浙大电机学章玮课后答案.doc

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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：

e的大小与线圈匝数、磁通随时间的变化率有关。

对于旋转电动势：

e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。

其大小与最大磁通密度、交变频率f和材料等因素有关，即。

同时，磁滞损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。

其大小与铁芯中的磁通密度幅值，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。

1-3、如何将和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：

1-4、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ηN=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=869.6A

kW

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ηN=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：

kW

直流电动机P1=UNIN，代入数据可得IN=588A

2-10一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1/3I+I=4/3I。

端电压不变，。

（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，2P=8，当n=600r/min，每极磁通量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？

答：

，则

又

（1）当为单叠绕组时，a=P=4，

匝

（2）当为单波绕组时，a=1，

匝

2-16、一台单波绕组的直流发电机，2P=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Φ0；

3）若将电枢绕组改为单叠绕组，在同样每极磁通量Φ0及转速下，空载时感应电动势为多少？

答：

（1）

（2）单波绕组a=1

Wb

（3）若改为单叠绕组a=p=2

V

2-19一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：

并励发动机空载时，I=0所以

由于、和很小，因此

同时

题目指出，速度增大一倍，也增加一倍。

那么励磁电流大小不变，磁通不变。

那么V

2-20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，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，UN=230V，nN=970r/min，，并励绕组每极有78.5匝，四极串联后的总电阻，额定负载时，并励回路串入，V，，。

试求额定负载时发电机的输入功率、电磁转矩和效率。

答：

AA

A

V

输入功率kW

效率

由

Nm

2-24一台他励直流发电机，PN=10kW，UN=230V，nN=1000r/min，，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800r/min时，在所考虑工作范围内，其空载特性可用表示。

试求：

1）发电机额定励磁电流；

2）电压变化率；

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：

（1）A

V

考虑在相同的励磁电流作用下，其产生的电动势为

V

又，所以A

考虑电枢反应去磁作用，发电机额定励磁电流为A

（2）

V

（3）过载25%时，

此时，A

故A

则由，得V

V

（4）

a）不变，此时A

则V

去磁作用A

A

在800r/min时，

故

b）转速不变，A，V，A

，所以A

故A

2-28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：

/A

1.3

1.4

/V

186.7

195.9

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，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）

对于甲电机，当n=1200r/min时

V>U

甲电机是发电机

对于乙电机，当n=1200r/min时

V

乙电机是电动机

（2）对发电机

可得A

则W

甲发电机的机械损耗和铁耗

对电动机

A

乙电动机的机械损耗和铁耗：

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）V

由于串入瞬间电机转速不变，故由知不变。

故电枢反应电动势为91.4V。

（2）当串入后，所以A

（3）Nm

（4）若总制动转矩不变，

则，知不变

则平衡后A

r/min

2-35一台并励直流电动机，PN=7.2kW，UN=110V，nN=900r/min，ηN=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A

电枢电势V

速度降到450r/min后，V。

输出功率kW

效率

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，而（换向极磁场），为使，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/Y0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，N1=630

（2）对于高压边，由于主磁通保持不变，

又

3-6两台单相变压器，U1N/U2N=220/110V，原方的匝数相等，但空载电流。

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：

由题，两台变压器U1N相等、，可知

则当两变压器原线圈串联时，

V

V

又由

得V

V

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

6300

10.1

5000

低压方

短路

3210

15.15

14000

高压方

试计算：

1）折算到高压方的参数（实际值及标幺值），假定，；

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（滞后）时的电压变化率及效率；

5）最大效率。

答：

（1）根据空载试验，有

由得折算到高压方时

k

k

k

根据短路试验

由题，有

下面计算标幺值AA

（2）画出等效T形电路：

（3）

得

（4）

由得kV

则kW

由题kW，kW

得

（5）最大效率时，

则

3-9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：

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。

当负载为容性时，，可能使电压变化率为零。

3-10一台单相交压器SN=2千伏安，U1N/U2N=1100/110伏，R1=4欧，欧，R2=0.04欧，欧，负载阻抗欧时，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；

3）变压器的效率。

答：

（1）

则A

A

V

（2）W

（3）W

得

3-11一台三相变压器Y/Y-12接法，SN=200kVA，U1N/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

令的相位为0

故

（2）由已知，

（3）KVA

KW

Kvar

（4）KVA

KW

Kvar

3-14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）

联接组号为Y/△-1

（2）

联接组号为△/△-8

（3）

联接组号为Y/Y-8

3-16一台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V，k=380/220得：

V，

A、a同性，所以

V

（2）V，A、a异性

V

3-18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：

；

2）Y/Y-6：

；

2）Y/Y-11：

。

（）

答：

（1）

设，，

，，，

，

由对称性得

（2）

，，，

所以

（3）

，，，

4-7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：

为消除3次谐波，线圈的节距为

所以5次谐波的短距系数为

7次谐波的短距系数为

4-8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：

由知

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、，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：

所以，极数为8

同步转速r/min

空载转速r/min

额定负载转差率

5-2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

（2）定子电势频率与电流频率相同为

（3）转子电流频率为，其中

（4）转子电势频率与电流频率相同，为

（5）由定子电流所产生的旋转磁势以切割定子，以切割转子

（6）由转子电流产生的旋转磁势基波以切割转子，以切割定子

（7）转子磁势基波切割定子的速度不会因转子转速的变化而变化

5-3有一台绕线式异步电动机，定子绕组短路，在转子绕组通入三相交流电流，其频率为，旋转磁场相对于转子以转/分（为定、转子绕组极对数）沿着顺时针方向旋转，问此时转子转向如何？

转差率如何计算？

答：

此时转子转向为逆时针，转差率。

因为转子中的旋转磁场使得定子中也产生顺时针旋转磁场，使定子相对于转子顺时针旋转，而定子固定，故转子逆时针旋转。

5-4三相六级绕线式异步电动机，定、转子绕组均采用星型连接，额定功率250千瓦，额定线电压500伏，额定功率50赫，满载时的效率93.5%，功率因数为0.9；欧，欧，欧，欧；；定子槽数为72，每槽导体数为16，每相并联支路数为6；转子槽数为90，每槽导体数为2，每相并联支路数为1；空载电流为82.5安。

试求：

（1）额定负载时的定子电流；

（2）忽略及时的激磁电抗；

（3）转子阻抗的折算值和。

答：

（1）A

（2）欧

欧

（3）

欧

欧

5-6若在一异步电动机定子绕组上加以频率为的正序电压，产生正转旋转磁场。

在转子绕组上加以频率为的负序电压，产生反转旋转磁场。

问当电机稳定运行时转子转向？

转速的大小？

其转速是否会随负载的增加而降低？

答：

当电机稳定运行时转子转向与正旋转磁场相同。

转速的大小为n，则。

转子、定子磁动势相同。

转速不会随负载的增加而降低。

5-8一台三相异步电动机的输入功率为10.7千瓦，定子铜耗为450瓦，铁耗为200瓦，转差率为，试计算电动机的电磁功率、转子铜耗及总机械功率。

答：

kW

W

W