侧绕组漏磁通由一次绕组磁动势激励产生，二次侧绕组漏磁通由二次绕组磁动势激励产生。（3）在等效电路中，主磁通用励磁参数来反映它的作用，一次侧漏磁通用漏电抗来反映它的作用，而二次侧漏磁通用漏电抗来反映它的作用。2.3为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时激磁电流呈何种波形？当铁心饱和时情形又怎样？答：为了在变压器原、副绕组方得到正弦波感应电动势，当铁心不饱和时，因为磁化曲线是直线，励磁电流和主磁通成正比，故当主磁通成正弦波变化，激磁电流亦呈正弦波变化。而当铁心饱和时，磁化曲线呈非线性，为使磁通为正弦波，励磁电流必须呈尖顶波。2.4变压器的外加电压不变，若减少原绕组的匝数，则变压器铁心的饱和程度、空载电流、铁心损耗和原、副方的电动势有何变化？答：根据可知,,因此,一次绕组匝数减少,主磁通将增加，磁密，因不变，将随的增加而增加，铁心饱和程度增加；由于磁导率下降。因为磁阻，所以磁阻增大。根据磁路欧姆定律，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所以根据，所以原方电动势基本不变，而副方电动势则因为磁通的63 增加而增大。2.5一台额定电压为的变压器，若误将低压侧接到的交流电源上，将会产生什么后果？答：根据可知,此时主磁通增加接近倍，磁路饱和程度大增，励磁电流将会大大增加，铁耗和铜耗增大，变压器过热。同时噪声过大，振动明显。2.6变压器折算的原则是什么？如何将副方各量折算到原方？答：折算仅仅是研究变压器的一种方法，它不改变变压器内部电磁关系的本质。折算的原则是保证折算方折算前后所产生的磁动势不变。副方各量折算方法如下：将副方电流除以；副方感应电动势、电压乘以；漏阻抗、负载阻抗应乘以。2.7变压器的电压变化率是如何定义的？它与哪些因素有关？答：变压器的电压变化率定义为：当变压器的原方接在额定电压、额定频率的电网上，副方的空载电压与给定负载下副方电压的算术差，用副方额定电压的百分数来表示的数值，即变压器电压变化率可按下式计算：。可知变压器电压变化率的大小主要和以下物理量相关：（1）电压变化率与负载的大小（值）成正比；在一定的负载系数下，当负载为阻感负载时，漏阻抗（阻抗电压）的标么值越大，电压变化率也越大；（2）电压变化率还与负载的性质，即功率因角数的大小和正负有关。2.8为什么可以把变压器的空载损耗看做变压器的铁损，短路损耗看做额定负载时的铜损？答：空载时，绕组电流很小，绕组电阻又很小，所以铜损耗很小,故铜损耗可以忽略，空载损耗可以近似看成铁损耗。测量短路损耗时，变压器所加电压很低，而根据可知，由于漏阻抗压降的存在，则更小。又根据可知，因为很小，磁通就很小，因此磁密很低。再由铁损耗，可知铁损耗很小，可以忽略，额定负载时短路损耗可以近似看成额定负载时的铜损耗。2..9变压器在高压側和低压側分别进行空载试验，若各施加对应的额定电压，所得到铁耗是否相同？答：相同。空载试验时输入功率为变压器的铁损耗，无论在高压边还是在低压边加电压，都要加到额定电压，根据可知，；，故，即。因此无论在哪侧做，主磁通大小都是相同的，铁损耗就一样。短路试验时输入功率为变压器额定负载运行时的铜损耗，无论在高压边还是在低压边做，都要使电流达到额定电流值，绕组中的铜损耗是一样的2-10一台单相变压器，SN=5000kVA,U1N/U2N=35/6.0kV,fN=50HZ,铁心有效面积A=1120cm2，铁心中的最大磁密Bm=1.45T，试求高、低压绕组的匝数和变比。解:高压绕组的匝数63 变压器的变比低压绕组的匝数2-11一台单相变压器，SN=100kVA，U1N/U2N=6000/230V，R1=4.32Ω，x1σ=8.9Ω，R2=0.0063Ω，x2σ=0.013Ω。求：1)折算到高压侧的短路参数Rk、xk和Zk；2)折算到低压侧的短路参数k、k和k；3)将1）、2）的参数用标么值表示，由计算结果说明什么问题？4)变压器的短路电压uk及其有功分量ukr、无功分量ukx；5)在额定负载下，功率因数分别为cos2=1、cos2=0.8（滞后）、cos2=0.8（超前）3种情况下的△U％。解:1)2)3)63 4)5)△U1％＝(Rk*cos2+xk*sin2)×100％=(0.0239×1.0+0.0504×0)×100％=2.39％△U2％＝(Rk*cos2+xk*sin2)×100％=(0.0239×0.8+0.0504×0.6)×100％=4.87％△U3％＝(Rk*cos2+xk*sin2)×100％=(0.0239×0.8-0.0504×0.6)×100％=-1.05％2-12一台三相变压器，SN=750kVA,U1N/U2N=10000/400V,Y,d接法，f=50HZ。试验在低压侧进行，额定电压时的空载电流I0=65A，空载损耗p0=3700W；短路试验在高压侧进行，额定电流时的短路电压Uk=450V，短路损耗pkN=7500W（不考虑温度变化的影响）。试求：1)折算到高压边的参数，假定R1=2=,x1σ=2σ=；2)绘出T形电路图，并标出各量的正方向；3)计算满载及cos2=0.8（滞后）时的效率N；4)计算最大效率max。解：1),63 折算至高压侧的激磁参数：短路参数计算：Zk==Rk=Xk==2)T形电路图如下：63 4)满载时的效率3.1三相变压器组和三相心式变压器在磁路结构上各有什么特点？答：三相变压器组磁路结构上的特点是各相磁路各自独立，彼此无关；三相心式变压器在磁路结构上的特点是各相磁路相互影响，任一瞬间某一相的磁通均以其他两相铁心为回路。3.2三相变压器的联结组是由哪些因素决定的？答：三相变压器的联结组是描述高、低压绕组对应的线电动势之间的相位差，它主要与（1）绕组的极性（绕法）和首末端的标志有关；（2）绕组的连接方式有关。3.4Y，y接法的三相变压器组中，相电动势中有三次谐波电动势，线电动势中有无三次谐波电动势？为什么？答：线电动势中没有三次谐波电动势，因为三次谐波大小相等，相位上彼此相差，即相位也相同。当采用Y，y接法时，线电动势为两相电动势之差，所以线电动势中的三次谐波为零。以相为例，三次谐波电动势表达式为，所以线电动势中没有三次谐波电动势。3.5变压器理想并联运行的条件有哪些？答：变压器理想并联运行的条件有：（1）各变压器高、低压方的额定电压分别相等，即各变压器的变比相等；（2）各变压器的联结组相同；（3）各变压器短路阻抗的标么值相等，且短路电抗与短路电阻之比相等。上述三个条件中，条件（2﹚必须严格保证。3.6并联运行的变压器，如果联结组不同或变比不等会出现什么情况？答：如果联结组不同，当各变压器的原方接到同一电源，副方各线电动势之间至少有30°的相位差。例如Y，y0和Y，d11两台变压器并联时，副边的线电动势即使大小相等，由于对应63 线电动势之间相位差300，也会在它们之间产生一电压差，如图所示。其大小可达=sin15°=0.518。这样大的电压差作用在变压器副绕组所构成的回路上，必然产生很大的环流（几倍于额定电流），它将烧坏变压器的绕组。如果变比不等，则在并联运行的变压器之间也会产生环流。3.7两台容量不相等的变压器并联运行，是希望容量大的变压器短路电压大一些好，还是小一些好？为什么？答：希望容量大的变压器短路电压小一些好，这是因为短路电压大的小，在并联运行时，不容许任何一台变压器长期超负荷运行，因此并联运行时最大的实际总容量比两台额定容量之和要小，只可能是满载的一台的额定容量加上另一台欠载的实际容量。这样为了不浪费变压器容量，我们当然希望满载的一台，即短路电压小的一台容量大，欠载运行的一台容量越小越好。3.8为什么变压器的正序阻抗和负序阻抗相同？变压器的零序阻抗决定于哪些因素？答：由于正序和负序均是对称的，仅存在B相超前还是C相超前的差别，对变压器的电磁本质没什么不同，因此负序系统的等效电路和负序阻抗与正序系统相同，即；变压器的零序阻抗主要决定于（1）三相变压器绕组的连接方式（2）磁路的结构等因素。3.9从带单相负载的能力和中性点移动看，为什么Y，yn接法不能用于三相变压器组，却可以用于三相心式变压器？答：Y，yn接线的组式变压器接单相负载时，由于零序阻抗大（），负载电流将很小，因此根本不能带单相负载。但很小的零序电流就会产生很大的零序电动势，造成中点浮动较大，相电压严重不对称。在极端的情况下，如一相发生短路，即短路电流仅为正常激磁电流的3倍，使其余两相电压提高到原来的倍，这是很危险的。因此三相变压器组不能接成Y，yn联结组。而心式变压器，由于零序阻抗很小（很小），单相负载电流的大小主要由负载阻抗决定，因此它可以带一定的单相负载。只要适当限制中线电流，则相电压的偏移也不会很大。因此三相心式变压器组可以接成Y，yn联结组。3.10一台单相变压器，／＝220V／110V，绕组标志如右图所示：将与连接，高压绕组接到220V的交流电源上，电压表接在上，如、同极性，电压表读数是多少？如、异极性呢？解：、同极性时压表读数是：、异极性时压表读数是：3-11根据题图3-2的接线图，确定其联结组别。63 1）2）3）题图3-2解：1）2）3)3.12根据下列变压器的联结组别画出其接线图：1）Y，d5；2）Y，y2；3）D，y11。解：1）Y，d5，有两种接法，如下图a）、b）所示。2）Y，y2，只有一种接法，如下图2）所示。3）D，y11，有两种接法，下图3）所示高压边为AX-CZ-BY接法，另一种接法AX-CZ-BY略。3-13两台并联运行的变压器，在SNI=1000kAV，SNII=500kAV，不允许任何一台变压器过载的情况下，试计算下列条件并联变压器组可供给的最大负载，并对其结果进行讨论。1）63 =0.9；2）=0.9；解：1）∵，∴第一台变压器先达满载。设，则2）∵，∴第二台变压器先达满载。设，则讨论：可见，并联运行时，容量大的变压器，其较小，则并联变压器组利用率较高。3-14两台变压器数据如下：SNI=1000kAV，ukI=6.5％，SNII=2000kAV，ukII=7.0％联结组均为Y，d11额定电压均为35/10.5kVA。现将它们并联运行，试计算：1）当输出为3000kVA时，每台变压器承担的负载是多少？2）在不允许任何一台过载的条件下，并联组最大输出负载是多少？此时并联组的利用率是多少？解：1）由得2）∵，∴第一台变压器先达满载。设，则3.15某变电所总负载是3000kVA，若选用规格完全相同的变压器并联运行，每台变压器的额定容量为1000kVA。1）在不允许任何一台变压器过载的情况下需要几台变压器并联运行？2）如果希望效率最高，需要几台变压器并联运行？已知每台变压器的损耗是：。解：1），∴需要3台变压器并联运行。2）63 ，∴需要5台变压器并联运行。3.16试将三相不对称电压：分解为对称分量。解：3.16试将三相不对称电压：分解为对称分量。解：3-17一台容量为100kVA，Y，yn0联结组的三相心式变压器，／＝6000／400V，=0.02+j0.05，=0.1+j0.6如发生单相对地短路，试求：1）原绕组的三相电流；2）副方的三相电压；3）中点移动的数值。解：1）单相对地短路时副方的短路电流63 2)副方的三相电压,忽略和，则3)中点移动副边：第4章4.1变压器的空载电流很小，为什么空载合闸电流却可能很大？答：变压器空载合闸时，铁心磁通处于瞬变过程中，此时的磁通最大值可达稳态时的2倍，由于铁心有磁饱和现象，其对应的励磁电流将急剧增大到稳态值的几十倍，甚至上百倍。4.2变压器在什么情况下突然短路电流最大？大致是额定电流的多少倍？对变压器有何危害？答：当时发生突然短路，绕组中暂态分量短路电流初始值最大，经过半个周期（）时出现冲击电流，其值约为额定电流的20-30倍。这是一个很大的冲击电流，它会在变压器绕组上产生很大的电磁力，严重时可能使变压器绕组变形而损坏。4.3变压器突然短路电流的大小和有什么关系？为什么大容量变压器的设计得大些？答：由====，可知变压器突然短路电流大小与短路阻抗的标幺值大小成反比。因为大容量变压器短路电流相对较大，继电保护相对较难，所以为了限制短路电流，应将设计得大些。4.4变压器绕组上承受的径向电磁力和轴向电磁力方向如何？哪一种电磁力对绕组的破坏作用更大一些？为什么？答：变压器绕组上承受的径向电磁力方向为两个绕组受到的径向方向相反，外层绕组受张力，内层绕组受压力；轴向电磁力其作用方向为从绕组两端挤压绕组。由于绕组两端最大，所以靠近铁的部分线圈最容易遭受损坏，故结构上必须加强机械支撑。4.5变压器运行时可能出现哪些过电压？如何保护？答：变压器运行时可能出现的过电压有：一是由于输电线直接遭受雷击或雷云放电在输电线上感应的过电压，称为大气过电压；另一种情况是当变压器或线路上开关合闸或拉闸时，伴随着系统电磁能量的急剧变化而产生的过电压，称为操作过电压。操作过电压一般为额定电压的3～4.5倍，而大气过电压可达额定电压的8～12倍。为了保证变压器的安全可靠运行，必须采取过电压保护措施。常用的方法有：（1）安装避雷器（2）加强绕组的绝缘（3）增大绕组的匝间电容（4）采用中性点接地系统。4-6有一台三相变压器，63 联结组，试求：1）高压方的稳态短路电流及其标么值；2）在最不利的情况下发生副方突然短路时短路电流的最大值和标么值。解：1）2）5.1三绕组变压器等效电路中的电抗与双绕组变压器的漏电抗有何不同？为什么有时在中有一个会出现负值？答：、、并不代表三绕组变压器各绕组的漏电抗，而是各绕组自感电抗和各绕组之间的互感电抗组合而成得等效电抗。对于双绕组变压器，每个绕组产生的漏磁通只与本绕组交链而不与另一个绕组交链，即这些漏磁通均为自感漏磁通。因此双绕组变压器的漏电抗为本绕组的自漏感电抗。在三绕组变压器中，的大小与各绕组在铁心上的排列位置有关。排列在中间位置的绕组其组合的等效电抗最小，常接近于零，甚至为微小的负值。负电抗是电容性质的，这当然不是变压器绕组真具有电容性，各绕组之间的漏电抗、、是不会为负的，只是在相互组合时产生的负值而已。5.2什么是自耦变压器的额定容量、绕组容量和传导容量？它们之间的关系是什么？答：自耦变压器的容量是指它的输入容量或输出容量。额定运行时的容量用表示，即自耦变压器的额定容量。由于自耦变压器一、二次侧既有磁的联系，也有电的联系，因此它从一次侧传递到二次侧的容量即额定容量由两部分组成：①由绕组的串联部分和公共部分之间经电磁感应作用传送的功率，即绕组容量；②由绕组的公共部分靠电的联系直接由一次侧传递到二次侧的功率，即传导功率。他们之间的关系可以简单的表示为：，。其中：表示自耦变压器的绕组容量,表示自耦变压器的额定容量，表示自耦变压器的传导容量。5.3为什么电压互感器在运行时不允许副边短路？电流互感器在运行时不允许副边开路？答：由于电压互感器副边所接的测量仪表，例如电压表、功率表的电压线圈等，其阻抗很大，故电压互感器运行时相当于一台降压变压器的空载运行，电压互感器是按空载运行设计的。若电压互感器在运行时副边短路会产生很大的短路电流，烧坏互感器的绕组。电流互感器在运行时不允许副边开路是因为电流互感器的原方电流是由被测试的电路决定的，在正常运行时，电流互感器的副方相当于短路，副方电流有强烈的去磁作用，即副方的磁动势近似与原方的磁动势大小相等、方向相反，因而产生铁心中的磁通所需的合成磁动势和相应的励磁电流很小。若副方开路，则原方电流全部成为励磁电流，使铁心中的磁通增大，铁心过分饱和，铁耗急剧增大，引起互感器发热。同时因副绕组匝数很多，将会感应出危险的高电压，危及操作人员和测量设备的安全。63 5-4一台三相三绕组变压器，额定容量为10000/10000/10000kVA，额定电压110/38.5/11kV，其联结组为YN，yn0，d11，短路试验数据如下：绕组短路损耗（kW）阻抗电压（%）高一中111.20高一低148.75中一低82.70试计算简化等效电路中的各参数。解：5-5一台三相双绕组变压器，SN=31500kVA，U1N/U2N=400/110kV，po=105kW，pkN=205kW。如果改接成510/110kV自耦变压器，试求：1）自耦变压器的额定容量、传导容量和绕组容量各是多少？2）在额定负载和cos=0.8的条件下运行时，双绕组变压器和改接成自耦变压器的效率各是多少？63 解：1）自耦变压器的绕组容量自耦变压器的额定容量自耦变压器的传导容量1）双绕组变压器的效率改接成自耦变压器后po、pkN不变，其效率第二篇交流电机的共同理论第6章6.1时间和空间电角度是怎样定义的？机械角度与电角度有什么关系？答空间电角度是指一对主磁极所占的空间距离，称为360°的空间电角度。时间电角度是指感应电动势交变一次所需要的时间为360°的时间电角度。机械角度和电角度之间的关系为：电角度=极对数×机械角度。6.2整数槽双层绕组和单层绕组的最大并联支路数与极对数有何关？答采用60°相带法，在单层绕组中，每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个线圈组（如用A相带和X相带的槽导体组成A相线圈组），也就是每对极只有一个极相组，所以最大并联支路数等于极对数，，而在双层绕组中，每个槽中上下层分开，一个相带下的线圈可组成一个极相组，每对极有二个极相组，所以最大并联支路数可等于极对数的二倍，即。6.3为什么单层绕组采用短距线圈不能削弱电动势和磁动势中的高次谐波？答单层绕组采用60°相带，在每对极下，必须用两个相带下的槽导体组成一个极相组，所以对于单层绕组来说，一般它只能组成整距绕组，即使采用短距连接，各线圈的电动势和磁动势并未改变，所以不能削弱谐波。6.4何谓相带？在三相电机中为什么常用60°相带绕组，而不用120°相带绕组？答相带通常指一个线圈组在基波磁场中所跨的电角度。常采用60°相带绕组是因为：（1）分布系数较大；（2）有正负相带而不含偶数次谐波磁动势。6.5试说明谐波电动势产生的原因及其削弱方法。答一般在同步电机中，磁极磁场不可能为正弦波，由于电机磁极磁场非正弦分布所引63 起的发电机定子绕组电动势就会出现高次谐波。为了尽量减少谐波电动势的产生，我们常常采取一些方法来尽量削弱电动势中的高次谐波，使电动势波形接近于正弦。一般常用的方法有：（1）使气隙磁场沿电枢表面的分布尽量接近正弦波形。（1）用三相对称绕组的联结来消除线电动势中的3次及其倍数次奇次谐波电动势。（2）用短距绕组来削弱高次谐波电动势。（4）采用分布绕组削弱高次谐波电动势。（5）采用斜槽或分数槽绕组削弱齿谐波电动势。6.6试述分布系数和短距系数的意义。若采用长距线圈，其短距系数是否会大于1。答短距系数：它表示线圈短距后感应电动势比整距时应打的折扣。由于短距或长距时，线圈电动势为导体电动势的相量和，而全距时为代数和，故除全距时=1以外，在短距或长距时，都恒小于1。分布系数：由于绕组分布在不同的槽内，使得q个分布线圈的合成电动势小于q个集中线圈的合成电动势，由此所引起的折扣。不难看出，。6.7齿谐波电动势是由于什么原因引起的？在中、小型感应电机和小型凸极同步电机中，常用转子斜槽来削弱齿谐波电动势，斜多少合适？答在交流电机中，空载电动势的高次谐波中，次数为的谐波较强，由于它与一对极下的齿数有特定关系，所以我们称之为齿谐波电动势。在中、小型感应电机和小型凸极同步电机中，常用转子斜槽来削弱齿谐波电动势，一般斜一个齿距。6-8已知Z=24，2p=4，a=1，试绘制三相单层绕组展开图。解：，取单层链示，绕组展开图如下：63 6-9有一双层绕组，Z=24，2p=4，a=2，。试绘出：（1）绕组的槽电动势星形图并分相；（2）画出其叠绕组A相展开图。解：（1）槽电动势星形图如右：（2）画出其叠绕组A相展开图如下：6.10一台两极汽轮发电机，频率为，定子槽数为槽，每槽内有两根有效导体，接法，空载线电压为。试求基波磁通量。解6-11一台三相同步发电机，f=50HZ，nN=1500r/min，定子采用双层短距分布绕组：63 q=3，，每相串联匝数N=108，Y接法，每极磁通量Φ1=1.015×10-2Wb，Φ3=0.66×10-3Wb，Φ5=0.24×10-3Wb，Φ7=1.015×10-4Wb，试求：（1）电机的极对数；（2）定子槽数；（3）绕组系数kN1、kN3、kN5、kN7；（4）相电动势Eφ1、Eφ3、Eφ5、Eφ7及合成相电动势Eφ和线电动势El。解：（1）电机的极对数；（2）定子槽数；（3）绕组系数（4）电动势第7章7.1为什么说交流绕组产生的磁动势既是时间的函数，又是空间的函数，试以三相合成磁动势的基波来说明。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，而它们中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既是时间函数，同时空间位置不同，磁动势和气隙磁通密度分布不同，所以又是空间的函数。三相合成磁动势的基波为：63 从表达式上可以看出，三相合成磁动势的基波为在空间按正弦分布，且随时间以同步转速旋转的磁动势，因此它既是时间的函数，又是空间的函数。7.2脉振磁动势和旋转磁动势各有哪些基本特性？产生脉振磁动势，圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件有什么不同？答1）脉振磁动势的基本特点为：（1）空间位置不变，在电机的气隙空间按阶梯形波分布，幅值随时间以电流的频率按正弦规律变化。（2）单相绕组的脉振磁动势可分解为基波和一系列奇次谐波。每次波的频率相同都等于电流的频率，其中，磁动势基波的幅值为：次谐幅值为（3）基波的极对数就是电机的极对数，而次谐波的极对数。（4）各次波都有一个波幅在相绕组的轴线上，其正负由绕组系数决定。2）旋转磁动势的基本特点为：（1）对称的三相绕组内通有对称的三相电流时，三相绕组合成磁动势的基波是一个在空间按正弦分布、幅值恒定的圆形旋转磁动势，其幅值为每相基波脉振磁动势最大幅值的3/2倍，即（2）合成磁动势的转速，即同步转速（3）合成磁动势的转向取决于三相电流的相序及三相绕组在空间的排列。合成磁动势是从电流超前相的绕组轴线转向电流滞后相的绕组轴线。改变电流相序即可改变旋转磁动势转向。（4）旋转磁动势的瞬时位置视相绕组电流大小而定，当某相电流达到正最大值时，合成磁动势的正幅值就与该相绕组轴线重合。产生脉振磁动势，圆形旋转磁动势和椭圆形旋转磁动势的条件为：当和中有一个为零时，合成磁动势为圆型旋转磁动势当时，合成磁动势为椭圆形旋转磁动势当时，合成磁动势为脉振磁动势63 7.3一台三角形连接的定子绕组，接到对称的三相电源上，当绕组内有一相断线时，将产生什么性质的磁动势？答设C相绕组断线，则，A,B两相电流为。将坐标原点取在A相绕组轴线上，则有因此，合成磁动势为椭圆形旋转磁动势，其转向为A—B—C—A。时的向量图如图所示。7.4把一台三相交流电机定子绕组的三个首端和末端分别连在一起，通以交流电流，合成磁动势基波是多少？如将三相绕组依次串联起来后通以交流电流，合成磁动势基波又是多少？为什么？答把一台三相交流电机定子绕组的三个首端和末端分别连在一起，通以交流电流，相当于并联，则三个绕组内流过相位相同的交流电流，空间相差，矢量合成为零，所以合成磁动势基波为零；如将三相绕组依次串联起来后通以交流电流，相当于串接，绕组内流过的电流仍然是空间相差，但是同相位，所以矢量合成后得到的磁动势基波为零。7.5把三相感应电动机接到电源的三个接线头对调两根后，电动机的转向是否会改变？为什么？答电动机的转向会发生改变。因为磁场的转向将会因为电源接线头的对调而发生变化，旋转磁动势的转向将会与原先的相反。7.6试述三相绕组产生的高次谐波磁动势的极对数、转向、转速和幅值。多少？答三相绕组产生的高次谐波磁动势的（1）极对数（2）转速63 （3）转向，当，则为反向（即和基波磁动势反向相反），则为正向（即和基波磁动势反向相同）(4)幅值它们所建立的磁场在定子绕组内的感应电动势的频率为即绕组谐波磁场在绕组自身的感应电动势的频率与产生绕组谐波磁动势的基波电流频率相同，因此它可与基波电动势相量相加。7.7短距系数和分布系数的物理意义是什么？为什么现代交流电机一般采用短距、分布绕组？答短距系数物理意义是：短距线匝电动势（为构成线匝的两导体有效边电动势相量和）与整距线匝电动势(为构成线匝的两导体有效边电动势代数和)的比值，即：分布系数物理意义是：线圈组各线圈分布在若干个槽时电动势相量和和对各线圈都集中在同一槽时电动势代数和的比值，即：因为短距和分布绕组能削弱或消除高次谐波电动势。7.8一台的三相电机，通以的三相交流电流，若保持电流的有效值不变，试分析其基波磁动势的幅值大小，极对数、转速和转向将如何变化？答三相合成磁动势基波的幅值为：因为电流的有效值不变，所以磁动势的幅值大小不变，又因为而频率增大到60HZ，所以转速增加1.2倍，又因为相序不变，所以转向不变，极对数也不变。7.9一台两相交流电机的定子绕组在空间上相差90°电角度，若匝数相等，通入怎样的电流形成圆形旋转磁场？通入什么样的电流形成脉振磁场？若两相匝数不等，通入什么样的电流形成圆形旋转磁场？通入什么样的电流形成脉动磁场？答（1）绕组中通入在时间上互差90°电角度的两相对称电流可以形成圆形旋转磁场（2）通入相同相位的电流会形成脉振磁场（363 ）若匝数不相等，则当绕组中通入幅值大小不相等但在时间上互差90°电角度的两相对称电流以保证和中有一个为零时，可以形成圆形旋转磁场，同理，通入相同相位但幅值大小不相等的电流会形成脉振磁场。7-10一台三相四极感应电动机，PN=132kW，UN=380V，IN=235A，定子绕组采用三角形连接，双层叠绕组，槽数Z=72，y1=15，每槽导体数为72，a=4，试求：（1）脉振磁动势基波和3、5、7等次谐波的振幅，并写出各相基波脉振磁动势的表达式；（2）算三相合成磁动势基波及5、7次谐波的幅值，写出它们的表达式，并说明各次谐波的转向、极对数和转速；（3）分析基波和5、7次谐波的绕组系数值，说明采用短距和分布绕组对磁动势波形有什么影响。解：（1）额定相电流，设三相电流对称，则各相基波脉振磁动势的表达式：（2），正转，63 ，反转，，正转，由计算可知，基波绕组系数值远大于5、7次谐波的绕组系数值，说明采用短距和分布绕组对基波磁动势幅值影响不大，而对5、7次谐波磁动势幅值大大减小，使电机磁动势波形近似为正弦波。7.11一台三相二极汽轮发电机，接法，（滞后），槽数，试求额定电流时：(1)相绕组磁动势的基波幅值及瞬时值表达式；(2)三相合成磁动势的基波幅值及瞬时值表达式；(3)画出A相电流为最大值时的三相磁动势空间矢量及其合成磁动势空间矢量图。解（1）相绕组磁动势的基波幅值：相绕组磁动势的瞬时值表达式(2)三相合成磁动势的基波幅值：三相合成磁动势的瞬时值表达式：(3)A相电流为最大值时的磁动势空间矢量图(时)7.12一台三相交流电机，，定子绕组为单层，接法，若通以三相不对称电流：，，，试写出三相合成磁动势基波表达式，并分析该磁动势的转向。解，63 相绕组磁动势的基波幅值磁动势的转向分析如下：7-13电枢绕组若为两相绕组，匝数相同，但空间相距120°电角度，A相流入，问：（1）若，合成磁动势的性质是什么样的？画出磁动势向量图，并标出正、反转磁动势分量；（2）若要产生圆形旋转磁动势，且其转向为从+A轴经120°到+B轴的方向，电流iB应是怎样的，写出瞬时值表达式（可从磁动势向量图上分析）。解：（1）合成磁动势（基波）为椭圆旋转磁动势。当时，在+A轴，63 各自从+B轴倒退120°电角度。磁动势向量图如下图1所示。（2）若要产生圆形旋转磁动势，且其转向为从+A轴经120°到+B轴的方向，电流iB应是：,磁动势向量图如下图2所示。图1图2第三篇异步电机第8章8.1为什么感应电动机的转速一定低于同步速，而感应发电机的转速则一定高于同步转速？如果没有外力帮助，转子转速能够达到同步速吗？答因为异步电动机的转向与定子旋转磁场的转向相同，只有（异步电动机），即转子绕组与定子旋转磁场之间有相对运动，转子绕组才能感应电动势和电流，从而产生电磁转矩。若转速上升到，则转子绕组与定子旋转磁场同速、同向旋转，两者相对静止，转子绕组就不感应电动势和电流，也就不产生电磁转矩，电动机就不转了。而感应发电机的转子用原动机拖动进行工作，进行机电能量的转换，转速只有高于同步转速，才能向外送电。如果没有外力的帮助，转子转速不能达到同步转速。8.2简述异步电机的结构。如果气隙过大，会带来怎样不利的后果？答异步电机主要是由定子、转子两大部分组成，定、转子中间是空气隙，此外，还有端盖、轴承、机座、风扇等部件。如果气隙过大，会造成产生同样大小的主磁场时所需要的励磁电流的增大，由于励磁电流是无功电流，所以会降低电机的功率因数，减少电机的效率。8.3感应电动机额定电压、额定电流，额定功率的定义是什么?答额定电压是指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V；额定电流是指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A；额定功率是指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。8.4绕线转子感应电机，如果定子绕组短路，在转子边接上电源，旋转磁场相对转子顺时针方向旋转．问此时转子会旋转吗？转向又如何?答会旋转。因为旋转磁场相对转子顺时针方向旋转时，根据电磁感应，在定子侧，会产生转矩企图带动定子旋转，但是定子不能动，则反作用于转子，使转子以转速旋转，转向为逆时针。8.5一台三相感应电动机，,.试问:(1)电动机的极数是多少?(2)额定负载下的转差率s是多少？(3)额定负载下的效率是多少？63 解：（1）电动机的极数；（2）额定负载下的转差率（3）额定负载下的效率第9章9.1过载能力，＝：机数据为：额定电压，组均为三相，◇，，到满载气骗转子静止与转动时，转子边的电量和参数有何变化？答当转子转动时，转子电流的有效值为转子电流的频率相应的转子绕组中的电动势为，转子漏抗为，和静止时相比，转子转动时的参数和转差率成正比。9.2感应电动机转速变化时，为什么定、转子磁势之间没有相对运动？答设定子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为，因为转子旋转磁动势相对于转子绕组的转速为。由于转子本身相对于定子绕组有一转速n，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势的转速为。而，所以，感应电动机转速变化时，定、转子磁势之间没有相对运动。9.3当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动，试证明之．答设定子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为，因为转子旋转磁动势相对于转子绕组的转速为。由于转子本身相对于定子绕组有一转速，为此站在定子绕组上看转子旋转磁动势的转速为。而，该式不论转差率为何值时均成立。只不过当感应电机在发电状态运行时时，为负，的转向与定子旋转磁动势的转向相反；当感应电机在制动状态运行时，电动机转子的转向与的与定子旋转磁动势转向相反，s＞1。所以，当感应电机在发电及制动状态运行时，定、转子磁势之间也没有相对运动。9.4用等效静止的转子来代替实际旋转的转子，为什么不会影响定子边的各种量数？定子边的电磁过程和功率传递关系会改变吗？答我们知道异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似。从定子边看转子只有转子旋转磁动势与定子旋转磁通势63 起作用，只要维持转子旋转磁动势的大小、相位不变，至于转子边的电动势、电流以及每相串联有效匝数是多少都无关紧要。根据这个道理，我们设想把实际电动机的转子抽出，换上一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（新转子也是三相、、）。这时在新换的转子中，每相的感应电动势为、电流为，转子漏阻抗为，但产生的转子旋转磁动势却和原转子产生的一样。虽然换成了新转子，但转子旋转磁动势并没有改变，所以不影响定子边，从而也就不会影响定子边的各种量数。不会。9.5感应电机等效电路中代表什么意义？能不能不用电阻而用一个电感或电容来表示？为什么？答用在上消耗的电功率来等效代表转子旋转时的机械功率（还包括机械损耗等）。不能。因为输出的机械功率是有功的，故只能用有功元件电阻来等效代替。9.6当感应电动机机械负载增加时以后，定子方面输入电流增加，因而输入功率增加，其中的物理过程是怎样的？从空载到满载气隙磁通有何变化？答因为，所以，即，可见，当感应电动机机械负载增加时，转子侧的电流就会增加，相应的转子侧的磁动势也会增大，根据电动势平衡方程式可见，随着转子侧磁动势的增加，定子方面的磁动势也在增加，即输入电流增加，因而输入功率增加。电机从空载到满载运行，由于定子电压不变，所以气隙磁通基本上保持不变。9.7和同容量的变压器相比较，感应电机的空载电流较大，为什么？答因为感应电机有气隙段，气隙段磁阻很大。9.8感应电机定子、转子边的频率并不相同，相量图为什么可以画在一起？根据是什么？答因为在这里进行了除匝数、相数折算外，还对转子边的频率进行了折算。本来电动机旋转时能输出机械功率，传给生产机械。经过转子频率的折算，把电动机看成不转，用一个等效电阻上的损耗代表电动机总的机械功率，这样就实现了相量图可以画在一起的分析方法。根据的原则就是保持折算方在折算前后的磁动势不变。9.9一台三相异步电动机：.定子绕组为接法，试计算额定负载时的定子电流、转子电流、励磁电流、功率因数、输入功率和效率。解：采用Γ型等效电路，相电流为功率因数输入功率63 效率第10章10.1什么叫转差功率？转差功率消耗到哪里去了？增大这部分消耗，异步电动机会出现什么现象？答在感应电机中，传送到转子的电磁功率中，s部分变为转子铜耗，（1-s）部分转换为机械功率。由于转子铜耗等于所以它亦称为转差功率。增大这一部分消耗，会导致转子铜耗增大，电机发热，效率降低。10.2异步电动机的电磁转矩物理表达式的物理意义是什么？答电磁功率除以同步机械角速度得电磁转矩，经过整理为，从上式看出，异步电动机的电磁转矩T与气隙每极磁通、转子电流以及转子功率因数成正比，或者说与气隙每极磁通和转子电流的有功分量乘积成正比。10.3异步电动机拖动额定负载运行时，若电源电压下降过多，会产生什么后果？答当时，若电源电压下降过多，因为，则电磁转矩下降更多,会造成定、转子电流急速增大，则定子、转子铜耗增大，且其增加的幅度远远大于铁耗减小的幅度，故效率下降，甚至电动机停转。若无保护，则绕组会因过热而烧毁。10.4一台三相二极异步电动机，额定数据为：，定子绕组D接，。空载试验数据：，机械损耗。短路试验数据：。。时，。试计算：（1）额定输入功率；（2）定、转子铜损耗；（3）电磁功率和总机械功率；（4）效率；（5）画出等值电路图，并计算参数、、、、。解：（1）额定输入功率（2）定、转子铜损耗（3）电磁功率总机械功率:（4）效率63 （5）T型等值电路图如下：电路参数：10.5一台三相六极异步电动机，额定数据:，定子绕组D接。定子铜损耗，铁损耗,机械损耗，附加损耗。计算在额定负载时的转差率、转子电流频率、转子铜损耗、效率及定子电流。解由，得10.6一台三相极异步电动机，有关数据为：63 ，定子绕组Y接，。空载试验数据：。短路试验数据为：。假设附加损耗忽略不计，短路特性为线性，且，试求：（1）之值；（2）及之值。解（1）电路参数：因为：；所以：；；，因为：；；所以：；（2），第11章11.1在额定转矩不变的条件下，如果把外施电压提高或降低，电动机的运行情况（）会发生怎样的变化？答设额定电压运行时为B点。在额定转矩不变的条件下，如果把外施电压提高，则转速增加，如图中A点，输出功率增大，输入功率将会增加。由于电压提高，铁耗增大，但定、转子电流减小，铜耗减小，且后者更显著，故效率提高。而由于电压提高，磁通增大，空载电流增大，功率因数降低。如果把外施电压降低，则转速下降，如图中C点，减小，输入功率将会减小。而电压下降，铁损减小，但此时定子电流和转子电流均在增大，定、转子铜损增大，其增加的幅度远大于铁损减小幅度，故效率下降。电压下降，空载电流也会下降，功率因数上升。11.2为什么异步电动机最初起动电流很大，而最初起动转矩却并不太大？答起动时，因为，旋转磁场以同步转速切割转子，感应出产生很大的电动势和电流，因为电流平衡关系，引起于它平衡的定子电流的负载分量也跟着增加，所以异步电动机最初起动电流很大，但是，起动时的很小，转子电流的有功分量就很小，其次，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，这样，也减小，所以，起动时，小，电流的有功分量也小，使得起动时的起动转矩也不大。11.363 在绕线转子异步电动机转子回路内串电阻起动，可以提高最初起动转矩，减少最初起动电流，这是什么原因？串电感或电容起动，是否也有同样效果？答（1）因为起动时：，很明显，转子回路内串电阻起动，可减少最初起动电流，同时，电阻增加，增加；起动电流减小，感应电动势增加，增加，所以可以提高最初起动转矩。（2）串电感，增大了转子回路阻抗，由式可见，可减小起动电流；同时，它也增大了转子回路阻抗角，减小，使转子电流有功分量减小，进而使起动转矩减小得更多，所以使得起动性能变差，不能达到同样的效果。至于转子回路串联电容器（如容抗不过分大），则转子回路阻抗减小，起动电流增大，虽然可使增大，起动转矩增大。因此，无论是串电抗器还是电容器，都不能全面改善起动性能。11.4起动电阻不加在转子内，而串联在定子回路中，是否也可以达到同样的目的？答不能。虽然将起动电阻加在定子回路中，会降低加在定子上的起动电压，从而使实现起动电流的降低，但是因为，所以在降低起动电流的同时起动转矩也在降低，而且是以平方的速度降低，所以并不能达到将电阻串在转子回路的效果。11.5两台相同的异步电动机，转轴机械耦合在一起，如果起动时将它们的定子绕组串联以后接在电网上，起动完毕以后再改成并联，试问这样的起动方式，对最初起动电流和转矩有怎样的影响?答设电网电压为，两台完全相同的异步电动机，转轴机械耦合在一起，如果起动时将它们的定子绕组串联以后接在电网上，相当于每台电动机降压到起动，而并联起动，每台都是全压起动。因此两台同轴联接并联起动时起动总电流若为，起动转矩若为，那么串联起动时，起动总电流为为，而，所以起动总转矩为。11.6绕线转子异步电动机，如果将它的三相转子绕组接成形短路与接成形短路，对起动性能和工作性能有何影响？为什么？答绕线式异步电动机转子为三相对称绕阻，因此在起动或运行时，无论是形连接或△形连接，其每相绕组感应电动势是相等的。而每相绕组的漏阻抗和等效的虚拟电阻又相同，所以每相绕组电流相等，那么由转子电流所形成的电磁转矩和由磁动势平衡关系所决定的定子电流就与转子绕组的上述接线无关，因此它不影响电动机的起动和运行性能。11.7简述绕线转子异步电动机转子回路中串电阻调速时，电动机内所发生的物理过程。如果负载转矩不变，在调速前后转子电流是否改变？电磁转矩及定子电流会变吗？答如图3-9所示：改变转子回路串入电阻值的大小，当拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即时，电动机的转差率由分别变为，显然，所串电阻越大，转速越低。已知电磁转矩为，当电源电压一定时，主磁通基本上是定值，转子电流可以维持在它的额定值工作，根据转子电流：63 从上式看出，转子串电阻调速对，如果保持电机转子电流为额定值，必有常数当负载转矩时，则有式中分别是转子串入不同的电阻、、后的转差率。绕线式异步电动机转子回路串电阻如果负载转矩不变，从上面的分析可以看出，在调速前后转子电流、电磁转矩及定子电流不会发生改变。11.8在绕线转子回路中串入电抗器是否能调速？此时曲线，等性能会发生怎样的变化？答由式可知，在绕线转子回路中串入电抗器后，、均减小，如右图曲线。若负载转矩一定，其工作点由a变至b，转差率s减小，转速增高。问题是它只能在值之内调速，故此法虽能调速，但调速范围很小，故很少有实用价值。串电抗后，因减小，功率因数就下降（因感抗增大所致）。11.9某一鼠笼式异步电动机的转子绕组的村料原为铜条，今因转子损坏改用一结构形状及尺寸全同的铸铝转子，试问这种改变对电机的工作和起动性能有何影响？答铝的电阻率比铜大，故转子由铜条改为铝条，实为增加转子绕组电阻，增大，转速减小，输出功率减小，而电动机从电网吸取的有功功率基本不变。由于转差率增大，故转子铜损增加，稍有增大，故定子铜损也稍大，而铁损不变，机械损耗因增大减小而稍有减小，但其减小幅度不及转子绕组铜损增大幅度，故总损耗增加，效率降低。而转子电阻改变不影响电机从电网吸取的励磁功率，故无功功率不变，所以基本不变。总之，鼠笼异步电动机转子由铜条改为铝条后，其工作动性能变差。鼠笼异步电动机转子由铜条改为铝条后（仍保持），其起动转矩增大，起动电流减小，起动性能得到改善。63 11.10变频调速有哪两种控制方法，试述其性能区别。答变频调速时，从基频向下调有两种控制方法。1.保持=常数的恒磁通控制方式时，频率下降，机械特性向下平移，即各条特性彼此平行，硬度较高，最大电磁转矩不变，过载能力强。调速性能最好，属恒转矩调速方式。2.从基频向下变频调速，采用保持=常数的近似恒磁通控制方式时，频率下降时，机械特性最大转矩略有下降，机械特性接近平行下移。显然保持=常数时的机械特性不如保持=常数时的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。但=常数的控制方式简单。11.11有一台三相异步电动机，，定子绕组Y形联接，转子为绕线式.已知等效电路的参数为。略去励磁电流，起动电机时，在转子回路中接入电阻，当时，问最初起动转矩是多少？解：即得11.12一台三相异步电动机，定子绕组形联接,，转子为绕线式。已知等效电路的参数为,电流及电势变比,今要求在起动电机时有,试问：（1）若转子绕组是形接法，每相应接入多大的起动电阻？（2）此时最初起动转矩是多大？解（1）即63 得，（2）11.13一台三相异步电动机：，定子绕组形联接。已知在额定电压下直接起动时，电网所供给的线电流是电动机额定电流的5.6倍。今改用法起动，求电网所供给的线电流。解直接起动时改用法起动时，电网所供给的线电流11.14一台绕线式三相异步电动机，定子绕组Y极，四极，其额定数据如下：.求：（1）起动转矩；（2）欲使起动转矩增大一倍，转子每相串入多大电阻？解：(1)（2）欲使起动转矩增大一倍，则，得11.15某绕线式三相异步电动机，技术数据为：。其拖动起重机主钩，当提升重物时电动机负载转矩，求：63 （1）电动机工作在固有机械特性上提升该重物时，电动机的转速；（2）提升机构传动效率提升时为0.87，如果改变电源相序，下放该重物，下放速度是多少？（3）若是下放速度为，不改变电源相序，转子回路应串入多大电阻？（4）若在电动机不断电的条件下，欲使重物停在空中，应如何处理，并作定量计算。（5）如果改变电源相序在反向回馈制动状态下放同一重物，转子回路每相串接电阻为，求下放重物时电动机的转速。解：(1)，（图中A点）（2）由，得（图中B点）（3）对应于图中C点转子电阻与相应的固有特性上转差率，转子回路应串电阻（4）在电动机不断电的条件下，欲使重物停在空中，转子回路应串入大电阻，使。与相对应，与相对应，时，重物停在空中。（5）对应于图中D点：11.16一台绕线式三相异步电动机,其额定数据为:,,63 。拖动恒转矩负载时欲使电动机运行在，若:(1)采用转子回路串电阻，求每相电阻值；(2)采用变频调速，保持常数，求频率与电压各为多少。解：如右下图所示(1)时时转子回路串电阻(2)时第四篇同步电机第13章12.1什么叫同步电机？一台的同步电机，其极数是多少？答（1）转子的转速恒等于定子旋转磁场的转速的电机称为同步电机，其感应电动势的频率与转速之间的关系是：，当电机的磁极对数一定时，，即：频率与转速之间保持严格不变的关系。（2）一台的同步电机，其极数是24。12.2汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是什么？答汽轮发电机和水轮发电机的主要结构特点是：汽轮发电机转速高、极数少，其转子一般采用隐极式结构，气隙均匀分布，机身比较细长；水轮发电机转速低、极数多，其转子一般采用凸极式结构，气隙不均匀，直径大，长度短。第13章13.1同步电机在对称负载下运行时，气隙磁场由哪些磁势建立？它们各有什么特点？63 答（1）同步电机在对称负载下运行时，除转子磁势外，定子三相电流也产生电枢磁势。电枢磁势的存在，会使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。此时，气隙中的磁场是由转子磁场和电枢反应磁场共同产生的。（2）它们的特点如下：电枢反应磁动势是交流励磁，励磁磁动势是直流励磁；基波波形大小位置转速励磁磁动势正弦波恒定不变，由励磁电流大小决定由转子位置决定由原动机的转速决定（根据、）电枢反应磁动势正弦波恒定不变，由电枢电流大小决定由电枢电流的瞬时值决定由电流的频率和磁极对数决定13.2同步发电机的内功率因数角由什么因数决定的？答同步发电机的内功率因数角既与负载阻抗的性质和大小有关，又与发电机本身的参数有关。①当负载阻抗为时，总阻抗，则角在范围内；②当负载阻抗为时，总阻抗，则；③当负载阻抗为时，总阻抗，则；当负载阻抗为时，总阻抗，。13.3什么是同步电机的电枢反应，电枢反应的性质决定于什么？答同步电机在空载时，定子电流为零，气隙中仅存在着转子磁势。同步电机在负载时，随着电枢磁势的产生，使气隙中的磁势从空载时的磁势改变为负载时的合成磁势。因此，电枢磁势的存在，将使气隙中磁场的大小及位置发生变化，这种现象称之为电枢反应。同步发电机的电枢反应的性质主要决定于空载电势和负载电流之间的夹角，亦即决定于负载的性质。当和同相位，即：为交轴电枢反应；当滞后电角度，即：为直轴去磁电枢磁势；当超前电角度，即：为直轴增磁电枢磁势；当任意角度时，即一般情况下：当：产生直轴去磁电枢磁势和交轴电枢磁势，当：产生直轴增磁电枢磁势和交轴电枢磁势。13.4为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的数值又是每相值？答同步电抗是由电枢反应电抗和漏电抗两部分组成，分别对应于定子电流产生的电枢反应磁通和定子漏磁通。电枢反应电抗综合反映了三相对称电枢电流所产生的电枢反应磁场对于一相的影响，它等于电枢反应磁场在一相中感应的电动势与相电流的比值。所以说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的数值又是每相值。13.5隐极电机和凸极电机的同步电抗有何异同？答对于隐极电机而言，气隙均匀，电枢反应磁通为不论作用在什么位置所遇到的磁阻相同，其在定子绕组感应电势所对应的电抗，与定子漏磁通感应电势所对应的电抗之和，即=+称为隐极同步电机的同步电抗。63 对于凸极电机而言，直轴及交轴上气隙是不相等的，所以将电枢反应磁势分解为直轴和交轴分量，其相应的电抗分别为直轴和交轴电枢反应电抗，和定子漏抗相加，便可以得到直轴同步电抗和交轴同步电抗，即在直轴磁路上，由于气隙小，磁阻小，所以较大。在交轴磁路上，由于气隙很大，磁阻大，所以较小，因此有，。由于磁路饱和的影响，所以、和的大小是随着磁路饱和程度的改变而改变的。13.6测定发电机短路特性时，如果电机转速由额定值降为原来的一半，对测量结果有何影响？答由于和都与转速成正比的关系，而电枢电阻与转速无关，在电机转速为额定值测量时，由于很小，可以忽略不计。如果电机转速由额定值降为原来的一半时，则在电动势方程式中所占的比例将会增大，不能忽略不计，使测量结果产生较大误差。13.7为什么同步电机稳态对称短路电流不太大，而变压器的稳态对称短路电流值却很大？答由于同步电机稳态对称短路电流是由同步电抗或限制的。同步电抗是由电枢反应电抗和漏电抗两部分组成，电枢反应电抗或与异步电机的励磁电抗相似，是对应主磁路磁化性能的参数，其值很大（左右），所以同步电机稳态对称短路电流不大。而变压器的稳态对称短路电流由变压器的漏阻抗限制的。变压器漏电抗是对应漏磁路磁化性能的参数，其值很小（左右），因此变压器的稳态对称短路电流值却很大。13.8如何通过试验来求取同步电抗的饱和值与不饱和值？答1)由开路特性的不饱和段及短路特性求取同步电抗或的不饱和值2）或的饱和值可以按下述方法近似求得。在开路特性上找出对应于额定电压下的励磁电流，再从短路特性上找出与该励磁电流对应的短路电流，则3）利用开路特性和零功率因数特性，可以求得同步电抗的饱和值。以对应于63 零功率因数特性上点C作为电机磁路的饱和程度。过O、A作直线，与KC延长线交于T点。从图13-15中得或此法比由开路及短路特性求取同步电抗的饱和图13-10值更接近实际情况。4）用转差法求的不饱和值。将同步电机拖到接近同步转速（转差率小于0.01），转子励磁绕组开路。用示波器同时拍摄电枢电压和电枢电流的波形。得13.9有一台三相同步发电机,接法，（滞后），作单机运行，已知同步电抗，电枢电阻不计.每相的励磁电势.求下列几种负载下的电枢电流，并说明电枢反应的性质。（1）相值为的三相平衡纯电阻负载;（2）相值为的三相平衡纯电感负载;（3）相值为的三相平衡纯电容负载;（4）相值为的三相平衡电阻电容负载.解（1），为交轴与直轴去磁电枢反应；（2），为直轴去磁电枢反应；（3），为直轴助磁电枢反应；（4），为交轴电枢反应；13.10有一台三相凸极同步发电机，电枢绕组接法，每相额定电压，额定相电流，额定功率因数(滞后)，已知该机运行于额定状态，每相励磁电势行，内功率因数角，不计电阻压降.试求：63 各为多少?解：（1）电势向量图如右下：13.11有一台三相隐极同步发电机，电枢绕组接法，额定电压，额定电流，额定功率因数（滞后）。该机在同步速度下运转，励磁绕组开路，电枢绕组端点外施三相对称线电压，测得定子电流为，如果不计电阻压降，求此电机在额定运行下的励磁电势。解同步电抗13.12有—台三相隐极同步发电机，电枢绕组Y接法，额定功率，额定电压，额定转速，额定电流，同步电抗,不计电阻。求：（1）（滞后）时的；（2）（超前）时的.解：（1）如图a）所示：63 （2）如图b）所示第14章14.1三相同步发电机投入并联时应满足哪些条件？怎样检查发电机是否已经满足并网条件，如不满足某一条件，并网时，会发生什么现象？答并网运行的条件是：（1）待并网发电机的电压与电网电压大小相等；（2）待并网发电机的电压相位与电网电压相位相同；（3）待并网发电机的频率与电网频率相等；（4）待并网发电机电压相序与电网电压相序一致。若不满足这些条件：检查发电机是否已经满足并网条件，电压的大小可以用电压表来测量，频率及相序则可以通过同步指示器来确定。最简单的同步指示器由三个同步指示灯组成，有灯光熄灭法和灯光旋转法。条件（1）和条件（2）不满足，发电机在并网瞬间会产生巨大的瞬态冲击电流，使定子绕组端部受冲击力而变形；条件（3）不满足，发电机在并网时会产生拍振电流，在转轴上产生时正、时负的转矩，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；条件（4）不满足的发电机绝对不允许并网，因为此时发电机电压和电网电压恒差1200，它将产生巨大的冲击电流而危及发电机，不可能使发电机牵入同步。14.2功角在时间上及空间上各表示什么含义？功角改变时，有功功率如何变化？无功功率会不会变化，为什么?答功角在时间上及空间上各表示为：时间相位角：发电机空载电动势与端电压之间的相位角为功角δ。空间相位角：δ可近似认为是主磁极轴线与气隙合成磁场轴线之间的夹角。63 从功角特性可知，当电网电压和频率不变，发电机励磁电流不变，在稳定运行范围内，当功角增大时，有功功率增加。而对无功功率，由,从同步发电机相量图可得可知，当功角增大时，发电机向电网送出的无功功率减小。也可从向量图看，如上图所示，，，因而向电网送出的无功功率减小。14.3并网运行时，同步发电机的功率因数由什么因素决定？答并网运行时，同步发电机的功率因数由同步发电机的励磁电流的大小或励磁状态决定的。当励磁电流较小，同步发电机处于欠励磁状态时，同步发电机的功率因数小于1，超前；当励磁电流较大，同步发电机处于过励磁状态时，同步发电机的功率因数小于1，滞后；同步发电机处于正常励磁状态时，同步发电机的功率因数等于1。14.4为什么V形曲线的最低点随有功功率增大而向右偏移？答V形曲线的最低点对应于正常励磁情况，此时，定子电流最小且与定子电压同相位。因，当电压为常数、时，，随着的增加，必将增大，根据电动势平衡方程式增大时，也增大，所需的励磁电流将会增加，故V形曲线最低点会随有功功率增大而向右偏移。14.5一台凸极三相同步发电机，，每相空载电势，定子绕组接法，每相直轴同步电抗，交轴同步电抗。该电机并网运行，试求：（1）额定功角时，输向电网的有功功率是多少?（2）能向电网输送的最大电磁功率是多少?（3）过载能力为多大？解（1）额定功角时，输向电网的有功功率（2）向电网输送的最大电磁功率可令，得63 解得，（3）过载能力：14.6一台三相隐极同步发电机并网运行，电网电压，发电机每相同步电抗，定子绕组Y接法，当发电机输出有功功率为时，，若保持励磁电流不变，减少有功功率至，不计电阻压降，求此时的（1）功角；（2）功率因数；（3）电枢电流；（4）输出的无功功率，超前还是滞后？解：发电机输出有功功率为，时（1）保持励磁电流不变，则不变。当有功功率至时，由，得（2）由图63 （3）（4）输出的无功功率，滞后。14.7有一台三相隐极同步发电机并网运行，额定数据为：，定子绕组Y接法，（滞后），同步电抗，电阻压降不计，试求：　　　（1）额定运行状态时，发电机的电磁功率和功角；　　　（2）在不调节励磁的情况下，将发电机的输出功率减到额定值的一半时的功角，功率因数。解：（1）或由求出（略）。（2）不调节励磁，则不变，由，得14.8有一台三相凸极同步发电机并网运行，额定数据为：，定子绕组接法，（滞后），同步电抗，电阻不计，试求：（1）额定运行状态时，发电机的功角和每相励磁电势；（2）最大电磁功率。63 解（1）如图4-7所示：（2）最大电磁功率可令，得解得，第15章15.1怎样使得同步电机从发电机运行方式过渡到电动机运行方式？其功角、电流、电磁转矩如何变化？答当原动机向同步电机输入机械功率时为发电机运行，此时转子磁极轴线超前合成磁场轴线一个角度，如图15-1（a），电磁转矩与转子转向相反，是一个制动转矩。如果逐渐减少原动机的输出机械功率，从功率平衡观点来看，发电机所产生的电磁功率也减少，功角逐渐变小。如果发电机所产生的电磁功率为零，则=0，如图15-1（b），电磁转矩便为零。这是从同步发电机过度到电动机运行的临界状态。63 a)b)c)图15-1同步电机的运行方式a)发电机运行b)理想空载c)电动机运行如果将原动机从同步电机上脱离，电机本身轴承磨擦等阻力转矩和负载转矩的作用，转子开始减速，使得转子磁极轴线滞后于合成磁场轴线角度，如图15-1（c）。此时电磁转矩的方向与转子转向一致，是一个拖动转矩，于是同步电机就成为电动机运行了。设发电机运行时其功角、电流、电磁转矩为正，则电动机运行时其功角、电流的有功分量、电磁转矩为负。15.2增加或减少同步电动机的励磁电流时，对电机内的磁场产生什么效应?答当同步电动机处于过励磁状态时，电枢磁势对电机内的磁场起去磁的作用，增加或减少同步电动机的励磁电流时，电枢磁势对电机内的磁场去磁的作用增强或减弱。当同步电动机处于欠励磁状态时，电枢磁势对电机内的磁场起助磁的作用，增加或减少同步电动机的励磁电流时，电枢磁势对电机内的磁场助磁的作用减弱或增强。15.3比较同步电动机与异步电动机的优缺点。答相对于异步电动机，同步电动机的最大优点是功率因数可以根据需要在一定的范围内进行调节，当电网电压下降时，同步电动机的过载能力的减低不像感应电机那样显著。但同步电动机也有缺点：起动比较复杂，要有直流励磁电源，结构复杂，价格较贵。15.4为什么起动过程中，同步转矩的平均值为零？答因为在起动过程中，由于定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子逆时针方向旋转。但由于惯性的影响，转子上受到作用力以后并不马上转动。在转子还来不及转动以前，定子磁场已转过180°，此时定、转子磁场之间的相互作用，倾向于使转子顺时针方向旋转。因此，转子上所受到同步转矩为交变转矩，其平均转矩为零，同步电动机不能起动。15.5一台三相凸极接同步电动机，额定线电压，频率，额定转速，额定电流，额定功率因数(超前)，同步电抗，不计电阻压降。试求：（1）额定负载时的励磁电势；（2）额定负载下的电磁功率和电磁转矩。解（1）如图4-8所示：63 额定负载时的励磁电势（2）额定负载下的电磁功率和电磁转矩图4-815.6某企业电源电压为6000V，内部使用了多台异步电动机，其总输出功率为1500KW，平均效率70%，功率因数为0.8（滞后），企业新增一台400KW设备，计划采用运行于过励状态的同步电动机拖动，补偿企业的功率因数到1（不计同步电动机本身损耗）。试求：　（1）同步电动机的容量为多大？　（2）同步电动机的功率因数为多少？解：（1）变电所原提供的无功容量为补偿功率因数到1，应使同步电动机的无功容量则同步电动机的额定容量为400KW，因不计同步电动机本身损耗，则，视在容量为（2）同步电动机的功率因数为15.7某厂变电所的容量为2000KVA，变电所本身的负荷为1200kW，功率因数（滞后）。今该厂欲添一同步电动机，额定数据为：（超前），效率，。问当同步电动机额定运行时，全厂功率因数是多少？变电所是否过载？解：变电所原提供的无功容量加入同步电动机后，同步电动机提供的无功容量加入同步电动机后，变电所需提供的无功容量加入同步电动机后，变电所需提供的有功容量63 加入同步电动机后，全厂功率因数加入同步电动机后，变电所的视在容量为，变电所不过载。　第16章16.1同步发电机，各相序电抗为，计算其单相稳态短路电流为三相稳态短路电流的多少倍？解，16.2为什么负序电抗比正序电抗小？而零序电抗又比负序电抗小？答正序电抗=，负序电抗，而，其值很小。由于各相零序电流所建立的磁势在时间上同相位、在空间相隔120电角度，在空气隙中三相合成基波磁势为零，零序电流通过三相绕组时，只产生漏磁通，因此零序电抗的大小大体上等于定子绕组的漏电抗，即。所以，负序电抗比正序电抗小，而零序电抗又比负序电抗小。16.3同步发电机发生突然短路时，短路电流中为什么会出非周期分量？什么情况下非周期性分量最大？答如果忽略定子绕组的电阻，定子绕组为闭合的超导回路，当同步发电机发生突然短路时，若定子绕组磁链的初始值为不为零，而又按正弦规则作周期性变化，那么回路中的电流除了有一个正弦变化的电流分量来抵消外磁场变动的影响外，它还将产生一个直流分量来保持回路磁链初值不变。当短路瞬间定子某相绕组的磁通达到最大值时，则该相绕组短路电流中的非周期性分量最大。16.4比较同步发电机各种电抗的大小：答同步发电机的各种电抗都是绕组磁通对电路作用的等效量，在绕组匝数一定、频率一定情况下，电抗值的大小与相关磁路的磁阻成反比。63 在瞬态短路参数中，分超瞬态和瞬态两种，它们都是对应于转子感应电流对定子电枢反应磁场的反作用而存在的等效电抗。超瞬态电抗决定于阻尼绕组和励磁绕组感应电流对电枢反应磁通的排挤作用，瞬态电抗决定于励磁绕组感应电流对电枢反应磁通的排挤作用。定、转子的这种耦合关系与变压器相似。超瞬态电抗相当于电枢反应电抗上并以阻尼绕组的漏抗和励磁绕组的漏抗构成，瞬态电抗相当于电枢反应电抗上并以励磁绕组的漏抗构成，无阻尼绕组时：有阻尼绕组时：这样，若是隐极机：若为凸极机：。第五篇直流电机第17章17.1试述直流发电机工作原理，并说明换向器和电刷起什么作用？答直流发电机的工作原理：当原动机拖动直流发电机的电枢以恒速沿着逆时针方向旋转时，在线圈中会有感应电动势产生，其大小为：，由于线圈一会儿在极下，一会儿在极下，因此这个感应电动势的方向是变化的，即线圈中的电动势及电流的方向是交变的，只是在经过电刷和换向片的整流作用后，才使外电路得到方向不变的直流电。换向器—电刷的作用：把线圈中的交变电动势及电流整流成外电路方向不变的直流电。17.2试判断下列情况下，电刷两端的电压是交流的还是直流。（1）磁极固定，电刷与电枢同时旋转；（2）电枢固定，电刷与磁极同时旋转。答由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，由此：①交流：因为电刷与磁极相对运动。②直流：因为电刷与磁极相对静止。17.3什么是电机的可逆性？答一台直流电机原则上既可以作为电动机运行，也可以作为发电机运行，只是外界条件不同而已。如果用原动机拖动电枢恒速旋转，就可以从电刷端引出直流电动势而作为直流电源对负载供电；如果在电刷端外加直流电压，则电动机就可以带动轴上的机械负载旋转，从而把电能转变成机械能。这种同一台电机能作电动机或作发电机运行的原理，称为电机的可逆原理。17.4直流电机有哪些主要部件？试说明它们的作用、结构答直流电机由定子（静止部分）和转子（转动部分）两大部分组成。定子部分包括机座、主磁极、换向极和电刷装置等。主磁极铁心用1～1.5mm厚的低碳钢板叠压而成。主极的作用是在定转子之间的气隙中建立磁场；.换向极换向极铁心一般用整块钢或钢板加工而成，换向极绕组与电枢绕组串联。换向极的作用是用以改善换向。机座通常用铸钢或厚钢板焊成。机座有两个作用，一是作为电机磁路系统中的一部分，二是用来固定主磁极、63 电刷装置由电刷、刷握、刷杆座和铜丝辫组成，电刷的作用是把转动的电枢绕组与静止的外电路相连接，并与换向器相配合，起到整流或逆变器的作用。直流电机的转子称为电枢，包括电枢铁心、电枢绕组、换向器、风扇、轴和轴承等。电枢铁心电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。是电机主磁路的一部分，且用来嵌放电枢绕组。　　电枢绕组是由许多按一定规律联接的线圈组成，它是直流电机的主要电路部分，也是通过电流和感应电动势，从而实现机电能量转换的关键性部件。换向器也是直流电机的重要部件。换向器与电刷相配合，起到整流或逆变器的作用。17.5直流电机电枢铁心为什么必须用薄电工钢冲片叠成？磁极铁心何以不同？答为了减少电枢旋转时电枢铁心中因磁通交变而引起的磁滞及涡流损耗，电枢铁心通常用0.5mm厚的两面涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成。磁极铁心中的磁通本来是恒定的，但因电枢旋转时电枢铁心齿槽的影响，磁极铁心中的磁通会来回摆动，从而产生铁心损耗，所以常采用厚的低碳钢板冲制而成。17.6试述直流发电机和直流电动机主要额定参数的异同点。答直流发电机和直流电动机的主要额定参数值有：1．额定容量（功率）（）；2．额定电压（）；3．额定电流（）;4．额定转速（）；5．励磁方式和额定励磁电流（）还有一些物理量的额定值，如额定效率,额定转矩，额定温升等。关于额定容量，对直流发电机来说，是指电刷端输出的电功率，对直流电动机来说，是指轴上输出的机械功率。所以，直流发电机的额定容量为，而直流电动机的额定功率为。17.7某直流电机，、、以及。若是直流发电机，试计算额定电流；如果是直流电动机，再计算。解：若是直流发电机如果是直流电动机，再计算第18章18.1耦合磁场是怎样产生的？它的作用是什么？没有它能否实现机电能量转换？答耦合磁场是由励磁绕组电流所产生的磁场和电枢绕组电流所产生的磁场合成产生的，它是使电机感应电动势和产生电磁转矩所不可缺少的因素。没有它是不能实现机电能量转换的。18.2如果将电枢绕组装在定子上，磁极装在转子上，换向器和电刷应怎样装置才能作直流电机运行？63 答由直流发电机原理可知，只有电刷和磁极保持相对静止，在电刷两端的电压才为直流，所以换向器应装在定子上，电刷应该放在转子上，再通过滑环和静止的电刷与外电路相连。18.3单叠绕组和单波绕组各有什么特点？其联接规律有何不同？答单叠绕组的特点为：（1）并联支路数等于磁极数，即；（2）每条支路由不相同的电刷引出，所以电刷不能少，电刷数等于磁极数。单波绕组的特点为：（1）同极性下各元件串联起来组成一条支路，支路对数＝1，与磁极对数无关；（2）从理论上讲，单波绕组只需安置一对正负电刷就够了。但为了减少电刷的电流密度与缩短换向器长度，节省用铜，一般仍采用电刷组数应等于极数（采用全额电刷）。在联接方式上，叠绕组元件的两个出线端联接于相邻两个换向片上；波绕组的特点是每个绕组元件的两端所接的换向片相隔较远，互相串联的两个元件相隔较远()。18.4一台四极，单叠绕组的直流电机，试问：（1）若分别取下一只刷杆，或相邻的两只刷杆，对电机的运行有什么影响？（2）如有一元件断线，电刷间的电压有何变化？电流有何变化？（3）若有一主磁极失磁，将产生什么后果？答（1）若取下一只或相邻两只电刷，使并联支路数减少一半，若是发电机，使输出功率减小一半，若是电动机，则转矩和功率均减半。对发电机仍能运行，对电动机，在轻载时尚能运行，重载或满载不能运行，不管怎样，它们的工作状态均属正常。（2）若一元件断线，则该元件所在的支路断开，其余三条支路不变。因此，电刷间的电压不变，电流减小，电机能带的额定负载，。（3）当一主磁极失去励磁时，该磁极下的一条支路无电动势，不产生电流和电磁转矩，使功率减小，对多极电机可能产生不平衡状态。18.5什么叫电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？答电机负载运行，电枢绕组中就有了电流，电枢电流也产生磁动势，叫电枢磁动势。电枢磁动势的出现，必然会影响空载时只有励磁磁动势单独作用的磁场，有可能改变气隙磁密分布情况及每极磁通量的大小。这种现象称为电枢反应。设电刷在几何中性线上，此时的电枢反应称为交轴电枢反应。交轴电枢反应作用如下：（1）交轴电枢磁场在半个极内对主极磁场起去磁作用，在另半个极内则起增磁作用，引起气隙磁场畸变，使电枢表面磁通密度等于零的位置偏移几何中性线；（2）不计饱和，交轴电枢反应既无增磁，亦无去磁作用。考虑饱和时，呈一定的去磁作用。18.6一台直流电机,,单叠绕组,电枢绕组总导体数,一极下磁通,当（1）转速；（2）转速，求电枢绕组的感应电势。解（1）（2）18.7一台直流发电机额定功率，额定电压，额定转速，极对数，电枢总导体数，气隙每极磁63 ，单叠绕组。求：（1）额定运行时的电枢感应电势;（2）额定运行时的电磁转矩。解：（1）（2）第19章19.1并励直流发电机能自励的基本条件是什么？答（1）电机必须有剩磁；（2）励磁绕组的接线与电枢旋转方向必须正确配合，以使励磁电流产生的磁场方向与剩磁方向一致；（3）励磁回路的电阻应小于与电机运行转速相对应的临界电阻。19.2把他励直流发电机转速升高20%，此时无载端电压约升高多少？如果是并励直流发电机，电压升高比前者大还是小？答已知：，所以：①他励发电机：,即，故，空载电压增加1.2倍。②并励发电机：若转速升高情况同上，空载电压增加1.2倍，但由于增加的同时，也相应增加，从而导致也增大，所以并励发电机空载电压增加的程度比他励发电机大。19.3换向元件在换向过程中可能产生哪些电势？各是什么原因引起的？它们对换向各有什么影响？答电抗电动势：它是由于换向元件中电流变化时，由自感与互感作用所引起的感应电动势。它起阻碍换向的作用。电枢反应电动势：它是由于换向元件切割电枢磁场，而在其中产生一种旋转电动势，它也起着阻碍换向的作用。19.4换向极的作用是什么？装在什么位置？绕组如何联接？答装换向极的作用是在换向元件所在处建立一个磁动势，其一部分用来抵消电枢反应磁动势，剩下部分用来在换向元件所在气隙建立磁场，换向元件切割产生感应电动势，且让的方向与相反，使合成电动势，以改善换向。换向极装在相邻两主极之间，即几何中性线处。换向极绕组与电枢绕组串联。19.5一台直流电动机改成发电机运行时，是否需要改接换向极绕组？为什么？答可以。因为换向极绕组与电枢绕组串联，当一台直流电动机改成发电机运行，电枢电流反向时，其产生的电枢磁势反向，但此时换向极的电流和他的极性亦反向，因此作发电63 机运行时，其换向极能起改善换向的作用，当作为电动机运行时，换向极也能起改善换向的作用。19.6已知一台并励直流发电机，额定功率，额定电压，额定转速，电枢回路各绕组总电阻，励磁绕组电阻，一对电刷上压降为，额定负载时的电枢铁损耗和机械损耗，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）2）19.7一台他励直流电动机，，，，。1）若电枢回路不串电阻直接起动，则起动电流为额定电流的几倍？2）若将起动电流限制为，求电枢回路应串入的电阻大小。解：（1）（2）19.8一台他励直流电动机，，电动机允许最大电流，电动机拖动负载电动运行，求：1）若采用能耗制动停车，电枢回路应串入多大电阻？2）若采用反接制动停车，电枢回路应串入多大电阻？解（1）电动运行时，采用能耗制动停车，电枢回路应串入电阻采用反接制动停车，电枢回路应串入电阻19.9一台他励直流电动机，，，63 。电动机拖动额定负载运行，保持励磁电流不变，要把转速降到1000r/min。求：1)若采用电枢回路串电阻调速，应串入多大电阻？2)若采用降压调速，电枢电压应降到多大？3)两种方法调速时电动机的效率各是多少？解：（1）由得：　（2）　　　（3）输出功率　　　　　　串电阻时的效率：%降压时的效率：%。20.1如何改变电容分相式单相异步电动机的转向？答若要改变电机转向只需把起动绕组与主绕组相并联的出线对调即可实现。20.2一台直流伺服电动机带动一恒转矩负载(负载阻转矩不变)，测得始动电压为4V，当电枢电压Ua=50V时，其转速为1500r/min。若要求转速达到3000r/min，试问要加多大的电枢电压?解：当电枢电压Ua=50V时若要求转速达到3000r/min，需要加的电枢电压63 20.3什么叫自转现象？如何消除交流伺服电动机的自转现象？答伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”现象。可以通过增加转子电阻的办法来消除“自转”。因为增加转子电阻，使正向磁场产生最大转矩时的Sm+≥1，控制电压消失后的机械特性如右图所示。正向旋转时在控制电压消失后的电磁转矩为负值，即为制动转矩，使电机制动到停止；若电机反向旋转，则在控制电压消失后的电磁转矩为正值，也为制动转矩，也使电机制动到停止，从而消除“自转”现象。20.4当微型同步电动机的负载变化时，转速变化吗？答微型同步电动机正常运行时的转速都是同步转速，与负载的大小无关，所以负载变化时，转速不变。20.5为什么磁滞转矩在异步状态时是不变的，而在同步状态时却是可变的?答磁滞转矩在异步状态时所对应磁滞角是最大磁滞角θc，其大小只决定于转子所用的硬磁材料的性质。因而当转子在低于同步速运转时(常称异步状态运行)，不管转子转速如何，磁滞转矩是不变的。而在同步状态运行时，磁滞同步电动机相当于一台永磁式同步电动机。磁滞角的大小决定于负载的大小，当负载的大小从0到，定子磁动势与转子磁动势夹角相应从0到θc变化。当负载阻转矩增大时，电机就要瞬时减速，定、转子两个磁场间的夹角增大，电机产生的转矩也增大，再与负载阻转矩相平衡以同步速运转，因而磁滞角增大。20.6磁滞同步电动机最突出的优点是什么?答：磁滞式同步电动机最突出的优点是自身具有起动转矩，因而结构简单、运行可靠，而且起动电流小，起动转矩大，运行稳定。20.7反应式步进电动机的步距角与齿数有何关系？答反应式步进电动机的步距角与齿数的关系：20.8步进电机技术数据中标的步距角有时为两个数，如步距1.5°/3°，试问这是什么意思?答：表征不同通电方式下的步进电机的步距角的大小。如步距角1.5°，是指步进电机作三相六拍方式运行时；步距角3°，则是在三相单三拍下运行。20.9接上负载后，正、余弦旋转变压器输出电压有何变化？怎样消除？答：正、余弦旋转变压器在负载运行时，绕组中会有电流流过，且建立了在绕组轴线方向上的电枢反应磁动势，这个磁动势可以分解成为轴分量和轴分量。其中，轴分量与63 接电源的励磁绕组组成变压器副边与原边的关系，由于磁动势平衡，对轴磁通大小无影响。但轴分量得不到补偿，就又在输出绕组中感应电动势，这样就破坏了正、余弦绕组电动势只应为转子转角的正、余弦函数的关系，使输出电压发生畸变。正、余弦旋转变压器消除畸变的方法是进行补偿，补偿的方法是从消除或减弱造成电压畸变的交轴分量磁势入手。1）可以给正弦绕组或余弦绕组接上相同的负载阻抗，它们各自产生轴方向的磁动势大小相等、方向相反，二者可以互相抵消，使输出电压不再畸变，即二次侧补偿；2）也可以在原边进行补偿，将D3D4作为补偿绕组通过阻抗Z（等于电源内阻抗）或直接短接（因电源内阻抗很小），在绕组D3D4中产生感应电流，从而产生交轴方向磁通势，补偿转子绕组的交轴磁势，即一次侧补偿。为了减小误差，在使用时我们常常把一次侧、二次侧补偿同时使用。20.10力矩式自整角机与控制式自整角机控制方式有何不同？转子的起始位置有何不同？答（1）自整角机控制系统中，当失调角产生时，力矩自整角接收机输出与失调角成正弦关系的转矩，直接带动接收机轴上的机械负载，直至消除失调角。但力矩式自整角机力矩不大，如果机械负载较大，则采用控制式自整角控制系统，自控式自整角机把失调角转换为正弦关系的电压输出，经过电压放大器放大后送到交流伺服电动机的控制绕组中，使伺服电机转动，再经齿轮减速后带动机械负载转动，直到消除失调角。（2）对力矩式自整角机转子的起始位置分别为发送机和接受机a相定子绕组的轴线位置；对控制式自整角机，发送机的转子绕组仍以a相定子绕组轴线作为起始位置，而把自整角变压器的转子由a相定子绕组轴线旋转90°作为起始位置。20.11一对控制式自整角机如图题20-11所示。发送机转子绕组通上励磁电流后,(1)画出自整角变压器转子的协调位置；(2)求失调角。图题20-11图题20-12解(1)自整角变压器转子的协调位置如图Xt所示。(2)失调角q=q1-q2=500-300=20063 图题20-11图题20-1220.12某对力矩式自整角机接线图如图题20-12所示。(1)画出接收机转子所受的转矩方向；(2)画出接收机的协调位置；(3)求失调角。解：(1)接收机转子所受的转矩方向如图T所示；(2)接收机的协调位置如图Xt所示；(3)失调角20.13什么叫比整步转矩？什么叫比电压？答力矩式自整角机当失调角时的静态整步转矩称为比整步转矩，数值越大，自整角机越灵敏，系统工作越灵敏，因此数值越大越好；当失调角时自整角变压器输出绕组上输出的电压大小称为比电压，比电压越大越好，比电压越大，说明自整角机越灵敏，系统工作越灵敏。20.14为什么直流测速机的转速不得超过规定的最高转速?负载电阻不能小于给定值?答由于电机的磁路存在饱和，因而电枢反应有去磁效应，当负载电阻一定时，直流测速机的转速越高，感应电动势越大，电枢电流越大，电枢反应有去磁效应就越强，同时延迟换向去磁效应越强，使输出特性偏离直线越多，所以，直流测速发电机的转速不得超过规定的最高转速。当直流测速发电机的电枢电势一定时，负载电阻越小，电枢电流越大，电枢反应有去磁效应就越强，使输出特性偏离直线越多，所以，直流测速发电机的负载电阻不能小于给定值。20.15直流测速发电机的误差主要有哪些？如何消除或减弱？答直流测速发电机的误差主要有其输出电压与转速之间的非线性误差。造成这种误差的原因主要有以下三个方面：1）电枢反应去磁和延迟换向去磁的影响。为了减小电枢反应去磁和延迟换向去磁带来的非线性误差，通常采用限制直流测速机使用时其转速不得超过规定的最高转速，负载电阻不能小于给定值。2）温度的影响。为了减小温度变化带来的非线性误差，我们通常把直流测速发电机的磁路设计为饱和状态。另外，可在励磁回路中串接一个阻值较大而温度系数较小的锰铜或康铜电阻，或串接一个温度系数为负的电阻，以减小由于温度的变化而引起的电阻变化，从而减小因温度而产生的线性误差。3）接触电阻的影响：接触电阻总是随负载电流变化而变化，当负载电阻一定时，低速时电流较小，接触电阻较大，线性误差较大。高速时电流较大，接触电阻较小而且基本上越于稳定的数值，线性误差相对而言小得多。故直流测速发电机尽量用在测量转速较高的场合。63 另外，直流测速发电机输出的电压存在着纹波，其交变分量对速度反馈控制系统、高精度的解算装置有较明显的影响，可采用滤波环节来消除或减弱纹波。20.16转子不动时，交流异步测速发电机为何没有电压输出?转动时，为何输出电压值与转速成正比，但频率却与转速无关?答在转子不动时，由励磁绕组产生的脉振磁通在空心杯转子中感应出变压器电势（空心杯转子可以看成有无数根导条的笼式转子，相当于变压器短路时的二次绕组，而励磁绕组相当于变压器的一次绕组），产生与励磁电源同频率的脉振磁场，也在d轴，其合成磁场为FD，与处于q轴的输出绕组无磁通交链，故没有电压输出。在转子转动时，转子切割直轴磁通FD，在杯型转子中感应产生旋转电势Er，其大小正比于转子转速n，并以励磁磁场FD的脉振频率f交变，又因空心杯转子相当于短路绕组，故旋转电势Er在杯型转子中产生交流短路电流Ir，其大小正比于Er，其频率为Er的交变频率f。若忽视杯型转子的漏抗的影响，那么电流Ir所产生的脉振磁通Fq的大小正比于Er，在空间位置上与输出绕组的轴线（q轴）一致，因此转子脉振磁场Fq与输出绕组相交链而产生感应电势E，据上分析有：因而输出绕组的输出U正比于转速n，其频率为励磁电源的频率f。20.17交流异步测速发电机剩余电压是如何产生的？怎样消除或减小？答：当转子静止时，交流测速发电机的输出电压应当为零，但实际上还会有一个很小的电压输出，此电压称为剩余电压。产生剩余电压的原因很多，最主要的原因是制造工艺不佳所致，如定子两相绕组并不完全垂直，从而使两输出绕组与励磁绕组之间存在耦合作用，气隙不均，磁路不对称，空心杯转子的壁厚不均以及制造杯型转子的材料不均等等都会造成剩余误差。要消除或减小剩余电压，根本方法无疑是提高制造和加工的精度；也可采用一些措施进行补偿，阻容电桥补偿法是常用的补偿方法，补偿效果良好。20.18直线电动机为何总是采用“双边型”，而不用单边型？答因为单边型除了产生切向力外，还会在初、次级间产生较大的法向力，这在某些应用中是不希望的。为了更充分地利用次级和消除法向力，可以在次级的两侧都装上初级。这种结构型式称为双边型。20.19将无刷直流电动机与永磁式同步电动机及直流电动机作比较，分析它们之间有哪些相同和不同点。答无刷直流电动机与永磁式同步电机一样，由于采用了永磁材料磁极，具有体积小、重量轻、结构简单、运行可靠、效率提高、功率因数高等优点。但普通永磁式微型同步电动机需采用异步起动法，转子上必须装起动绕组，而无刷直流电动机无须装起动绕组，结构更加简单。直流电动机主要优点是调速和起动性能好、堵转转矩大，因而被广泛应用于各种驱动装置和伺服系统中。但是，直流电动机都有电刷和换向器，其间形成的滑动机械接触严重地影响了电机的精度、性能和可靠性，所产生的火花会引起无线电干扰，缩短电机寿命，换向器电刷装置又使直流电机结构复杂、噪音大、维护困难。而无刷直流电动机利用电子开关线路63 和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。它的转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。20.20试述开关磁阻电动机的工作原理。答开关磁阻电动机的工作原理遵循“磁阻最小原理”，即磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。改变相绕组的通电状态，转子就会逆着励磁顺序连续旋转。因此，开关磁阻电动机的工作原理与大步距角的步进电动机的工作原理相似。通过控制加到开关磁阻电动机绕组中电流脉冲的幅值、宽度及其与转子的相对位置（即导通角、关断角），即可控制开关磁阻电动机转矩的大小与方向，达到调速的目的。1．电机和变压器常用的铁心材料为软磁材料。2．铁磁材料的磁导率远大于非铁磁材料的磁导率。3.在磁路中与电路中的电势源作用相同的物理量是磁动势。4.一台额定频率为50Hz的电力变压器接于60Hz，电压为此变压器的6/5倍额定电压的电网上运行，此时变压器磁路饱和程度不变，励磁电流不变，励磁电抗增大，漏电抗增大。5.如将变压器误接到等电压的直流电源上时，由于E=U，U=IR，空载电流将很大，空载损耗将很大。6.变压器空载运行时功率因数很低，其原因为激磁回路的无功损耗比有功损耗大很多，空载时主要由激磁回路消耗功率。7.一台变压器，原设计的频率为50Hz，现将它接到60Hz的电网上运行，额定电压不变，励磁电流将减小，铁耗将减小。8.变压器的副端是通过磁动势平衡和电磁感应作用对原端进行作用的。9.引起变压器电压变化率变化的原因是负载电流的变化。10.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为若连接，将在变压器之间构成的回路中引起极大的环流，把变压器烧毁。11.三相变压器组不宜采用Y,y联接组，主要是为了避免电压波形畸变。12.变压器副边的额定电压指原边为额定电压时副边的空载电压。13.通过空载和短路实验可求取变压器的参数。14.在采用标幺制计算时，额定值的标幺值为1。15.既和原边绕组交链又和副边绕组交链的磁通为主磁通，仅和一侧绕组交链的磁通为漏磁通。16.变压器的一次和二次绕组中有一部分是公共绕组的变压器是自耦变压器。17.并联运行的变压器应满足（1）各变压器的额定电压与电压比应相等；（2）各变压器的联结组号应相同；（3）各变压器的短路阻抗的标幺值要相等，阻抗角要相同的要求。19.单相绕组的基波磁势是脉振磁势，它可以分解成大小相等，转向相反，转速相等的两个旋转磁势。20.有一个三相双层叠绕组，2p=4,Q=36,支路数a=1，那么极距=9槽，每极每相槽数q=3，槽距角α=20°，分布因数=0.96，，节距因数=0.98,绕组因数=0.94。21.若消除相电势中次谐波，在采用短距方法中，节距=。23.将一台三相交流电机的三相绕组串联起来，通交流电，则合成磁势为脉振磁势。单相绕组的基波磁势是脉振磁势24.对称交流绕组通以正弦交流电时，υ次谐波磁势的转速为25.如果感应电动机运行时转差率为，则电磁功率、机械功率和转子铜耗之间的比例是63 =27.三相感应电动机，如使起动转矩到达最大，此时=1,转子总电阻值约为。28.感应电动机起动时，转差率1，此时转子电流的值很大，很小,主磁通比，正常运行时要小一些，因此起动转矩不大。30.三相感应电动机空载时运行时，电机内损耗包括定子铜耗，定子铁耗，机械损耗，附加损耗，电动机空载输入功率与这些损耗相平衡。31.三相感应电机转速为，定子旋转磁场的转速为，当时为电动机运行状态；当时为发电机运行状态；当与反向时为电磁制动运行状态。32.增加绕线式异步电动机起动转矩方法有转子串适当的电阻，转子串频敏变阻器33.从异步电机和同步电机的理论分析可知，同步电机的空隙应比异步电机的空气隙要大，其原因是同步电机为双边励磁。35.感应电动机最大转矩公式36.一台三相异步电动机的额定功率是指额定运行时的输出的机械功率功率，如果撤换其定子绕组，将每相匝数减小了，在电源电压不变的条件下，气隙中的每极磁通将减小。37.若感应电动机的漏抗增大，则其起动转矩减小，其最大转矩减小。38.铁心饱和程度增加，则感应电机的激磁电抗减小41.在同步电机中，只有存在交轴电枢反应才能实现机电能量转换。43.同步电机的功角δ有双重含义，一是主极轴线和气隙合成磁场轴线之间的夹角；二是励磁电动势和电压空间夹角。47.直流电机的电枢绕组的元件中的电动势和电流是交流的。51.直流发电机的电磁转矩是制动转矩，直流电动机的电磁转矩是驱动转矩。53.直流电动机电刷放置的原则是：空载时正、负电刷之间获得最大的电动势，这时被电刷短路的元件的电动势为零。54.直流电动机调速时，在励磁回路中增加调节电阻，可使转速升高，而在电枢回路中增加调节电阻，可使转速降低。55.电磁功率与输入功率之差，对于直流发电机包括空载损耗功率损耗；对于直流电动机包括绕组铜损耗。59.直流电机若想实现机电能量转换，靠交轴电枢磁势的作用。60.直流发电机，电刷顺电枢旋转方向移动一角度，直轴电枢反应是去磁的；若为电动机，则直轴电枢反应是增磁的。1.若硅钢片的叠片接缝增大，则其磁阻增加。2.在电机和变压器铁心材料周围的气隙中存在磁场。3.磁路计算时如果存在多个磁动势，则对线形磁路可应用叠加原理。4.铁心叠片越厚，其损耗越大。7.一台变比为k＝１０的变压器，从低压侧作空载实验，求得副边的励磁阻抗标幺值为１６，那末原边的励磁阻抗标幺值是１６。63 10.升压变压器，一次绕组的每匝电势等于二次绕组的每匝电势。11.三相变压器二次侧的额定电压是指原边加额定电压时二次侧的空载线电压。12.单相变压器通入正弦激磁电流，二次侧的空载电压波形为正弦波。13.如将额定电压为220/110V的变压器的低压边误接到220V电压，则激磁电流将增加很多倍，变压器将严重发热有烧坏危险。14.联接组号不同的变压器不能并联运行，是因为空载环流太大。17.三相变压器的变比是指原副边相电势之比。18.变压器铁耗与铜耗相等时效率最大，设计电力变压器时应使铁耗大于铜耗。19.两台变压器并联运行时，其负荷与短路阻抗标么值成反比分配。22.变压器负载呈容性，负载增加时，副边电压可能上升或下降。23.单相变压器铁心叠片接缝增大，其他条件不变，则空载电流增大。63'