电机与拖动刘锦波答案.docx
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电机与拖动刘锦波答案
电机与拖动刘锦波答案
【篇一：
电机与拖动习题解答（部分）】
？
答直流电机主要由定子和转子两大基本结构部件组成。
直流电机的定子由主磁极、换向磁极、电刷装置、机座等组成。
（1）主磁极：
建立主磁通，包括铁心（由低碳钢片叠成）和绕组（由铜线绕成）；
（2）换向磁极：
改善换向，包括铁心（中大型由低碳钢片叠成，小型由整块锻钢制成）和绕组（由铜线绕成）；
（3）机座：
固定主磁极、换向磁极、端盖等，同时构成主磁路的一部分，用铸铁、铸钢或钢板卷成；
（4）电刷装置：
引出（或引入）电流，电刷由石墨等材料制成。
转子由电枢铁芯、电枢绕组和换向器组成。
（1）电枢铁心：
构成主磁路，嵌放电枢绕组，由电工钢片叠成；
（2）电枢绕组：
产生感应电动势和电磁转矩，实现机电能量转换，由铜线绕成；
（3）换向器：
用于换向，由铜片叠成。
3-4直流电动机的励磁方式有哪几种？
每种励磁方式的励磁电流或励磁电压与电枢电流或电枢电压有怎样的关系？
答电流关系如下表所示（复励时，if指并励绕组的励磁电流）。
表中，if为励磁电流；ia为电枢电流；i为输入电流；uf为励磁电压；ua为电枢电压。
3-5何谓电枢反应？
电枢反应对气隙磁场有何影响？
公式ea?
ce?
n和t?
ct?
ia中的?
应是什么磁通？
答直流电机在空载运行时，气隙磁场仅有励磁磁动势产生。
当电机带上负载后，气隙磁场便由励磁磁动势和电枢磁动势共同建立。
负载时电枢磁动势对主极磁场的影响，称为电枢反应。
电刷在几何中性线时产生交轴电枢反应，其结果：
（1）气隙磁场发生畸变，使磁场的物理中性线偏离几何中性线一个角度?
。
被电刷短路的换向线圈中的电动势不为零，增加了换向的困难。
对发电机来说，顺电枢旋转方向移过?
角；对电动机来说，则逆电枢旋转方向移过?
角。
（2）一半磁极磁通增加，另一半磁极磁通减小。
在磁路不饱和的情况下，增加与减少的磁通相同，每极磁通不变。
磁路饱和时，增加的少，减小的多，每极磁通减少，电动势和电磁转矩随之减小。
电刷偏离几何中性线时，除产生交轴电枢反应（其结果与上同）外，还产生直轴电枢反应，其结果是去磁或助磁。
公式ea?
ce?
n和t?
ct?
ia中的?
应是每个极面下的气隙合成磁通，它由励磁磁动势和电枢磁动势共同产生的。
3-7将一他励直流发电机的转速提高20%，空载电压会提高多少（励磁电阻保持不变）？
若是一台并励发电机，则空载电压升高得比他励发电机多还是少（励磁电阻保持不变）？
答①他励发电机：
if?
uf
rf?
c，即?
=c，故
u?
e?
c?
n?
ce?
（1.2n）?
1.2ce?
n?
1.2u0，空载电压u0增加至1.2倍。
ae0
②并励发电机：
若维持?
=c，空载电压u0也增加至1.2倍，但由于u0增加的同时，
3-9何谓直流电机的可逆原理？
如何判断一台接在直流电网上正在运行的直流电机是工作在发电状态还是电动状态？
答从原理上讲，一台电机不论是交流电机，还是直流电机，都可以在一定的条件下，作为发电机运行，其将机械能转换为电能；而在另一种特定的条件下，又作为电动机运行，将电能转换为机械能，这个原理称为电机的可逆原理。
对于直流电机来说，可根据下列关系来判断电机的运行状态。
当ea?
u，t与转速n反方向时为发电机运行状态；
当ea?
u，t与转速n同方向时为电动机运行状态。
if?
u0rf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。
3-10直流电动机的感应电动势与哪些因素有关？
若一台直流电动机在额定条
件下的运行时的感应电动势为220v，试问在下列情况下电动势变为多少？
（1）磁通减少10%；
（2）励磁电流减少10%；（3）转速增加20%；（4）磁通减少10%，同时转速增加20%。
答直流电动机的感应电动势表达式为ea?
pnpnn?
，其中，ce?
，由电60a60a
机结构决定的常数，称为电动势常数。
所以感应电动势与气隙每极磁通量?
和电枢的转速n有关。
若每极磁通?
保持不变，则电枢电动势和转速成正比；若转速保持不变，则电枢电动势与每极磁通成正比。
（1）?
减少10%，ea亦减少10%，为198v；
（2）if减少10%，由于磁路饱和，?
减少不到10%，ea亦减少不到10%，因
此198v?
ea?
220v；
（3）n增加20%，ea亦增加20%，为264v；
（4）?
减少10%，同时n增加20%，e?
（1?
0.1）?
（1?
0.2）?
220?
237.6（v）。
3-13并励电动机在运行中励磁回路断线，将会发生什么现象？
为什么？
答励磁回路断开后，主极磁场只剩下剩磁。
在断开瞬间，转速n不会立即变化，因此电枢电动势ea变为与剩磁磁通?
r成正比的很小的值。
由于电枢电流
ia?
（u?
ea）/ra，ra很小，因此ia会急剧增大。
由于主磁通?
减至很小、ia增至很大，因此电磁转矩t?
ct?
ia的变化就有两种可能。
（1）若ia增大的比率高于主磁通?
减小的比率（剩磁较大时），则t迅速增大，当负载转矩tl不变时，使转速n明显升高。
随着n升高，ea升高，使ia开始减小，t减小，最终在较高的转速下t?
tl，电动机达到新的稳态。
此时，n和ia都远远超过其额定值，一方面出现“飞车”现象，会造成电机转子（特别是换向器）的损坏；另一方面，过大的电枢电流使电机发热严重，换向火花很大，有可能烧毁换向器和电枢绕组。
这种情况是很危险的。
（2）ia增大受到ra的限制，因此，若ia增大的比率低于主磁通?
减小的比率（剩磁很小时），则t减小，tl不变时，使n降低。
随着n降低，ea降低。
此时ea
已经非常小了，因此，ea降低使ia增大从而t增大的幅度很有限，即使减速到n?
0，仍有t?
tl。
最终电动机停转，但ia仍然远远超过其额定值，可能烧毁电机，这种情况也是很危险的。
所以，并励（或他励）直流电动机运行中绝不允许励磁回路开路，对此必须采取必要的保护措施。
从上述分析可见，这种因励磁回路开路而造成主磁通异常变化的情况，与正常的弱磁升速是有所不同的。
3-14一台直流电动机，额定功率为pn?
75kw，额定电压un?
220v，额定效率?
n?
88.5%，额定转速nn?
1500r/min，求该电动机的额定电流和额定负载时的输入功率？
解额定电流
pn75?
103
in?
?
?
385.2（a）un?
n220?
88.5%
额定负载时的输入功率
p1n?
pn
?
n?
75?
84.745（kw）88.5%
?
3或p?
220?
385.2?
10?
3?
84.745（kw）1n?
unin?
10
（1）电动机感应电动势；
（2）速度为900r/min，磁通不变时电动机的感应电动势；
（3）磁通为0.0435wb，n＝900r/min时电动机的感应电动势；
（4）若每一线圈电流的允许值为50a，在第（3）问情况下运行时，电动机的电磁功率。
解
（1）电动势常数
电机转速
n?
60?
60?
40?
?
?
1200（r/min）2?
2?
ce?
pn3?
780?
?
1360a60?
3
感应电动势
ea1?
ce?
n?
13?
0.0392?
1200?
611.52（v）
（2）速度为900r/min，磁通不变时电动机的感应电动势为
ea2?
ce?
n?
?
13?
0.0392?
900?
458.64（v）
（3）磁通为0.0435wb，n＝900r/min时电动机的感应电动势为
ea3?
ce?
?
n?
?
13?
0.0435?
900?
508.95（v）
（4）每一线圈电流的允许值为50a，则电机中总电枢电流为ia?
2ai?
6?
50?
300（a）
电磁功率
?
3p?
ei?
508.95?
300?
10?
152.7（kw）ema3a
3-26一台并励直流电动机的额定数据如下：
pn?
17kw，un?
220v，
?
1，励磁回路电阻nn?
3000r/min，in?
88.9a，电枢回路电阻ra?
0.0896
rf?
18.15?
，若忽略电枢反应的影响，试求：
（1）电动机的额定输出转矩；
（2）在额定负载时的电磁转矩；
（3）额定负载时的效率；
（4）在理想空载（ia?
0）时的转速；
（5）当电枢回路串入电阻r＝0.15?
时，在额定转矩时的转速。
解
（1）电动机的额定输出转矩
t2n?
9550pn17?
9550?
?
54.1（n?
m）nn3000
（2）额定励磁电流、电枢电流分别为
ifn?
un/rf?
220/181.5?
1.21（a）
ian?
in?
ifn?
88.9?
1.21?
87.69（a）
电枢电动势
ea?
un?
ianra?
220?
87.69?
0.08961?
212.14（v）
【篇二：
电机与拖动各章典型题】
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。
1.4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
343）由于g导约为g绝的1020倍，而?
fe仅为?
0的10~10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b变化，即磁阻rm随磁路饱和度增大而增大。
1-7在图0-2中，已知磁力线l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
h?
?
i/l?
（i1?
i2?
i3）/?
d
?
（10?
5?
3）a/?
?
0.1m?
38.2a/m
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）。
2-1.2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。
2-1.3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0.35mm~0.5mm，两面涂以厚0.02mm~0.23mm的漆膜，使片与片之间绝缘。
i2n?
2-2.4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u1?
e1?
4.44fn1?
m可知,
少,主磁通?
m将增加，磁密bm?
?
m?
u14.44fn1,因此,一次绕组匝数减sn?
u2n5000?
103?
274.9a3?
10.5?
10?
m
s，因s不变，bm将随?
m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
大。
根据磁路欧姆定律i0n1?
?
mrm，当线圈匝数减少时，空载电流增大；又由于铁心损耗pfe?
bmf1，所以铁心损耗增加；因为外加电压不变，所2.2rm?
l?
s，所以磁阻增
以根据u1?
e1?
4.44fn1?
m，所以原方电动势基本不变，而副方电动势则因为磁通的增加而增大。
2-2.5一台额定电压为220/110v的变压器，若误将低压侧接到220v的交流电源上，将会产生什么后果？
答：
根据u1?
e1?
4.44fn1?
m可知,此时主磁通增加接近2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。
2-2.8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i0r1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u1?
?
e1?
i1z1可知，由于漏阻抗压降i1z1的存在，e1则更小。
又根据e1?
4.44fn1?
m可知，因为e1很小，磁通就很小，
1.3因此磁密很低。
再由铁损耗pfe?
bmf，可知铁损耗很小，可以忽略，2....2
额定负载时短路损耗可以近似看成额定负载时的铜损耗。
2-2..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u?
e?
4.44fn?
m可知，?
m1?
u1n?
m1u1nn2ku2nnu2n?
?
?
2?
1?
m2?
4.44fn1；u2nkn24.44fn2，故?
m2u2nn1，即?
m1?
?
m2。
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
答：
变压器理想并联运行的条件有：
（2）各变压器的联结组相同；
（3）各变压器短路阻抗的标么值zk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。
*
2-3.11根据题图3-2的接线图，确定其联结组别。
1）2）3）题图3-2
解：
1）2）3）
2-5.3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。
4.1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
1,p2,n,?
cos?
）会发生怎样的变化？
情况（p
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n增加，如图中a点，输出功率p2增大，
1将会增加。
由于电压提高，铁耗输入功率p
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n下降，如图
1将会减小。
中c点，p2减小，输入功率p
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cos?
上升
4.4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
2t?
u1st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。
4.13一台三相异步电动机：
p?
2,pn?
28kw,un?
380v,?
n?
90%,cos?
n?
0.88，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y?
?
法起动，求电网所供给的线电流。
解直接起动时
isi?
kiin?
ki?
301a
改用y?
?
法起动时，电网所供给的线电流
1ist?
100a34.14一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：
f1?
50hz,pn?
150kw,un?
380v,nn?
1455rmin,?
?
2.6,e2n?
213v,i2n420a.求：
（1）起动转矩；
（2）欲使起动转矩增大一倍，转子每相串入
?
?
ist
【篇三：
电机与拖动技术（基础篇）习题解答2】
工作原理是通过气隙旋转磁场与转子绕组中感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现能量转换，故异步电动机又称为感应电动机。
答：
异步电动机定，转子间的电磁关系尤如变压器，定子电流i1也由空载电流i0和负载分量电流i1l两部分组成：
1）维持气隙主磁通和漏磁通，需从电网吸取一定的滞后无功电流（即为i0）；2）负载分量电流取决于转子电路；
由等效电路可知，电动机轴上输出的机械功率（还包括机械损耗等）只能用转子电流流过虚拟的附加电阻
.
。
.
1?
s
r2所消耗的功率来等效代替（因输出的机械功率是有功的，故只能s
用有功元件电阻来等效代替）。
再加上转子绕组的漏阻抗，故转子电流只可能是滞后无功电流，则与转子平衡的定子负载分量也只能是滞后的无功电流，因此异步电动机的功率因数总是滞后的。
主磁通就是同时与定子、转子交链，在气隙中以同步转速旋转的基波磁通。
定、转子电流还产生仅与定子或转子绕组交链的磁通，统称为漏磁通。
仅与定子绕组交链的磁通，称为定子漏磁通。
仅与转子绕组交链的磁通，称为转子漏磁通。
异步电动机的转子要依靠切割定子磁场的磁力线来产生转子的励磁电流，如果转子以同步转速旋转，转子与定子磁场就没有了相对运动，也切割不到磁力线，转子无法励磁，将失去转动力矩。
所以，异步电机的转子与定子旋转磁场的转速必须保持一个转差率，一般为5%左右。
气隙过大励磁电流也大，无功功率较多，电机功率因数就低。
气隙过小会引起电动机的附加损耗增加，甚至发生定、转子相擦。
所以中小型异步电动机的气隙通常为0.2～2.0mm。
当三相定子绕组通入三相对称电流后，便在气隙中产生旋转磁场；旋转磁场切割静止的转子绕组导体，在其中产生感应电动势和感应电流，转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用而产生电磁转矩，在电磁转矩的作用下，转子沿着旋转磁场的方向旋转起来。
这就是三相异步电动机的工作原理。
鼠笼式转子绕组可分为铜条绕组和铸铝绕组两种。
铜条绕组是在转子铁芯槽内插入铜
条，并将每根铜条的两端分别用端环焊接起来。
铸铝绕组是将转子铁芯槽内的导条、端环和风扇叶片用铝水一次浇铸而成，称为铸铝转子。
绕线式转子绕组和定子绕组一样，也是由嵌放在转子铁芯槽内的线圈按一定规律连接而成的三相对称绕组。
转子三相绕组一般接成星形，三个末端连在一起，三个首端分别与安装在转轴上且与转轴绝缘的三个滑环相连接，再经电刷装置引出。
当异步电动机进行启动和调速时，便可在转子回路中串接附加电阻
（1）定子
三相异步电动机的定子由定子铁芯、定子绕组、机座和端盖组成，其主要作用是产生旋转磁场。
定子铁芯是三相异步电动机磁路的一部分，用以嵌放定子绕组。
定子绕组是三相异步电动机的电路部分，其作用是通入三相对称交流电产生旋转磁场。
机座和端盖是电动机的支撑部分。
机座用于支撑定子铁芯和固定端盖，端盖用于支撑电动机的转子。
（2）转子
三相异步电动机的转子由转子铁芯、转子绕组、转轴等组成，是电动机的转动部分。
其主要作用是产生电磁转矩。
转子铁芯也是三相异步电动机磁路的一部分，用以浇铸导条或嵌放转子绕组。
转子绕组也是三相异步电动机的电路部分，转子绕组的作用是产生电磁转矩。
转轴对转子的旋转起支撑作用。
（1）电动状态：
0s1
（2）发电状态：
s0（3）电磁制动状态：
s1
略
三相异步电动机在正常运行时，如果转子被突然卡住而不能转动，则电机线圈马上会被烧毁。
其原因是转子不转，线圈内不能产生与电源电动势相平衡的反电动势，线圈内的电流
会变的很大（称为堵转电流），导致线圈烧毁。
（1）不合适
（2）d接时每相负载承受380v电压，改接成y接时每相负载承受220v电压，工作电压远低于额定电压，电机不能正常工作。
三相异步电动机在运行中断了一根电源线则在惯性作用下可以在其余两相电源的磁场作用下继续运转。
不过转矩变小，电机很快就会因过载而烧毁。
但停机后，断了一根电源线不能产生方向正确的旋转磁场，所以电机不能启动。
此时通入电动机定子绕组中的电流是增大了，因为电动机在额定负载下运行时电动机的功率不变，电压降低了只有电流增大才能达到额定功率，对电动机会产生过热，严重时会烧坏。
改变定子旋转磁场的方向，即改变三相电源电流的相序。
zm是励磁阻抗。
异步电动机转子旋转时除了绕组折算外还需对转子绕组进行频率折算。
在异步电动机中，由于气隙的存在，其励磁阻抗比变压器的小得多，励磁电流相对较大，因此，不能象变压器那样，把励磁支路去掉而变成简化等效电路。
表示实际转子等效为不动的转子后，轴上没有机械功率输出，但转子电路上却多了该电阻消耗的电功率。
不能用电感或电容替代，因为电感和电容不耗能。
（1）空载实验和短路实验。
根据空载实验测得的数据i0和p0，可求出励磁参数。
u1
i0p
r0?
02
3i0
z0?
x0?
rm?
22z0?
r0
pfe
23i0
xm?
x0?
x1
根据短路试验数据可求出短路阻抗zk、短路电阻rk和短距电抗xk
zk?
uk
ik
pk
23ik
?
?
rk?
r1?
r2
?
?
xk?
x1?
x2
pn
nincos?
?
n
3
=118.85（a）in?
?
n1?
600
n1?
60f60?
50（rmin）?
?
600pp
p?
5
s?
n1?
nn600?
570
?
?
100%?
5%
n1600
pn
nincos?
?
n
3
（a）in?
?
n1?
1500
n1?
60f60?
50?
?
1500pp
p?
2
s?
n1?
nn1500?
1450
?
?
100%?
3.3%
n11500
（1）笼型
（2）绕线式
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