《电机与拖动》电机与电气控制技术 第3版答案Word文件下载.docx

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ｌ－5一台单相变压器，额定容量SＮ=250ｋV·

A，额定电压Ｕ1N/U２N＝10kV/０.4kV,试求一、二次侧额定电流为I１N、、I2N。

解：

原边额定电流

I1Ｎ=SN/U1N=2５0/1０＝25Ａ

副边额定电流

I2N=SＮ/U2N＝2５０／０.4=６25Ａ

1-６有一台三相变压器，SN=250Kｖ·

A,U1Ｎ／U２Ｎ=６kＶ/0．４kV,Yyｎ联结，求一、二次绕组的额定电流。

Ｉ1Ｎ＝SN　/

U1N=250/

×

6=24Ａ

I１Ｎ=SN/

U2N＝250/

0.4=３61Ａ

1－7有一台三相变压器，SN＝50０0kV·

A,U1N/U2N=10．5kV／６.3kV,Ｙd联结，求一、二次绕组的额定电流。

I1N=SＮ/

U1N=5000/

10.５=27５A

Ｉ1Ｎ=ＳN　／

Ｕ2N=5000/

6．3＝4５8.2A

1-8如图l-2８为变压器出厂前的“极性”试验。

在Ａ-X间加电压，将X、x相连，测A、a间的电压。

设定电压比为２20V／110V,如果A、a为同名端，电压表读数是多少？

如A、a为异名端,则电压表读数又应为多少

解:

A、a为同名端

电压表读数是110Ｖ

A、a为异名端电压表读数是330V

1-9试用相量图判断图1-29的联结组号。

Yd１1

1-10有一台三相变压器,其一、二次绕组同名端及标志如图1-３0所示,试把该变压器联结成Ｙｄ7和Ｙy4。

1-11三相变压器的一、二次绕组按图l－31所示联结,试画出它们的线电动势相量图，并判断其联结组别。

a）Y／△-7b）Y/Ｙ－４　ｃ）△/Y-3d）△/△-10

1-l2三相变压器并联运行条件是什么?

为什么?

变压器并联运行的条件:

1）并联运行的各台变压器的额定电压与电压比要相等。

否则,并联变压器未带上负载前（即空载时）其一、二次绕组内都产生环流。

2）并联运行变压器的联结组别必须相同，如果不相同,将引起两台并联变压器二次绕组线电压相位不同,致少使其相位差为３0０,由此产生很大的电压差,于是在变压器二次绕组中产生很大的空载环流。

3）并联运行的各变压器的短路阻抗的对应值要相等。

这样才能在带上负载时,各变压器所承担的负载按其容量大小成比例分配，防止其中某合过载或欠载,使并联组的容量得到充分发挥。

l-13自耦变压器的主要特点是什么？

它和普通双绕组变压器有何区别？

答：

自耦变压器的主要特点是一、二次绕组共用一个绕组。

普通双绕组变压器，其一、二次绕组是两个独立的绕组，它们之间只有磁的联系，而没有电的直接联系。

l－l４　仪用互感器运行时，为什么电流互感器二次绕组不允许开路？

而电压互感器二次绕组不允许短路?

1）电流互感器运行时二次绕组绝不许开路。

若二次绕组开路,则电流互感器成为空载运行状态,此时一次绕组中流过的大电流全部成为励磁电流,铁心中的磁通密度猛增,磁路产生严重饱和,一方面铁心过热而烧坏绕组绝缘，另一方面二次绕组中因匝数很多，将感应产生很高的电压，可能将绝缘击穿，危及二次绕组中的仪表及操作人员的安全。

为此,电流互感器的二次绕组电路中绝不允许装熔断器。

在运行中若要拆下电流表，应先将二次绕组短

2）电压互感器在运行时二次绕组绝不允许短路,否则短路电流很大，会将互感器烧坏。

为此在电压互感器二次侧电路中应串联熔断器作短路保护。

l-1５电弧焊对弧焊变压器有何要求？

如何满足这些要求？

l）为保证容易起弧,空载电压应在６0-７5V之间。

为操作者安全,最高空载电压应不大于８5V。

2）负载运行时具有电压迅速下降的外特征,如图ｌ-25所示。

一般在额定负载时输出电压在3０V左右。

３）为满足不同焊接材料和不同焊件要求，焊接电流可在一定范围内调节。

４）短路电流不应过大，且焊接电流稳定。

基于上述要求,弧焊变压器具有较大的电抗，且可以调节。

为此弧焊变压器的一、二次绕组分装在两个铁心柱上。

为获得电压迅速下降的外特性,以及弧焊电流可调，可采用串联可变电抗器法和磁分路法，由此磁生出带电抗器的弧焊变压器和带磁分路的弧焊变压器。

ﻬ

第二章三相异步电动机　

２－1　三相异步电动机的旋转磁场是如何产生的？

在三相异步电动机的定子三相对称绕组中通入三相对称电流,根据三相对称电流的瞬时电流来分析由其产生的磁场，由于三相对称电流其大小、方向随正弦规律变化，由三相对称电流建立的磁场即合成磁极在定子内膛中随一定方向移动。

当正弦交流电流变化一周时,合成磁场在空间旋转了一定角度,随着正弦交流电流不断变化,形成了旋转磁场。

2-2　三组异步电动机旋转磁场的转速由什么决定？

对于工频下的2、4、6、8、1０极的三相异步电动机的同步转速为多少？

三相异步电动机旋转磁场的转速由电动机定子极对数P交流电源频率f１决定，具体公式为n1=60f１/P。

对于工频下的2、4、6、8、10极的三相异步电动机的同步转速即旋转磁场的转速n１分别为3０0０r/min、１500r/mｉn、1000r/min、750r/mｉn、6０0r/ｍiｎ。

2-３试述三相异步电动机的转动原理，并解释“异步”的意义。

首先，在三相异步电动机三相定子绕组中通入三相交流电源,流过三相对称电流,在定子内膛中建立三相旋转磁场,开始转子是静止的,由于相对运动,转子导体将切割磁场，在转子导体中产生感应电动势，又由于转子导体是闭合的,将在其内流过转子感应电流，该转子电流与定子磁场相互作用,由左手定则判断电磁力方向,转子将在电磁力作用下依旋转磁场旋转方向旋转。

所谓“异步”是指三相异步电动机转子转速ｎ与定子旋转磁场转速ｎ1之间必须有差别，且nn1。

２-4旋转磁场的转向由什么决定？

如何改变旋转磁场的方向?

旋转磁场在空间的旋转方向是由三相交流电流相序决定的，若要改变旋转磁场的方向，只需将电动机三相定子绕组与三相交流电源连接的三根导线中的任意两根对调位置即可。

如果来绕组U1接电源Ｌ1、V1接L2、W1接L3为正转，要想反转U1仍接L1，但Ｖ1接Ｌ3、W1接L2即可。

2-5　当三相异步电动机转子电路开路时,电动机能否转动？

为什么？

三相异步电动机转子电路开路时,电动机是不能转动的。

这是因为，三相交流电源接入三相定子绕组，流过了三相对称定子电流,建立起来了三相定子旋转磁场，转子导体与三相旋转场相互切割,在转子电路中产生了转子感应电动势，但由于转子电路开路，没有转子感应电流，转子导体中无电流，也就不会与定子磁场相互作用产生电磁力，电磁转矩了，转子也就无法转动起来了。

2-6　何谓三相异步电动机的转差率?

额定转差率一般是多少?

起动瞬间的转差率是多少？

三相异步电动机的转差率S是指电动机同步转速ｎ1与转子转速ｎ之差即转速差n１ｎ与旋转磁场（同步转速）的转速的比值，即Ｓ=（n１ｎ）/n1。

额定转差率SN=０.0１~０．07，起动瞬间S=1。

2－７试述三相异步电动机当机械负载增加时,三相异步电动机的内部经过怎样的物理过程,最终使电动机稳定运行在更低转速下。

三相异步电动机原稳定工作在nＡ转速下运行，当机械负载增加时,由于负载转矩大于电磁转矩,电动机转速n将下降,由于n的下降,使转子导体切割定子磁场运动加大。

转子感应电势与转子电流相应加大，电磁转矩加大,直到电动机电磁转矩与负载转矩相等时，电动机将在新的稳定转速ｎＢ下运动，且nＢnA。

２-8当三相异步电动机的机械负载增加时,为什么定子电流会随转子电流的增加而增加？

当三相异步电动机的机械负载增加时，转子电流将增加，转子电流所建立的转子磁通势总是力图削弱主磁通,而当定子绕组外加电压和频率不变时,主磁通近似为一常数。

为此,定子电流也应随转子电流的增加而增加，以增加的定子电流产生的磁通势来抵消转子电流增加所产生的去磁作用。

2-９　三相异步电动机在空载时功率因数约为多少？

当在额定负载下运行时,功率因数为何会提高?

三相异步电动机空载时功率因数约为0.2以下。

当在额定负载下运行时，转子电流有功分量，相对应的定子电流的有功分量也增加,使功率因数提高。

２－10　电网电压太高或太低,都易使三相异步电动机定子绕组过热而损坏，为什么?

由Ｕ1E1＝4．44f1Ｎ1K1m，当电源频率一定时,电动机的每极磁通m仅与外加电压U1成正比。

当电网电压太高时,m相应加大使电动机磁路饱和，定子励磁电流加大,定子电流加大，在过大的定子电流作用下将定子绕组烧坏。

当电网电压过低时，ｍ过小，电动机电磁转矩过小，在负载作用下,电动机转速n迅速下降,甚至发生堵转,致使电动机定子电流加大，也会使异步电动机定子绕组过热而损坏。

2-1１三相异步电动机的电磁转矩与电源电压大小有何关系,若电源电压下降２0%，电动机的最大转矩和起动转矩将变为多大?

由公式

可知电动机的电磁转矩T与电源电压U1平方成正比。

若电源电压下降20%,即为额定电压的0.8,此时电动机的最大转矩Tm随U1２成比例下降,即为额定电压下电动机最大转矩的0.6４倍。

同理，此时电动机的起动转矩Ｔｓt也与Ｕ１２成正比,起动转矩也只为额定电压下电动机起动转矩的0.64倍。

2-12为什么在减压起动的各种方法中,自耦变压器减压起动性能相对较好?

自耦变压器减压起动不受电动机绕组接线方式的限制,而且可以按容许的起动电流和所需要的起动转矩来选择不同的抽头,适合起动容量较大的电机。

所以其起动性能相对较好。

2-１３　三相笼型异步电动机定子回路串电阻起动和串电扰起动相比,哪一种较好?

串电阻减压起动在起动时电能损耗较大，对于小容量电动机采用串电抗减压起动为好。

2-14　对于三相绕线转子异步电动机转子串合适电阻起动，为什么既能减小起动电流,又能增大起动转矩？

串入电阻是否越大越好？

转子起动电流

起动转矩

所以串入合适的电阻起动时，能减小起动电流，又能增大起动转矩。

串入电阻并不是越大越好,当起动转矩达到最大转矩后再增大串入转子电阻，起动转矩反而减小。

2-１5　在桥式起重机的绕线转子异步电动机转子回路中串接可变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，调节转子可变电阻可获得重物提升或重物下降，原因何在?

桥式起重机用于提升重物的绕线转子异步电动机，在其转子回路中串接可变电阻，当定子绕组按提升方向接通电源，随着转子串接可变电阻的加大，电动机提升重物的速度愈来愈慢。

电动机按提升方向转动转速愈来愈低。

如何继续加大转子串接电阻，转子电流进一步减小。

电动机提升方向电磁转矩减小，当提升重物产生的重物转矩作用下,将重物按下降方向运动,而电动机在重物转矩作用下反转。

所以重物提升时,电动机处于提升电动状态,而重物下降时,电动机处于倒拉反接制动状态,重物获得倒拉反接制动下降。

2-16为什么变极调速时要同时改变电源程序？

当极对数改变时，将引起三相绕组空间相序发生变化，也就是说变极后绕组的相序改变了。

此时若不改变外接电源相序，则变极后，不仅电动机的转速发生了变化，而且连电动机的旋转方向发生了变化。

所以，为保证变极调速前后电动机旋转方向不变,在改变三相异步电动机定子绕组接线的同时,必须改变电源的程序。

2-17电梯电动机变极调速和车床切削电动机的变极调速，定子绕组应采用什么样的改接方式?

电梯电动机的负载为恒转矩负载,变极调速时采用Y/YY变极调速,因它具有恒转矩调速性质。

车床切削电动机的负载为恒功率负载、变极调速时采用/ＹＹ度极调速、因它近似为恒功率调速性质

２-18试述绕线转子异步电动机转子串电阻调速原理和调速过程,有何优、缺点？

书中图2-3７为绕线转子异步电动机转子串电阻调速图,当电动机拖动恒转矩负载且TL=ＴN时，转子回路不串附加电阻时，电动机稳定运行在A点，转速为nA。

当转子串入RP1时,由于惯性,转速不能突变，则从Ａ点过渡到A点，转子电流I2减小，电磁转矩T减小，电动机减速,转差率S增大，转子电动势、转子电流、电磁转矩均增大，直到B点，TB＝TL为止，电动机将稳定运行在Ｂ点,转速为nB，显然nBnＡ。

当串入转子回路电阻Rp2、Rp3时,电动机最后将分别稳定运行于C点和D点，获得nC和ｎD转速。

线绕转子异步电动机转子串电阻调速为有级调速,调速平滑性差；

转速上限为额定转速，下限受静差度限制，因而调速范围不大；

适用于重载下调速；

低速时转子发热严重,效率低。

但这种调速方法简单方便,调速电阻可兼作起动电阻、制动电阻使用，在起重机拖动系统中广为应用。

２-19　对于一台单相单绕组异步电动机若不采取措施,起动转矩为什么为零？

当给电动机转子一个外力矩时,电动机为什么就可向该力矩方向旋转？

当在单相单绕组异步电动机绕组中通入正弦交流电时，产生的是脉振磁通势,对其基波脉振磁通势进行分解,可分解成为一个正向旋转磁通势F1＋和逆向旋转磁通势Ｆ1，它们均以同步角速度W旋转，但旋转方向相反,它们都切割转子导体，产生转子感应电动势并产生转子电流，形成正向电磁转矩T+和反向电磁转矩T。

当转子静止时n=0,T＋＝T，起动转矩TST=T+Ｔ=０，所以不采取措施,电动机不能起动。

当给电动机转子一个外力矩时，若T外与T＋方向一致，则（T外+T+T）大于负载转矩时,则电动机便沿外力矩方向旋转了。

２－2０　一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，相当于一台单相电动机，若电动机原来在轻载或重载运转，在此情况下还能继续运转吗？

当停机后,能否再启动？

一台三相异步电动机（里接）发生一相断线时，若电动机原来在轻载下运转,此时电动机还能继续运转。

若电动机原来在再载下运转因此时T+与T的合成转矩小于重载转矩,则电动机将停转。

当停机后，不能再起动旋转了，因ＴST＝0。

2-21一台罩极电动机,若调换磁极上工作绕组的两个端点，能改变电动机的转向吗?

不能改变电动机（罩极）的转向。

它总是从磁极的未罩部分转向磁极被罩部分,其转向不能改变。

附加补充题

2．1　在额定工作情况下的三相异步电动机,已知其转速为９60r/mｉn，试问电动机的同步转速是多少?

有几对磁极对数？

转差率是多大？

∵　nN=960（r／min）　　∴n1=1000（r/min）

p＝3　　　

2．2有一台六极三相绕线式异步电动机，在ｆ＝50ＨZ的电源上带额定负载动运行，其转差率为０.0２，求定子磁场的转速及频率和转子磁场的频率和转速。

六极电动机,p=3

定子磁场的转速即同步转速ｎ1=（60×

５０）/3=１000（ｒ／min）

定子频率f1=5０Hz

转子频率f２＝sf1=0.02×

5０=1Hz

转子转速n=ｎ1（1-ｓ）=100０（1-０.02）=980（r/mｉn）

２.3　Y1８0L-4型电动机的额定功率为2２kw，额定转速为14７0ｒ/ｍｉｎ,频率为50ＨZ,最大电磁转矩为314.６N．M。

试求电动机的进载系数入?

（N.M）

2.4　已知Y180Ｍ－4型三相异步电动机,其额定数据如下表所示。

求：

（1）额定电流IＮ;

（2）额定转差率SN;

（3）额定转矩TN；

最大转矩TＭ、启动转矩Tst。

额定

功率

（ｋｗ）

电压

（V）

满载时

启动电流

启动转矩

最大转矩

接法

转速

（ｒ/ｍin）

效率

（%）

因数

额定电流

额定转矩

1８.5

3８０

1470

9１

0.８６

７.0

２.0

2.2

△

（1）额定电流ＩN=＝

＝

=３5.９（A）

（2）额定转差率ＳN=（15００-１470）/1５00=0．０2

（3）额定转矩TN=955０×

18.5/1470=120（N.ｍ）

最大转矩TM＝2.2×

1２0＝264（Ｎ.m）

启动转矩Tｓt=2．0×

12０=240（N.ｍ）

2.5　Ｙ225－4型三相异步电动机的技术数据如下：

380v、5０ＨZ、△接法、定子输入功率Ｐ１N＝４８．75kw、定子电流Ｉ１N＝84.2A、转差率SN=０.013，轴上输出转矩ＴN=29０.４N.Ｍ,求:

（１）电动机的转速n２,

（2）轴上输出的机械功率P2N,（３）功率因数

（4）效率ηN。

（1）从电动机型号可知电动机为4极电机,磁极对数为p=2,由

　　　　所以

（r/min）

（２）∵

　　∴

（KW）

　（3）∵

∴

（４）

2.6四极三相异步电动机的额定功率为30kw，额定电压为3８0V，三角形接法，频率为50HZ。

在额定负载下运动时，其转差率为0.02,效率为90％,电流为57.5A,试求:

（1）转子旋转磁场对转子的转速;

（２）额定转矩;

（3）电动机的功率因数。

（1）转子旋转磁场对转子的转速n２=Ｓｎ１＝0．０2×

1５0０=３0　（ｒ/min）

（2）额定转矩TN=95５0×

３０/1４７0=１94.5（N.m）

（３）电动机的功率因数

2.７上题中电动机的Ｔst/TＮ=1．2,Ｉｓt/IＮ=7,试求：

（1）用Ｙ-△降压启动时的启动电流和启动转矩;

（2）当负载转矩为额定转矩的60%和25%时，电动机能否启动?

（1）用Y-△降压启动时的启动电流IＳＴ=7×

５７.5/３=134（Ａ）

用Y-△降压启动时的启动转矩Ｔst＝1.2×

194.５／3＝77．8（Nm）

（2）因为Tsｔ=０．4TN,

当负载转矩为额定转矩的60%时,由于Ｔｓt小于负载转矩，电动机不能启动。

当负载转矩为额定转矩的25％时，由于Tｓt大于负载转矩，电动机可以启动。

2.8在习题5．6中，如果采用自耦变压器降压启动,而使电动机的启动转矩为额定转矩的85%,试求：

（1）自耦变压器的变比；

（２）电动机的启动电流和线路上的启动电流各为多少？

（1）因为异步电动机的转矩与电压的平方成正比，所以有

由

　所以自耦变压器的变比Ｋ＝

=１．188

　（２）电动机的启动电流IＳT=7×

57.5/１.１88２=２8５．２（A）

线路上的启动电流IL＝7×

57.5/1.1882=285．2（A）

2.9我国生产的Ｃ66０车床,其加工2件的最大直径为１250（mｍ）,用统计分析法计算主轴电动机的功率。

P=36.5Ｄ1.54（KW）=3６.５

=51.５（KＷ）

2.１0有一带负载启动的短时运行的电动机,折算到轴上的转矩为130N.M，转速为7３0r/min，求电动机的功率。

设过载系数为

＝2.0。

由于

　　所以

（ＫW）

2.11　三相异步电动机断了一根电压线后，为什么不能启动?

而在运行时断了一根线,为什么能继续转动？

这两种情况对电动机有何影响？

三相异步电动机断了一根电压线后，则三相电源变成了单相电源，由于单相电源所产生的磁场为脉动磁场，所以三相异步电动机不能正常启动（原理同单相异步电动机）。

而三相异步电动机在运行时断了一根电源线,虽此时也为单相运行,但因转子是转动的，脉动磁场对转子导体产生的作用力在两方向上不同，所以电动机仍能继续转动。

这两种情况对电动机均有很大的影响。

二种情况均为过载运行,长时间工作会损坏电动机。

第三章直流电机

3-ｌ.直流电机中为何要用电刷和换向器,它们有何作用？

在换向器的表面压着电刷,使旋转的电枢绕组与静止的外电路相通，其作用是将直流电动机输人的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流,进而产生恒定方向的电磁转矩，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。

3-2．简述直流电动机的工作原理。

工作原理：

当直流电动机电枢绕组接至电源上时，根据电磁力定律,载流导体在磁场中受电磁力的作用，产生了一个转矩，在转矩的作用下，电枢便按逆时针方向旋转起来。

３-3.直流电动机的励磁方式有哪几种?

画出其电路。

按励磁方式分为有（１）他励;

（2）并励；

（3）串励；

（4）复励等四种，如图3-7所示。

3-10．直流电动机一般为什么不允许采用全压起动?

因为他励直流电动机电枢电阻Ra阻值很小,额定电压下直接起动的起动电流很大,通常可达额定电流的１０-20倍，起动转矩也很大。

过大的起动电流引起电网电压下降，影响其他用电设备的正常工作，同时电动机自身的换向器产生剧烈的火花。

而过大的起动转矩可能会使轴上受到不允许的机械冲击。

所以全压起动只限于容量很小的直流电动机。

3-1１．试分析他励直流电动机电枢串电阻起动物理过程。

在电动机励磁绕组通电后,电动机再接上额定电压ＵN，此时电枢回路串人全部起动电阻起动,电动机从ａ点开始起动,转速沿特性曲线上升至b点，随着转速上升，反电动势Ea＝Ｃｅφn上升，电枢电流减小，起动转矩减小,当减小至Ｔｓｔ2时，短接第1级起动电阻Rｓt４,电动机由Ｒ4的机械特性切换到R3的机械特性。

切换瞬间,由于机械惯性,转速不能突变,电动势Ea保持不变，电枢电流将突然增大,转矩也成比例突然增大，恰当的选择电阻，使其增加至Tst1,电动机运行点从ｂ点过渡至C点。

从Ｃ点沿Cｄ曲线继续加速到d点,切除第2级起动电阻Ｒst３，电动机运行点从d点过渡到ｅ点,电动机沿ef曲线加速,如此周而复始，电动机由a点经b、ｃ、d．ｅ、f、g、h点到达i点。

此时，所有起动电阻均被切除,电动机进人固有机械特性曲线运行并继续加速至k点。

在k点Ｔ=TL，电动机稳定运行,起动过程结束。

３-12．他励直流电动机实现反转的方法